O homem, sua história e o uso de energia

Os estágios de desenvolvimento do homem, desde a pré-história até os dias atuais, podem ser correlacionados com a energia por ele consumida, ilustrando o consumo diário em alguns estágios do desenvolvimento humano.

Inicialmente, o homem primitivo, há aproximadamente 1 milhão de anos, sem o uso do fogo, tinha apenas a energia dos alimentos que ele consumia (2.000 kcal/dia). 

Num segundo momento, o homem caçador, há aproximadamente 100 mil anos, tinha mais comida e também queimava madeira para obter calor e para cozinhar.

Mais tarde, o homem agrícola primitivo, por volta de 5.000 a.C., já utilizava a energia animal. 

Na fase avançada do homem agrícola, por volta de 1400 d.C., ele usava carvão para aquecimento, a força da água e do vento e o transporte animal.

Mais recentemente, na sua fase industrial, o homem, por volta de 1.800, já utilizava a máquina a vapor. Já o homem contemporâneo, tecnológico, consome por volta de 23.000 kcal/dia, cerca de 100 vezes mais que o homem primitivo. 

Essa energia claramente não está relacionada apenas à alimentação, mas também ao conforto, como nos sistemas de aquecimento ou resfriamento de ambientes, ao uso de equipamentos elétricos e eletrônicos, à iluminação, a chuveiros elétricos etc. Parte da energia consumida pelo homem é usada em transportes.

O crescimento da energia consumida per capita deve-se, principalmente, aos avanços da tecnologia, que aumentaram a potência desenvolvida disponível para o homem.

Atualmente, a usina hidrelétrica de Itaipu, usando 18 turbinas, é capaz de gerar cerca de 13.000.000 kW de potência.

É importante ressaltar que o consumo de energia também se dá de forma indireta, ou seja, não consumimos apenas o que é medido pelo relógio de luz ou pela bomba de combustível, mas também tudo que é necessário para a produção e a distribuição dos objetos que utilizamos, como caderno, lápis, cadeira, saco de supermercado, roupa etc.

Fonte: Caderno do Professor: Ciências, Ensino Fundamental – 8º Ano, Volume 4. São Paulo: SEE, 2009.

Transportes, combustíveis e eficiência

Em cidades muito grandes, como São Paulo, com uma frota tão grande de veículos, começamos a ter dúvidas em relação ao conforto que os transportes podem gerar, 

já que o tempo gasto em deslocamento muitas vezes é bastante grande devido aos congestionamentos. 

No entanto, se pensarmos no metrô, por exemplo, percebemos com maior clareza as vantagens que a tecnologia pode trazer para nossos deslocamentos.

Novas invenções, como carros bi e tricombustível e movidos à célula solar ou a hidrogênio, que vêm sendo concebidos em função não apenas do conforto, mas seguindo uma política de sustentabilidade.  

Já que o combustível mais usado mundialmente, o petróleo, não é eterno na nossa escala de tempo, é preciso pensar em alternativas a ele. Combustíveis menos poluentes (gás natural) e de natureza renovável estão em alta devido às grandes discussões 

sobre o aumento na atmosfera terrestre de gases que provocam o efeito estufa, que podem estar causando um aumento na temperatura média do planeta, conhecido como aquecimento global.

Fonte: Caderno do Professor: Ciências, Ensino Fundamental – 8º Ano, Volume 4. São Paulo: SEE, 2009.

Impactos ambientais e desenvolvimento sustentável na produção de energia elétrica

É preciso entender algumas características das diferentes usinas e as consequências para o ambiente desde sua implantação até o seu funcionamento. A seguir, veja os argumentos favoráveis e desfavoráveis para cada forma de geração de eletricidade.

Hidrelétrica

Argumentos favoráveis: Fonte renovável de energia; utiliza a água dos rios; não queima combustível; não produz lixo; pode ser utilizada em sistemas de pequeno e grande porte.

Argumentos desfavoráveis: Mudança na fauna e na flora; deslocamento de populações ribeirinhas; destruição de terras produtivas e florestas; desvio do curso dos rios.

Termelétrica: combustíveis fósseis, biomassa e nuclear

Argumentos favoráveis: Utiliza vários tipos de combustíveis; pode ser instalada em qualquer local; seu funcionamento independe de fatores naturais, como Sol, chuva ou vento; pode ser acionada a qualquer momento.

Argumentos desfavoráveis: Poluição do ar por emissão de gases e cinzas devido à queima de combustível (o que não ocorre no caso da termonuclear, mas, em contrapartida, há a produção de lixo nuclear); aumento do efeito estufa devido à emissão de gases; aumento da temperatura das águas dos rios que são utilizadas para o sistema e para refrigeração; alto custo com manutenção.

