Construir um Aerogerador

Um aerogerador é um gerador eléctrico integrado ao eixo de um cata-vento cuja função é converter energia mecânica em energia eléctrica.

Estamos a construir um mini-aerogerador com um motor de passo de uma impressora:

Usando um motor como este para produzir energia mecânica com a força do vento e transforma-la em energia eléctrica que ira alimentar uns leds de uma mini-cidade.
Aqui fica o esquema de montagem que iremos utilizar na construção do aerogerador:

O mais difícil é ligar o motor ás pás e ter um rendimento razoavel devido ao atrito causado pela rotação do motor e das pás, o resto é relativamente simples apesar de dar algum trabalho por causa de arranjar materiais de comprimento, largura, peso certos e boa durabilidade, mas ate agora ainda não correu nada mal.

Video do funcionamento de um parque eólico

Energia Solar

Energia solar é a designação dada a qualquer tipo de captação de energia luminosa (e, em certo sentido, da energia térmica) proveniente do Sol, e posterior transformação dessa energia captada em alguma forma utilizável pelo homem, seja directamente para aquecimento de água ou ainda como energia eléctrica ou mecânica.No seu movimento de translação ao redor do Sol, a Terra recebe 1 410 W/m2 de energia, medição feita numa superfície normal (em ângulo recto) com o Sol. Disso, aproximadamente 19% é absorvido pela atmosfera e 35% é reflectido pelas nuvens. Ao passar pela atmosfera terrestre, a maior parte da energia solar está na forma de luz visível e luz ultravioleta.As plantas utilizam directamente essa energia no processo de fotossíntese. Nós usamos essa energia quando queimamos lenha ou combustíveis minerais. Existem técnicas experimentais para criar combustível a partir da absorção da luz solar em uma reacção química de modo similar à fotossíntese vegetal - mas sem a presença destes organismos.

Métodos de captura de energia solar:

Existem dois tipos de métodos de captura de energia solar, mas o que nós iremos usar é o directo. Os métodos de captura da energia solar classificam-se em directos ou indirectos:

Directo significa que há apenas uma transformação para fazer da energia solar um tipo de energia utilizável pelo homem. Exemplos: A energia solar atinge uma célula fotovoltaica criando electricidade. (A conversão a partir de células fotovoltaicas é classificada como directa, apesar de que a energia eléctrica gerada precisará de nova conversão - em energia luminosa ou mecânica, por exemplo - para se fazer útil.)

A energia solar atinge uma superfície escura e é transformada em calor, que aquecerá uma quantidade de água, por exemplo - esse princípio é muito utilizado em aquecedores solares.Indirecto significa que precisará haver mais de uma transformação para que surja energia utilizável. Exemplo: Sistemas que controlam automaticamente cortinas, de acordo com a disponibilidade de luz do Sol.

Vantagens/Desvantagens da energia solar Vantagens

A energia solar não polui durante seu uso. A poluição decorrente da fabricação dos equipamentos necessários para a construção dos painéis solares é totalmente controlável utilizando as formas de controlo existentes actualmente.

As centrais necessitam de manutenção mínima.

Os painéis solares são a cada dia mais potentes ao mesmo tempo que seu custo vem decaindo. Isso torna cada vez mais a energia solar uma solução economicamente viável.

A energia solar é excelente em lugares remotos ou de difícil acesso, pois sua instalação em pequena escala não obriga a enormes investimentos em linhas de transmissão.

Em países tropicais, como o Brasil, a utilização da energia solar é viável em praticamente todo o território, e, em locais longe dos centros de produção energética, sua utilização ajuda a diminuir a demanda energética nestes e consequentemente a perda de energia que ocorreria na transmissão.

Desvantagens

Os preços são muito elevados em relação aos outros meios de energia.

Existe variação nas quantidades produzidas de acordo com a situação climatérica (chuvas, neve), além de que durante a noite não existe produção alguma, o que obriga a que existam meios de armazenamento da energia produzida durante o dia em locais onde os painéis solares não estejam ligados à rede de transmissão de energia.

