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Física

Usina Termoelétrica

Leonardo Rafael Pires
Publicado por Leonardo Rafael Pires
Última atualização: 22/9/2019

Introdução

Sabemos que, para gerar a energia elétrica que é disponibilizada para nossas casas, os fenômenos eletromagnéticos para construir um gerador energia elétrica são utilizados

Da termodinâmica sabemos que o que ocorre é a conversão de uma energia em outra. Os geradores elétricos transformam energia mecânica em energia elétrica. Logo, se disponibilizarmos de uma fonte de energia mecânica como a tração animal, o movimento de uma queda d’água ou movimento das ondas, pode-se converter essa energia em energia elétrica.

Uma usina termoelétrica (UTE) ou termelétricas são um sistema de geração de energia elétrica partindo da energia térmica que é obtida através da energia química armazenada de algum combustível.  

Princípios de funcionamento de uma usina termoelétrica

O funcionamento de uma usina termoelétrica é descrito na seguinte sequência:

  • combustível é queimado em uma fornalha e o calor é transferido para a água em uma caldeira com o objetivo de gerar vapor d’água em altas temperaturas.
  • O vapor é deslocado para uma turbina onde o impacto do vapor com suas pás gera a rotação do eixo da turbina. Neste momento há disponível energia mecânica.
  • Com a energia mecânica disponível, um gerador é acoplado ao eixo da turbina que produz energia elétrica.
  • A energia elétrica gerada precisa ser ajustada em termos de tensão corrente por um transformador. Isso se deve ao fato de que a energia elétrica percorre um longo caminho até chegar no seu cliente final. Para haver o mínimo possível de perdas, a energia deve ser ajustada antes de sua distribuição.
  • Ao sair da turbina, o vapor d’água ainda está em altas temperaturas. É necessário um sistema de refrigeração para converter o vapor em água líquida e, então, essa água volta para a caldeira reiniciando o ciclo de geração de energia elétrica.   
  • Os combustíveis utilizados na fornalha podem ser fósseis, como carvão mineral, petróleo, gás natural e outros combustíveis, como biomassa, etanol, biodiesel, entre outros, que também podem ser classificados como combustíveis renováveis ou não renováveis.

    Combustíveis renováveis são substâncias em que a taxa de reposição na natureza é maior ou igual do que sua taxa de consumo. As substâncias renováveis são produzidas em tempo útil suficiente para que o seu consumo não implique exaurir essas substâncias da natureza, um exemplo é a biomassa, que são compostos orgânicos como a lenha, bagaço da cana, óleo vegetal etc. 

    Matriz elétrica do brasil

    O Brasil vem há um tempo procurando maneiras de diversificar a sua matriz energética.  A matriz elétrica é o conjunto de fontes disponíveis apenas para gerar energia elétrica.

    A matriz elétrica do brasil é mais renovável do que sua matriz energética, isso porque a maior parte da energia elétrica gerada no Brasil vem de usinas hidroelétricas. Entretanto, existe a presença de usinas termoelétricas que utilizam principalmente gás natural e biomassa como combustível.  

    Emissões de gases

    Um dos grandes problemas de usinas termoelétricas são emissões para a atmosfera de gases do efeito estufa (GEE) e gases da chuva ácida. Os compostos orgânicos são responsáveis pela emissão de CO2, que quando associado a uma grande quantidade de emissões é um gás que intensifica o efeito estufa. 

    O uso de combustíveis fósseis como carvão mineral pode levar a emissões de óxidos de enxofre, chumbo e outros metais pesados. 

    Poluição térmica

    Além das emissões de gases, pode haver a poluição térmica quando a água de refrigeração é lançada a um ecossistema como rios, lagos e mares. 

    A poluição térmica consiste na elevação da temperatura do ecossistema de forma artificial, o que pode acarretar a morte de peixes, plantas e outras espécies que fazem parte desse ecossistema.  

    Cogeração    

    Uma das vantagens das usinas termoelétricas é a possibilidade de cogeração, isto é, a geração de eletricidade e calor melhorando o aproveitamento energético.

    Algumas indústrias, como a siderúrgica, têm necessidade de energia elétrica para seus processos e é necessário calor para atingir elevadas temperaturas de trabalho. Isso pode ser alcançado com uma usina termoelétrica de cogeração. 

    O calor que geralmente é rejeitado após a geração de energia elétrica (no resfriamento do vapor) é aproveitado no sistema de cogeração que pode ser usado para o abastecimento de hospitais, shopping center etc.

    A cogeração geralmente é utilizada em regiões próximas da unidade consumidora o que reduz a necessidade de grandes linhas de transmissão e alta infraestrutura.  


    Exercícios

    Exercício 1
    (ENEM/2010)

    No nosso dia a dia deparamo-nos com muitas tarefas pequenas e problemas que demandam pouca energia para serem resolvidos e, por isso, não consideramos a eficiência energética de nossas ações. No global, isso significa desperdiçar muito calor que ainda poderia ser usado como fonte de energia para outros processos. Em ambientes industriais, esse reaproveitamento é feito por um processo chamado cogeração. A figura a seguir ilustra um exemplo de cogeração na produção de energia elétrica.

    Em relação ao processo secundário de aproveitamento de energia ilustrado na figura, a perda global de energia é reduzida por meio da transformação de energia:

    Ilustração: Rapaz corpulento de camiseta, short e tênis acenando

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