Eólica

Argumentos favoráveis: Fonte renovável de energia; utiliza o vento; não queima combustível; não produz lixo; pode ser utilizada em sistemas de pequeno e grande porte.

Argumentos desfavoráveis: Deve ser instalada em regiões com bastante vento; produz poluição sonora; poluição visual; morte de pássaros que colidem com as pás do gerador.

Solar fotovoltaica

Argumentos favoráveis: Não queima combustível; precisa de pouca manutenção; tem vida útil de 20 anos; pode ser usada em sistemas de pequeno e de grande porte; pode ser transportada.

Argumentos desfavoráveis: Necessita de regiões com bastante Sol o ano inteiro; as células utilizam materiais danosos ao ambiente em sua fabricação; as células não podem ser recicladas; as baterias utilizadas precisam ser trocadas periodicamente.

A energia renovável é obtida de fontes naturais capazes de se regenerar em um curto período de tempo e a energia não-renovável é a energia obtida de recursos que não são repostos pela natureza ou pela ação humana num curto período de tempo.

As formas de gerar energia elétrica ao mesmo tempo que apresentam benefícios também produzem impactos ambientais que precisam ser estudados e minimizados a partir de um planejamento estratégico de implantação dessas usinas.

Do ponto de vista do desenvolvimento sustentável, embora haja usinas com menores impactos ambientais, eles nunca são nulos. 

A construção de uma usina depende de muitas condições: ambientais, econômicas, sociais e políticas. 

E todos esses aspectos estão vinculados a uma determinada região ou país. 

Há locais em que um determinado tipo de usina é mais vantajoso do que outro, dependendo das condições de geografia, geologia, clima, condições habitacionais, condições econômicas.

Fonte: Caderno do Professor: Ciências, Ensino Fundamental – 8º Ano, Volume 4. São Paulo: SEE, 2009.

Diferentes tipos de energia

A energia mecânica está relacionada ao movimento (das águas, do ar) e a energia térmica, ao calor. 

Quando usamos uma pilha, estamos convertendo energia química em energia elétrica. 

A célula solar presente em algumas calculadoras converte a energia luminosa em energia elétrica. 

Também é possível ressaltar a geração de eletricidade a partir de células solares colocadas em casas. 

Essas células aproveitam o potencial de algumas regiões onde a incidência de luz solar é alta para gerar energia elétrica, que abastece casas e até pequenas comunidades.

Fonte: Caderno do Professor: Ciências, Ensino Fundamental – 8º Ano, Volume 4. São Paulo: SEE, 2009.

Formas de geração de eletricidade em cada tipo de usina

Na maior parte das usinas, há turbinas que são movimentadas para acionar um gerador. No caso da hidrelétrica, é a queda-d´água a responsável por esse movimento; nas termelétricas, o vapor de água; e na eólica, o vento. 

A usina que não tem essa característica é a solar, que, por meio das células fotovoltaicas, transforma diretamente a luz solar em energia elétrica.

O movimento necessário para a produção de energia elétrica é feito pelas turbinas, constituídas de pás que giram na passagem da água ou do vapor de água. 

Esse movimento das turbinas é usado para movimentar um ímã ou uma bobina e gerar a energia elétrica (gerador). Nesses movimentos, há uma transformação de energia.

Os transformadores têm a função de aumentar ou diminuir a voltagem, para minimizar as perdas de energia no transporte da eletricidade.

A eletricidade gerada em boa parte desses processos é depois transportada por redes de transmissão de energia elétrica até as casas, indústrias e outros centros de consumo e utilizada de várias formas, como para a iluminação e a utilização dos mais diversos aparelhos elétricos domésticos ou industriais. 

No caso da energia solar, as células fotovoltaicas normalmente são instaladas nas próprias residências.

Visita a uma usina

No Estado de São Paulo, as usinas mais usadas são as termelétricas e as hidrelétricas. É uma oportunidade para se conhecer os principais componentes de uma usina e seu funcionamento. 

Nas hidrelétricas, é possível ver a barragem, as turbinas, os geradores e as redes de transmissão. No caso das termelétricas, é possível ver, além das caldeiras, as turbinas, os geradores e as redes de transmissão.

Fonte: Caderno do Professor: Ciências, Ensino Fundamental – 8º Ano, Volume 4. São Paulo: SEE, 2009.

Fontes e produção de energia elétrica

A forma de energia mais usada nas casas, nas indústrias e no comércio é a elétrica. Assim, estudar como obter energia elétrica equivale a examinar todo o problema energético. Hoje, temos várias formas de transformar diferentes fontes de energia em eletricidade. Em seguida, listamos cinco formas de conversão de energia em eletricidade.

A geração hidrelétrica (geração de energia elétrica a partir do movimento das águas) consiste, na maior parte das vezes, na construção de uma barragem em um rio para represá-lo e, com isso, criar um reservatório de água. 