Locais em latitudes médias e altas (Ex: Finlândia, Islândia, Nova Zelândia e Sul da Argentina e Chile) sofrem quedas bruscas de produção durante os meses de Inverno devido à menor disponibilidade diária de energia solar. Locais com frequente cobertura de nuvens (Curitiba, Londres), tendem a ter variações diárias de produção de acordo com o grau de nebulosidade.

As formas de armazenamento da energia solar são pouco eficientes quando comparadas por exemplo aos combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás), a energia hidroeléctrica (água) e a biomassa (bagaço da cana ou bagaço da laranja).

As células fotovoltaicas

Células fotoeléctricas ou fotovoltaicas são dispositivos capazes de transformar a energia luminosa, proveniente do Sol ou de outra fonte de luz, em energia eléctrica. Uma célula fotoeléctrica pode funcionar como geradora de energia eléctrica a partir da luz, ou como um sensor capaz de medir a intensidade luminosa.Células geradoras de energia são chamadas também de "células solares", por se aproveitarem principalmente da luz solar para gerar energia eléctrica. Actualmente, as células solares comerciais ainda apresentam uma baixa eficiência de conversão, da ordem de 16%. Existem células fotovoltaicas com eficiências de até 28%, fabricadas de arseniato de gálio, mas o seu alto custo limita a produção dessas células solares para o uso da indústria espacial.Por não gerar nenhum tipo de resíduo, a célula solar é considerada uma forma de produção de energia limpa, sendo alvo de estudos em diversos institutos de pesquisa ao redor do mundo. A luz solar produz até 1.000 Watts de energia por metro quadrado, o que representa um enorme potencial energético. Célula Fovoltaicas.

Possíveis projectos de aplicação de energia solar

Um possível projecto que nós tínhamos, como grupo, inicialmente pensado em desenvolver era um pequeno carro, movido a energia solar, com recurso ás já referidas células fotovoltaicas, mas após termos feito um balanço dos custos e da acessibilidade dos matérias envolvidos vimos que não era rentável fazermos uma maqueta usando a energia solar.

Energia do Hidrogénio

Aplicações:
Industrialmente são necessárias grandes quantidades de hidrogénio, principalmente no processo de Haber para a obtenção de amoníaco, na hidrogenação de graxas e azeites e na obtenção de metanol. Outros usos são:
Produção de ácido clorídrico, combustível para foguetes e redução de minerais metálicos.
O hidrogénio líquido apresenta aplicações criogénicas, incluindo a investigação da supercondutividade.
Devido à sua leveza era usado como gás de enchimento de balões e dirigíveis; após o desastre do dirigível Hindenburg abandonou-se em parte seu uso devido à sua grande inflamabilidade, mas continua a ser usado em lançamento de balões meteorológicos estratosféricos.
O trítio é produzido nas reacções nucleares e é empregado na construção de bombas de hidrogénio. Também se utiliza como fonte de radiação em pinturas luminosas e como marcador nas ciências biológicas.
O deutério possui aplicações nucleares como moderador, como constituinte da água pesada.
Mas também, o hidrogénio pode ser usado em motores de combustão interna. As células de combustível em desenvolvimento poderão ser capazes de oferecer uma alternativa limpa e económica aos motores de combustão interna.


