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2. Fontes Alternativas de Energia Parte 1: Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 2

3. 1800: Thomas Seebeck mediu uma diferença de potencial nas extremidades frias de um termopar Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 3

4. Principal Vantagem da Termogeração: por ser um processo sólido de conversão da energia térmica em energia elétrica, não possui partes móveis. Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Utilização comercial dos Termo-Geradores (TEGs): a partir da década de 60. Atualmente utilizam-se materiais semicondutores de dopagens opostas na composição do termopar (silício tipo p e silício tipo n). Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 4

5. Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Extremidade fria do elemento N Pólo Negativo Extremidade fria do elemento P Pólo Positivo Curto entre os elementos Corrente Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 5

6. Baixo nível de tensão (0,7V) Cada elemento termopar Bom nível de potência (1W) Solução Arranjo série-paralelo (termopilha) Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 6

7. O módulo termelétrico selado (termopilha) Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa obs: Parte quente = 540ºC, Parte fria= 140ºC Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 7

8. Elementos componentes dos TEGs Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 8

9. Fonte de Calor: queimadores alimentados com gás natural ou propano. Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Palhetas de Resfriamento: entregam ao meio-ambiente o excedente de calor não convertido em energia elétrica. Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 9

10. Instalação de Sistema com 5000W Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 10

11. Detalhes de um Sistema Instalado Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 11

12. Vida útil: no mínimo, 20 anos • Baixa manutenção • Podem operar em qualquer situação climática na superfície da terra (suportam variações de temperatura ambiente de –30ºC a +50ºC) • Uma única unidade TEG pode fornecer de 15 a 550W • Há sistemas instalados com até 8000W • Não necessitam baterias de backup Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 12

13. Aplicações: • Locais remotos, sem rede convencional, de difícil acesso • Alimentação de sistemas que necessitem de alta confiabilidade • Estações de telecomunicação, comunicação de dados, sinalização, etc. Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 13

14. Manutenção: • Dependerá do grau de pureza do combustível injetado, pois as pilhas não necessitam de manutenção. • Combustíveis limpos e/ou filtros de combustível de alta eficiência garantem longos períodos de funcionamento sem necessidade de manutenção. Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 14

16. Fontes Alternativas de Energia Parte 2: Centrais Elétricas com Geração a Partir de Chaminé Solar Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 16

17. Motivação: • Necessidade de prover a crescente população mundial com energia limpa; • Desafio do desenvolvimento de fontes alternativas, não poluentes e de baixo impacto ambiental; • Substituição dos combustíveis não-renováveis e poluentes (petróleo, gás, carvão) por combustíveis limpos, não poluentes; • Exploração de uma fonte inesgotável de energia, o SOL, para produção de Energia Elétrica. Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 17

18. Princípios de Funcionamento da Chaminé Solar • Efeito Chaminé • Efeito Estufa • Turbina Eólica com Gerador Elétrico Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 18

19. Principais Componentes da Chaminé Solar • Cilindro da Torre • Turbina(s) • Coletor de Vidro • com armazenamento • de calor Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 19

20. Coletor – Efeito de Estufa • Cobertura plana de vidro ou chapa, recebe a radiação solar, o calor passa ao solo • O ar frio entra pela periferia e circula radialmente em direção à base da chaminé, sendo aquecido pelo calor do solo sob a cobertura • O ar quente atinge a chaminé, causando uma forte corrente de convecção, movimentando as turbinas Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 20

21. Geração de Energia x Horas do Dia • A produção de energia elétrica depende da incidência solar, sendo maior no meio do dia e menor no início ou final do dia; • O solo armazena parte do calor coletado durante o dia e o libera durante a noite: Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 21

22. Armazenamento de Calor • O uso de um sistema de armazenamento de calor usando tubos cheios de água permite à chaminé gerar energia continuamente durante 24 horas Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 22

23. Armazenamento de Calor • Tubos pretos, cheios de água, fechados, preenchidos uma única vez (a água não evapora) equaliza a geração de energia durante as 24h do dia: Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 23

24. Armazenamento de Calor • Dependendo da altura do colchão d’água, ajusta-se a produção de energia durante as 24h do dia: Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 24

25. Chaminé • É a máquina térmica do sistema; • Funciona como o conduto forçado de uma hidrelétrica (baixo atrito, alto volume, baixa superfície); • Quanto mais alta, maior a diferença de temperatura e a diferença de pressão ao longo da altura da chaminé; • É geralmente construída de metal, com base em concreto. Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 25

26. Chaminé Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 26

27. Turbina • É do tipo de pressão (8 vezes mais energia que uma turbina de velocidade com o mesmo diâmetro); • O fluxo de ar (e, a velocidade do ar no sistema) é controlado através do ajuste do ângulo das palhetas da turbina. • Alternativamente, podem ser usadas diversas turbinas de eixo horizontal, distribuídas radialmente em relação à base da chaminé. Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 27

28. Turbina Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 28

29. Otimização do Sistema • Fatores Principais na Produção Anual de Energia: Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica • área do coletor • altura da chaminé • tipo de vidro Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 29

30. Resultados Experimentais • Instalação Experimental em Manzanares (Espanha) • projeto alemão, custo: US$ 6 milhões, 10 anos de duração • forneceu energia de forma ininterrupta de julho de 1986 a fevereiro de 1989 • chaminé com 195m de altura e 10m de diâmetro, área de coletor de 46.000m2 • potência nominal de 50kWp Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 30

31. Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 31

32. Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 32

33. Projeto em Execução • Chaminé Solar em Mildura, Austrália, com 1000m de altura (a maior estrutura da Terra) e 150m de diâmetro • Potência: 200 MWp Energia: 500 GWh/ano • Custo: US$ 395 milhões (14% maior que uma usina termelétrica a carvão ou 70% maior que geração eólica) • Estrutura mista de aço e concreto • Expectativa de entrada em operação: 2005 Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 33

34. Características e Vantagens: • Aproveitamento da energia solar, gerando energia limpa, renovável, sem agressão ao meio ambiente; • Adequada para países com grandes extensões de terra árida, alta insolação e mão-de-obra barata; • Pode funcionar por 24 horas seguidas, sem interrupção no fornecimento de Energia Elétrica, se utilizado o armazenamento de calor com água; • Projeto simples, tecnologia conhecida (vidro, concreto, aço, turbinas); Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 34

35. Características e Vantagens: • Extremamente confiável e durável, pois requer componentes simples e robustos (baixa manutenção); • As únicas partes móveis são as turbinas e os geradores, que entretanto, não necessitam de manutenção intensiva por não trabalharem em contato com a água; • A eficiência da conversão da energia solar em energia elétrica é baixa, sendo compensada pelo baixo custo de instalação e operação, mas ainda muito superior ao custo das centrais convencionais. Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 35