Essa água será usada para movimentar turbinas, que irão acionar um gerador que, por sua vez, irá gerar a energia elétrica.

A geração termelétrica (geração de energia elétrica a partir do calor) segue sempre um mesmo princípio: queimar um combustível para produzir calor, que gera vapor para movimentar as turbinas, que acionam um gerador de energia elétrica. Esse combustível pode ser um derivado de petróleo, carvão, madeira, gás natural e bagaço de cana, entre outros. Mais comumente, são usados óleos combustíveis e gás natural.

A geração eólica (geração de energia elétrica a partir do vento) ainda é um pouco cara, mas, nas regiões onde os ventos são intensos ou constantes, pode ser uma boa opção. 

As modernas turbinas de vento são formadas por um conjunto de pás ligadas a um eixo e a um gerador elétrico. 

Com elas, a energia dos ventos é convertida em energia elétrica.

A geração termonuclear (geração de energia elétrica a partir do calor produzido pela fissão nuclear) gera calor pela fissão nuclear para gerar vapor,

que movimenta turbinas, que acionam um gerador de energia elétrica. Este tipo de geração de energia elétrica também faz parte do grupo das usinas termelétricas.

A geração solar ou fotovoltaica (geração de energia elétrica a partir da luz do Sol) usa a célula solar que absorve a energia da luz para produzir energia elétrica. Esse efeito é chamado de fotovoltaica, em que existe interação direta da luz com a matéria: absorção da energia da luz (fótons) pelos elétrons dos átomos (matéria).

É importante ressaltar que a matéria-prima utilizada nas termelétricas é bem diversificada. Enquanto nas usinas termonucleares (ou simplesmente nucleares) o aquecimento da água é produzido pela fissão nuclear, uma reação que ocorre no núcleo atômico de um elemento radioativo (geralmente o urânio), 

nas demais termelétricas (ditas convencionais) o calor é produzido pela queima de um combustível (combustão), que pode ser o gás natural, o carvão mineral e o diesel ou biomassa (derivados de organismos vegetais, como a lenha, o óleo vegetal, o biodiesel e o etanol), para realizar o mesmo processo: obter energia elétrica a partir da movimentação de turbinas pelo aquecimento (vaporização) da água. 

Assim, as termelétricas têm em comum o fato de todas, apesar de utilizarem matérias-primas diferentes, aquecerem a água até a vaporização, e este vapor é que move as turbinas.

Fonte: Caderno do Professor: Ciências, Ensino Fundamental – 8º Ano, Volume 4. São Paulo: SEE, 2009.

Orientações sobre o uso seguro da eletricidade

Fios e cabos partidos:

Não toque nem se aproxime dos fios caídos e das pessoas ou objetos em contato com a origem energizada.

Não tente ajudar a vítima sem estar preparado: o choque pode passar para você.

Se um carro estiver em contato com fios, não se aproxime nem toque no carro ou no fio.

Cuidados em casa no uso de equipamentos elétricos:

Leia com atenção o manual de instalação e siga as instruções do fabricante.

Desligue sempre os equipamentos quando for limpar, guardar ou fazer pequenos reparos.

Não puxe nem carregue os equipamentos pelos fios. Eles podem se danificar.

Não sobrecarregue as tomadas com uso do benjamim. Você pode provocar uma sobrecarga. Um fio ou tomada quente é uma indicação disso.

Mantenha qualquer aparelho longe de pias, banheiras e superfícies molhadas ou úmidas. Mesmo desligados, podem provocar choques.

Se um aparelho cair na água, desligue da tomada antes de recuperá-lo. A água é boa condutora de energia elétrica.

Mantenha cabos e fios fora das áreas de circulação de pessoas e livre de óleo e de água.

Atenção com as crianças:

Não toque nem tente colocar objetos pontiagudos nas tomadas.

Subir em árvores atravessadas por fios, seja por brincadeira ou para colher frutos, pode ser perigoso, pois os galhos podem estar energizados.

Empinar pipas perto da rede elétrica, com linhas metalizadas, pode ser perigoso. A linha pode conduzir a eletricidade.

Não tente recuperar pipas e outros objetos enroscados nos fios ou dentro das subestações, pois você pode receber choque e até morrer. Brinque em locais abertos e longe da rede elétrica.

Construir as pipas com material metalizado é perigoso, pois pode conduzir a eletricidade para a pipa. O uso do cerol também oferece riscos. Use sempre linha de algodão.

Não brinque de consertar aparelhos elétricos, pois você pode tomar um choque.

Nunca entre em estações de energia nem suba em torres de transmissão. Nesses locais, existem equipamentos e cabos energizados. Mantenha distância.

Fonte: Caderno do Professor: Ciências, Ensino Fundamental – 8º Ano, Volume 4. São Paulo: SEE, 2009.