Funcionamento em motores de combustão interna:
O motor de combustão interna é uma máquina térmica, que transforma a energia proveniente de uma reacção química em energia mecânica. O processo de conversão se dá através de ciclos termodinâmicos que envolvem expansão, compressão e mudança de temperatura de gases.
São considerados motores de combustão interna aqueles que utilizam os próprios gases de combustão como fluido de trabalho. Ou seja, são estes gases que realizam os processos de compressão, aumento de temperatura (queima), expansão e finalmente exaustão.
Assim, este tipo de motor distingue-se dos ciclos de combustão externa, nos quais os processos de combustão ocorrem externamente ao motor. Neste caso, os gases de combustão transferem calor a um segundo fluido que opera como fluido de trabalho.
Motores de combustão interna também são popularmente chamados de motores a explosão. Esta denominação, apesar de frequente, não é tecnicamente correcta. De fato, o que ocorre no interior das câmaras de combustão não é uma explosão de gases. O que impulsiona os pistões é o aumento da pressão interna da câmara, decorrente da combustão (queima controlada com frente de chama). O que pode-se chamar de explosão (queima descontrolada sem frente de chama definida) é uma detonação dos gases, que deve ser evitada nos motores de combustão interna, a fim de proporcionar maior durabilidade dos mesmos e menores taxas de emissões de poluentes atmosféricos provenientes da dissociação de gás nitrogénio.


Vários métodos de produção de hidrogénio:
· Sub-produto da hidrogenação de substratos insaturados; e na natureza como meio de expelir equivalentes redutores em reacções bioquímicas.
· O alumínio também pode produzir H2 após tratamento com bases.
· A electrólise da água é um método simples de produzir hidrogénio. Uma corrente de baixa voltagem corre através da água, e oxigénio gasoso forma-se no ânodo enquanto que hidrogénio gasoso forma-se no cátodo.
· O gás H2 é normalmente preparado pela reacção de ácidos com metais tais, como o zinco, por meio do aparelho de Kipp.
· O hidrogénio pode ser preparado por meio de várias processos mas, economicamente, o mais importante envolve a remoção de hidrogénio de hidrocarbonetos.
· Hidrogénio adicional pode ser recuperado do vapor usando monóxido de carbono através da reacção de mudança do vapor de água, especialmente com um catalisador de óxido de ferro.


É perigoso porque:
· É extremamente inflamável no ar (essa probabilidade de se inflamar situa-se entre 4% e 75% por volume de ar). A energia necessária para inflamá-lo é muito pequena e, em algumas condições, pode ocorrer auto-inflamação.
· Pode difundir-se rapidamente através de materiais e sistemas que estejam presentes no ar ou noutros gases comuns. Com alguns materiais, a difusão é mais pronunciada com temperaturas muito altas.
· No caso da sua aplicação em motores de combustão internos, devido à compressão do gás, este pode causar uma explosão.

Energia Hidráulica

A energia hidráulica ou energia hídrica é a energia obtida a partir da energia potencial de uma massa de água. A forma na qual ela se manifesta na natureza é nos fluxos de água, como rios e lagos e pode ser aproveitada por meio de um desnível ou queda d'água. Pode ser convertida na forma de energia mecânica (rotação de um eixo) através de turbinas hidráulicas ou moinhos de água. As turbinas por sua vez podem ser usadas como accionamento de um equipamento industrial, como um compressor, ou de um gerador eléctrico, com a finalidade de prover energia eléctrica para uma rede de energia.

É necessário que haja um fluxo de água para que a energia seja gerada de forma contínua no tempo, por isto embora se possa usar qualquer reservatório de água, como um lago, deve haver um suprimento de água ao lago, caso contrário haverá redução do nível e com o tempo a diminuição da potência gerada (ver equação acima). As represas (barragens) são nada mais que lagos artificiais, construídos num rio, permitindo a geração contínua.

As represas podem ser importantes pois caso a água fosse colectada directamente de um rio, na medida que houvesse uma redução da vazão do rio, como em uma época de estiagem, haveria redução da potência gerada. Assim com a formação de um lago (reservatório da barragem), nas épocas de estiagem pode-se usar a água armazenada, e se este for suficientemente grande poderá atender a um período de estiagem de vários meses ou mesmo plurianual.

No Brasil, devido a sua enorme quantidade de rios, a maior parte da energia eléctrica disponível é proveniente de grandes centrais hidroeléctricas. A energia primária de uma hidroeléctrica é a energia potencial gravitacional da água contida numa represa elevada. Antes de se tornar energia eléctrica, a energia primária deve ser convertida em energia cinética de rotação. O dispositivo que realiza essa transformação é a turbina. Ela consiste basicamente em uma roda dotada de pás, que é posta em rápida rotação ao receber a massa de água. O último elemento dessa cadeia de transformações é o gerador, que converte o movimento rotatório da turbina em energia eléctrica.

