Geração Termo Hidraulica II

Geração Termo Hidraulica II

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Fig. 5.14 – Esquema e concepção artística de um sistema OWC

Uma central OWC piloto de 150 kW foi construida no quebra-mar do porto pesqueiro de Vizhinjam, Índia. O teste foi um sucesso. Melhorias foram feitas em abril de 1996 e levaram a um novo projeto com 10 captadores de ondas e uma capacidade total de 1,1 MW.

Atualmente, muitos países vêm desenvolvendo estudos para o aproveitamento da energia das ondas: Austrália, China, Dinamarca, Grécia, Indonésia, Irlanda, Japão, Noruega, Portugal, Suëcia, Reino Unido e EUA. A figura 5.15 ilustra alguns projetos.

Fig. 5.15 – Esquema de alguns sistema para aproveitamento da energia das ondas

5.2.4. O gradiente vertical de temperatura

Os oceanos exibem uma estratificação vertical de temperaturas, devido à absorção do calor solar em sua superfície. A água superficial é aquecida pelo Sol, torna-se mais leve e mantém-se na superfície, onde é ainda mais aquecida, reforçando o gradiente. A diferença de temperaturas gerada pode ser aproveitada através de uma máquina térmica. Este sistema é denominado OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion). A diferença de temperaturas, entretanto, é pequena mesmo nos Trópicos, de forma que sistemas OTEC possuem baixa eficiência. Para um sistema OTEC funcionar, a diferença de temperatura entre a superfície do oceano e a profundidade de 1000 m deve ser pelo menos 20 oC.

A figura 5.16 ilustra o funcionamento de centrais OTEC de ciclo aberto e de ciclo fechado. A central de ciclo fechado é praticamente idêntica a uma central convencional a vapor, exceto pelo fato que o fluido trabalho não é água, pois precisa possuir evaporar a temperaturas muito mais baixas.

Nas centrais OTEC de ciclo aberto, o fluido de trabalho é a água quente do mar (superficial). Ela é evaporada a baixa pressão, gerando vapor que depois de movimentar a TV é condensado num condensador convencional ou por mistura com a água fria do mar (do fundo).

Fig. 5.16 – Ciclo OTEC fechado (esq) e aberto (dir)

Além da evidente aplicação dos sistemas OTEC em geração de energia elétrica, tem sido proposto que eles possam servir para atender indústrias baseadas no oceano, produzindo água desalinizada e trabalho de refrigeração. A figura 5.17 mostra a central em Keahole Point, Hawaii, operada entre 1992 e 1998 e demolida em 1999. Sua capacidade instalada era de 210 kW e ela produziu água desalinizada com sucesso.

Fig. 5.17 – Central OTEC em Keahole Point, Hawaii.

Quase toda a vida como conhecemos é mantida pela radiação solar direta ou indireta, atenuada pela atmosfera e pela água de mares e oceanos. Além disso, o Sol é a fonte primária de energia para diversas outras fontes energéticas bem conhecidas e utilizadas, como a eólica, a hidráulica, a maremotriz e de forma mais indireta, o carvão, o petróleo e seus produtos, a biomassa, etc. Fontes de energia como a nuclear e a geotérmica são as exceções mais evidentes à origem solar das fontes de energia.

A grande atratividade ao uso da energia solar é, evidentemente, o fato de ela ser inesgotável. Além disso ela é abundante, confiável, contínua e não poluente no sentido clássico anteriormente mencionado em relação à energia eólica. Sua captação o nível do solo, entretanto, depende dos movimentos da Terra e das condições atmosféricas. Isso lhe confere um caráter periódico, dependente das estações do ano e do ciclo dia-noite, e intermitente, dependente principalmente da cobertura de nuvens.

Outro problema no aproveitamento da energia solar é sua natural diluição ao nível da

Terra, independente da influência da atmosfera. O fluxo de radiação solar numa superfície plana, perpendicular à direção dos raios solares e situada fora da atmosfera é de 1381 W/m2 aproximadamente. Este valor é conhecido como a constante solar e sofre pequenas influências da distância Terra-Sol e da própria atividade solar. Levando-se em conta a atenuação atmosférica mínima, isto é devida à absorção e reflexão de energia pelos constituintes atmosféricos normais e sem nuvens, este valor cai para algo em torno de 948 W/m2 ao nível médio do mar. A presença de nuvens, chuva, gelo e poluentes em suspensão pode diminuir drasticamente este valor.

Não se deve perder de vista, contudo, que a energia solar total disponível ao nível médio do mar supera em muitas vezes a demanda energética atual do planeta. Por exemplo, se toda a superfície dos EUA fosse utilizada para captação de energia solar e se a eficiência da conversão fosse 100%, a energia gerada seria em torno de 1000 vezes superior à demanda no ano de 1980.

O uso da radiação solar para a produção de energia elétrica tem sido considerado seriamente nas últimas décadas. Existem dois modos básicos pelos quais a energia solar pode ser convertida em energia elétrica: a conversão térmica e a conversão fotovoltaica.

Na conversão térmica, a radiação solar é absorvida numa superfície e convertida em calor. Este calor é então aproveitado de uma entre duas maneiras. Na primeira, o calor é injetado num ciclo termodinâmico a vapor e posteriormente transformado em trabalho numa TV. Na outra, ele é diretamente utilizado para aquecer o ar, criando correntes de convecção que movimentarão uma TE. Na conversão fotovoltaica a radiação solar é diretamente convertida em energia elétrica através de células compostas por materiais especiais. Os dois tipos de centrais serão estudados separadamente a seguir.

5.3.1. Conversão térmica

Nas centrais solares que utilizam conversão térmica, a energia solar é captada em coletores e dirigida aos receptores que contém o fluido de trabalho do ciclo termodinâmico, geralmente água. As centrais de conversão térmica podem ser classificadas, conforme o tipo de receptor, em:

• Centrais com receptor central • Centrais com coletor-receptor

• Centrais com receptores distribuídos

Nas centrais com receptor central, os coletores são um certo número de espelhos refletores, chamados helioestatos, que rastreiam o Sol e direcionam a radiação para um receptor central. A figura 5.18 ilustra o conceito através da Central Solar One, na Califórnia, EUA. A central utiliza em torno de 1800 coletores focados numa torre de aproximadamente 100 m de altura, sua potência instalada é 10 MW e o fluido de trabalho é água. A central Solar Two (fig. 5.19), também na Califórnia, entrou em operação em 1995 e utiliza um sal líquido como fluido de trabalho.

Fig. 5.18 – Central Solar One, na Califórnia.

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