Energia mecânica gerando energia elétrica

 

Um dos assuntos mais comuns no exame do Enem é a abordagem sobre a energia elétrica gerada pelas usinas. A interdisciplinaridade a respeito das usinas é um assunto recorrente especialmente do ponto de vista dos impactos ambientais causados pelos diferentes tipos de usinas. Do ponto de vista da Física é necessário conhecer os diversos tipos de usinas geradoras de energia elétrica.

 Para entender o processo, observe o esquema a seguir que representa um modelo de geração de energia elétrica bastante simplificado.

 Um fio é enrolado várias vezes formando uma espiral (esse tipo de bobina é chamado solenóide). Os terminais são ligados a uma lâmpada e um ímã será introduzido no solenóide. O ímã possui um campo magnético e a variação do campo magnético que ocorre com a introdução do ímã na bobina gera uma corrente elétrica que acende a lâmpada. Contudo após introduzir o ímã a lâmpada apaga, pois s corrente elétrica cessa. É preciso uma nova variação no campo magnético, então o ímã é retirado do interior do solenóide. Nesse movimento a lâmpada acende novamente. Assim para manter a lâmpada acesa é necessário um movimento de vai e vem com o ímã.

geração de energia

Veja esse video que mostra um ímã sendo inserido em uma bobina. Observe como o amperímetro assinala a existência de corrente elétrica durante o movimento.

O video está tembém na dica  Como estudar Física para o Enem  

 

 Podemos substituir o movimento da mão por um sistema mecânico.

Para executar o movimento de vai e vem, prende-se o ímã a uma biela e esta é presa a uma roda giratória conforme o esquema que segue. Em volta do ímã é colocado um apoio para que ele possa deslizar no movimento.

geraçao de energia

Para acender a lâmpada é preciso girar a roda maior. Isso é feito colocando uma nova roda com pás ligada na roda maior.

geração de energia

 

Dessa forma girando-se a roda com pás a lâmpada acende, isto é, gera-se energia elétrica.

Em uma usina, o solenóide com ímã é o gerador (não é um movimento de vai e vem que ocorre, mas sim um movimento de rotação). A roda com pás presa a roda menor é a turbina. O processo pelo qual a roda com pás é posta a girar dará a classificação da usina.

 -          Usina hidrelétrica: a água precisa cair nas pás. É feita uma barragem que armazena água em forma de energia potencial gravitacional. A água para escoar da barragem transforma essa energia potencial em cinética na turbina que gira o gerador. Impacto ambiental: alagamento e elevação dos níveis dos rios.

 -          Usina Eólica: o vento gira as pás. É preciso um lugar aberto para receber uma boa quantidade de vento. Costumam ser usados vários geradores e turbinas. Impacto ambiental: colisões com animais voadores. O custo para produção ainda é alto.

 -          Usina termolétrica: o vapor a alta pressão faz girar as pás. Os combustíveis fósseis são queimados em uma caldeira que gera vapor. Esse vapor será usado movimentar as turbinas. Impacto ambiental: Contribuem para o aquecimento global através do efeito estufa e da chuva ácida.

 -          Usina Nuclear: o vapor a alta pressão faz girar as pás. O material radioativo produz calor para vaporizar a água. O vapor produzirá o movimento das pás. Impacto ambiental: lixo atômico.

  Há ainda:

-          Usina solar com captação da radiação através de células fotovoltaicas ou transformando direto a energia radiante em calor através de superfícies escuras.

 -          Usina de biocombustível com combustível de ordem biológica e não fóssil.

 -          Usina Maremotriz com utilização dos movimentos das ondas do mar.

 -          Usina Geotérmica com utilização das fontes quentes de água do interior da Terra.

 

Caiu no Enem

 Na figura a seguir está esquematizado um tipo de usina utilizada na geração de eletricidade. 

enem energia

a) hidrelétrica, porque a água corrente baixa a temperatura da turbina.

b) hidrelétrica, porque a usina faz uso da energia cinética da água.

c) termoelétrica, porque no movimento das turbinas ocorre aquecimento.

d) eólica, porque a turbina é movida pelo movimento da água.

e) nuclear, porque a energia é obtida do núcleo das moléculas de água.

 

Solução: É fácil perceber que não há componente nuclear ou eólico. Tampouco há caldeira para queimar combustível. Assim a usina é hidrelétrica, pois a usina faz uso da energia cinética da água que antes estava acumulada em energia potencial na barragem.

 Letra B

 

A energia térmica liberada em processos de fissão nuclear pode ser utilizada na geração de vapor para produzir energia mecânica que, por sua vez, será convertida em energia elétrica.  Abaixo está representado um esquema básico de uma usina de energia nuclear.

geraçao de energia

A partir do esquema são feitas as seguintes afirmações:

 

I. a energia liberada na reação é usada para ferver a água que, como vapor a alta pressão, aciona a turbina.

II. a turbina, que adquire uma energia cinética de rotação, é acoplada mecanicamente ao gerador para produção de energia elétrica.

III. a água depois de passar pela turbina é pré-aquecida no condensador e bombeada de volta ao reator.

 

Dentre as afirmações acima, somente está(ão) correta(s):

a) I.

b) II.

c) III.

d) I e II.

e) II e III.

Solução: 

As duas primeiras estão corretas e correspondem ao funcionamento da usina nuclear.

A terceira opção está errada, pois no condensador o vapor será resfriado (condensado) para retornar ao sistema e resfriar o reator.

 Letra D

 

energia

De acordo com este diagrama, uma das modalidades de produção de energia elétrica envolve combustíveis fósseis. A modalidade de produção, o combustível e a escala de tempo típica associada à formação desse combustível são, respectivamente,

a) hidroelétricas - chuvas - um dia

b) hidroelétricas - aquecimento do solo - um mês

c) termoelétricas - petróleo - 200 anos

d) termoelétricas - aquecimento do solo - um milhão de anos

e) termoelétricas - petróleo - 500 milhões de anos.

 

Solução:

 A produção de energia elétrica pela termoelétrica é gerada pela queima dos combustíveis fósseis. Isso exclui as opções das hidrelétricas. A usina que usa aquecimento do solo é a geotérmica. As usinas termoelétricas podem usar petróleo que possui uma escala de centenas de milhões de anos (no caso 500 milhões) para sua produção.

 Letra E


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