Um rio não é percorrido pela mesma quantidade de água durante o ano inteiro. Em uma estação chuvosa, é claro, a quantidade de água aumenta. Para aproveitar ao máximo as possibilidades de fornecimento de energia de um rio, deve-se regularizar-se a sua vazão.

A vazão de água é regularizada pela construção de lagos artificiais. Uma represa, construída de material muito resistente - pedra, terra, frequentemente cimento armado - , fecha o vale pelo qual corre o rio. As águas param e formam o lago artificial. Dele pode-se tirar água quando o rio está baixo ou mesmo seco, obtendo-se assim uma vazão constante.

A construção de represas quase sempre constitui uma grande empreitada da engenharia civil. Os paredões, de tamanho gigante, devem resistir às extraordinárias forças exercidas pelas águas que ela deve conter. Às vezes, têm que suportar ainda a pressão das paredes rochosas da montanha em que se apoiam.

Para diminuir o efeito das dilatações e contracções devidas às mudanças de temperatura, a construção é feita em diversos blocos, separados por juntas de dilatação. Quando a represa está concluída, em sua massa são colocados termómetros capazes de transmitir a medida da temperatura a distância; eles registram as diferenças de temperatura que se possam verificar entre um ponto e outro do paredão e indicam se há perigo de ocorrerem tensões que provoquem fendas.

As vantagens da construção de energia hidroeléctrica são:
Baixo custo do mega watt;

Forma de energia limpa, sem poluentes;

Geração de empregos;

Desenvolvimento económico.

As desvantagens da construção de uma barragem de energia hidroeléctrica são:
- Desapropriação de terras produtivas pela inundação;

- Impactos ambientais (fauna e flora) - perda de vegetação e da fauna terrestres;

- Impactos sociais (relocação e desapropriação de moradores);

- Interferência na migração dos peixes;

- Alterações na fauna do rio;

- Perdas de heranças históricas e culturais, alterações em actividades económicas e usos tradicionais da terra.

- Quais são os impactos ambientais na construção de uma barragem?

Para construir represas e barragens é preciso alagar uma área enorme para formar o lago, e muitas vezes mexer no caminho que o rio faz. O lago, também chamado de reservatório, é formado pelo represamento das águas do rio, através da construção de uma barragem. Essa alteração do meio ambiente atrapalha a vida dos bichos e das plantas da região, além de mudar radicalmente a paisagem, muitas vezes destruindo belezas naturais. Também saem prejudicadas as pessoas que moram por perto e têm que se mudar por causa da inundação.
Maqueta de Barragem
A maqueta apesar de não ser difícil de reproduzida a uma certa escala, não é fácil fazer com que ela produza energia hidroeléctrica puramente só com a força da água, pois não conseguimos ter um “rio” que esteja sempre a correr e a produzir energia, e a montagem dos motores faz-los a uma certa escala e que funcionem não fácil pelo menos para nós.Mas mesmo assim para interessados aqui está um tutorial como montar uma maqueta de uma barragem?

- Como montar uma maqueta?

Para fazer uma maqueta técnica siga as seguintes instruções.
Escolher o objecto, local ou terreno.
Obter as dimensões do que se deseja reproduzir. No caso de terrenos, devem ser obtidas também, as curvas de níveis do local.
Determinar como você deseja que seja a aparência final de sua maqueta, para poder seleccionar o material em que vai executá-la.
Reproduzir, individualmente, as partes do que se deseja em um papel utilizando a escala desejada.
É normal que se utilize escalas menores para detalhes e escalas maiores quando se trata de grandes áreas.
Por exemplo, escalas 1:20 ou 1:25, as vezes até menores, são usadas para detalhes, e 1:1.000 ou 1:2.000, as vezes superiores, para terrenos ou grandes áreas.
Para entender a relação entre escalas vale observar que quando se diz escala 1:1, a correspondência é para cada 1 metro equivale realmente 1 metro. As réguas escolares usuais possuem escala 1:100, ou seja, cada centímetro indicado corresponde a 1 metro.
A execução, propriamente dita, deve ser iniciada pela base, que pode ser em compensado, papelão resistente, acrílico e etc.
A parte inferior do objecto, local ou terreno escolhido, deve ser a primeira a ser montada, seja ela a primeira curva de nível, o piso ou um assoalho de um local ou equipamento.
Em seguida, começar a subir as estruturas ou o terreno, sempre acompanhando os desenhos do objecto.
A execução de uma maqueta pode ser feita com materiais descartáveis para cobertura vegetal etc, ou com materiais encontrados em casas especializadas e livrarias como papel Paraná, papel cola minado, chapas de acrílico ou pvc e etc.
A aparência final da maqueta, poderá ser parecida com a figura real escolhida em termos de cores e detalhes, ou sem detalhes - volumétrica - e em cor única.

Energia Magnética

As primeiras observações de fenómenos magnéticos são muito antigas. A propriedade da magnetite de atrair pedaços de ferro já era conhecida das civilizações chinesas, egípcias e gregas. A palavra “magnetismo” deriva de magnetite, nome dado á pedra-iman originaria de magnésia, na Ásia Maior. (onde é a Turquia actualmente).

Actualmente, os magnetes sã usados em motores, transformadores, aparelhos de som e imagem, leitores magnéticos, etc. Estima-se que em cada lar europeu existasm cerca de 100 magnetes espalhados por vários aparelhos.

- Propriedades
A atracção exercida por um magnete é mais forte junto de uma zona específica, os pólos. Um magnete em forma de barra tem um pólo norte e outro sul. Se se rodar livremente um iman, em torno do centro, este tende a alinhar-se com a direcção N-S nesse local.
Pólos do mesmo tipo repelem-se e polos de tipos diferentes atraem-se.
No entanto, e ao contrário das cargas eléctricas, nunca se observou um pólo magnético isolado (ao cortarmos um iman ao meio, ele divide-se em 4 polos.)O campo magnético, tem origem em cargas em movimento (cargas eléctricas).

- Objectivo
Estudo do magnetismo em função das suas aplicações em energias renováveis.
Criação de um protótipo para o estudo do uso da energia electromagnética, aplicada ás energias renováveis.


- Custos
Os custos não são muito elevados, é até um custo razoável comparando com a maioria das outras energias. O mais complicado é a aquisição dos imans, que obviamente são caros devido ao seu tipo ou tamanho, embora o grupo ainda não esteja informado em relação á parte orçamental.

- Pros

-O magnestismo é não poluente
-Tem um custo reduzido comparativamente ás outras energias.
-É intressante pois é uma energia pouco conhecida
-Tem uma vasta gama de aplicações.

- Contras
-Falta de informação/fontes crediveis.
-Divergência de opiniões entre o grupo.

Uma aplicação da Energia Mágnetica:

Um comboio puramente movido a energia electromagnetica, O Maglev.

Energia eólica

- Como funciona?
Actualmente utiliza-se a energia eólica para mover aerogeradores - grandes turbinas colocadas em lugares de muito vento. Essas turbinas têm a forma de um cata-vento ou um moinho. Esse movimento, através de um gerador, produz energia eléctrica. São agrupados em parques eólicos, concentrações de aerogeradores, necessários para que a produção de energia se torne rentável, mas podem ser usados isoladamente, para alimentar localidades remotas e distantes da rede de transmissão. É possível ainda a utilização de aerogeradores de baixa tensão quando se trate de requisitos limitados de energia eléctrica.

- O que são aerogeradores?

Um aerogerador é um gerador eléctrico integrado ao eixo de um cata-vento cuja missão é converter energia eólica em energia eléctrica. Este tipo de gerador tem se popularizado rapidamente devido a energia eólica ser um tipo de energia renovável considerada uma "energia limpa" (que respeita ao meio ambiente), já que não requer uma combustão que produza resíduos poluentes nem a destruição de recursos naturais.
Os aerogeradores de baixa tensão diferenciam-se dos aerogeradores de alta tensão principalmente por terem tamanho e peso reduzidos em relação aos outros, que usualmente são instalados nos cumes das montanhas ou em grandes planícies. O peso médio de um aerogerador de baixa tensão é de 100 kg.
Este tipo de equipamento poderá ser definido como um aerogerador doméstico, pois a quase totalidade dos equipamentos é instalada em habitações ou micro-indústrias. Ter um aerogerador a produzir electricidade unicamente para as nossas instalações pode ser uma realidade.

- Factores económicos:
A produção de energia eléctrica requer altíssimos investimentos de capital, e baixos custos de manutenção. Isto é particularmente verdade para o caso da energia eólica, onde os custos com a construção de cada aerogerador pode ficar na casa dos milhares de Euros, os custos com manutenção são baixos, mas tem uma vantagem, o custo com combustível é zero. Na composição do cálculo de investimento e custo nesta forma de energia levam-se em conta diversos factores, como a produção anual estimada, as taxas de juro, os custos de construção, de manutenção, de localização e os riscos de queda dos geradores. Sendo assim os cálculos sobre o real custo de produção da energia eólica diferem muito, de acordo com a localização de cada parque eólico.
No entanto, a quantidade de energia produzida por este meio é ainda uma mínima parte da que se consome pelos países desenvolvidos.

- Contras…
O uso de aerogeradores tem alguns problemas:
Nas proximidades dos parques eólicos é detectada poluição sonora, devido ao ruído produzido. Há também quem considere que sua silhueta afecta a paisagem. Tem sido estudada, recentemente, a hipótese da construção de parques eólicos sobre plataformas ancoradas no mar, não muito longe da costa, mas situadas de tal forma que não incidam de forma excessiva sobre a paisagem.
Os lugares mais apropriados para sua instalação coincidem com as rotas das aves migratórias, o que faz com que centenas de pássaros possam morrer ao embater contra as suas hélices.
Os aerogeradores não podem ser instalados de forma rentável em qualquer área, já que requerem um tipo de vento constante mas não excessivamente forte.

- Consumos/Produção:
Em 2005 a capacidade mundial de geração de energia eléctrica através da energia eólica era de aproximadamente 59 giga watts (o suficiente para abastecer as necessidades básicas de um país como o Brasil), embora isso represente menos de 1% do uso mundial de energia.
Em alguns países a energia eléctrica gerada a partir do vento representa uma grande parte do consumo de energia do próprio país, como por exemplo na Dinamarca representa 23% da produção, 6% na Alemanha e cerca de 8% em Portugal (dados de Setembro de 2007) e na Espanha. Globalmente, a geração através de energia eólica mais que quadruplicou entre 1999 e 2005.

- Caso em particular: Portugal
O primeiro parque eólico no continente português foi instalado em 1996.
Em 2001, a potência eólica instalada era de 114 MW, distribuída por 16 parques com um total de 173 aerogeradores. Em 2004, já existiam 441 ventoinhas espalhadas por 71 parques, que representavam uma potência de 537 MW.
Em 2008 produziam 4 por cento do consumo final de electricidade mas que é expectável que, até 2010, represente 15 por cento.
O continente português possuía 1427 aerogeradores no final de Agosto de 2008, representando uma potência eólica instalada de 2672 mega watts (MW) distribuída por 164 parques eólicos.
Os distritos com maior potência eólica instalada são Viseu (478 MW), Castelo Branco (409 MW), Viana do Castelo (302 MW), Coimbra (277 MW), Lisboa (225 MW), Vila Real (171 MW), Santarém (152 MW), Leiria (151 MW) e Braga (144 MW). Os distritos de Lisboa, Leiria e Castelo Branco apresentam uma forte componente eólica, superior a 50 por cento da potência renovável desses distritos.