Física- Geração de Energia

Para entendermos melhor esse assunto precisamos antes saber o que é energia, e de onde ela vem. Muitas pessoas acham que a energia, elétrica por exemplo, surgi do nada. Têm um pouco de verdade nessa afirmação. A fonte de energia sempre existiu, todo o trabalho realizado(força mecânica), ou luz, é energia, que nós transformamos em outro tipo.

Abaixo segue alguns tipos de energia:

Energia solar: é proveniente de uma fonte inesgotável: o Sol. Os painéis solares possuem células fotoelétricas que transformam a energia proveniente dos raios solares em energia elétrica. Tem a vantagem de não produzir danos ao meio ambiente. Energia nuclear: energia térmica transformada em energia elétrica, é produzida nas usinas nucleares por meio de processos físico-químicos. Energia eólica (ar em movimento): ela já foi utilizada para produzir energia mecânica nos moinhos. Atualmente é usada com o auxílio de turbinas, para produzir energia elétrica. É atraente por não causar danos ambientais e ter custo de produção baixo em relação a outras fontes alternativas de energia. A energia elétrica também pode se transformar em outros tipos de energia ao chegar às residências ou em indústrias. Exemplos: Energia térmica: quando vamos passar roupas, a energia elétrica é transformada em energia térmica através do ferro de passar. Energia sonora e energia luminosa: recebemos iluminação em casa pela transformação da energia elétrica que, ao passar por uma lâmpada, torna-se incandescente, e o televisor nos permite receber a energia sonora. Energia mecânica: usada nas indústrias automobilísticas para trabalhos pesados.

Visto o conceito e os tipos de energia, veremos agora como há a interação entre elas.

Os campos Elétricos

Os efeitos elétricos que ocorrem nas proximidades de cargas elétricas são associados à existência de um campo elétrico no local, este interage com a carga de prova.

Um exemplo típico é a interação do cabelo de uma pessoa com a tela de uma televisão convencional, pois as cargas elétricas da televisão interagem com os cabelos deixando-os eriçados.

É importante perceber que um campo elétrico só pode ser detectado a partir da interação do mesmo com uma carga de prova, se não existir interação com a carga significa que o campo não existe naquele local.

Campo elétrico é um vetor assim vamos estudar a direção sentido e intensidade do campo.

Quando o campo elétrico é criado em uma carga positiva ele, por convenção, terá um sentido de afastamento.

Quando o campo elétrico é criado em uma carga negativa ele, por convenção, terá um sentido de aproximação.

Que fique claro que o sentido do campo elétrico depende exclusivamente do sinal da carga elétrica.

A intensidade de um campo elétrico E, sempre considerando a carga de prova puntiforme, pela formula: , assim voltando para a definição de campo podemos dizer que ele dependerá diretamente a força elétrica entre as cargas e inversamente à carga de prova.

Unidades de campo elétrico.

Partindo de que:

e que , após alguns cálculos chegamos que :

sendo que q2 é a carga que gera o campo elétrico, d a distância entre as cargas e k a constante elétrica do meio ( 9,0 . 109 unidades do SI).

O próximo tópico abordaremos a energia por acúmulo.

Acúmulo de Energia

A demanda por energia está crescente. Cada vez mais se faz necessária a disponibilidade por mais fontes, sejam elas geradas a partir de recursos primários, como o carvão, petróleo, gás natural e urânio ou a partir de fontes alternativas, como o vento, sol ou biomassa. O aumento na porcentagem de participação dessas últimas depende muito da capacidade de transporte desta energia gerada e do seu armazenamento, já que essas apresentam baixa densidade energética e são produzidas de maneira esparsa e intermitente.

Neste contexto, estão os acumuladores de energia eletroquímicos, também chamados de baterias secundárias ou simplesmente baterias. O princípio básico desses dispositivos é o armazenamento de energia química, que pode ser disponibilizada para uso através de reações eletroquímicas, sendo essas definidas como reações químicas onde o transporte de elétrons se faz a uma distância maior que a ordem de tamanho dos átomos. Em essência, o fluxo de elétrons (eletricidade) gerado pelas reações podem ser aproveitados para a geração de corrente elétrica.

Existem diversas tecnologias e sistemas eletroquímicos utilizados para essas atividades, sendo os principais atualmente os de chumbo-ácido, lítio, níquel-hidreto metálico e níquel-cádmio. Existem muitos outros, mas neste texto, por questões de espaço, serão discutidos alguns aspectos referentes a tecnologia chumbo-ácido, pois além de ser a mais utilizada, é muito versátil, segura e ambientalmente correta, pois existe uma rede de reciclagem muito bem estabelecida dos materiais que a contém.

As baterias de chumbo-ácido, embora tenham mais de 100 anos de história, estão longe de serem ultrapassadas. O que se revela é um sistema eletroquímico que se renova e está cada vez mais preparado para atender as expectativas atuais. Este fato, pode ser constatado se observarmos a grande variedade de aplicações onde ela está presente. Em automóveis, a bateria é utilizada para gerar um pulso de corrente elétrica muito grande, que é utilizada para partir o motor a combustão interna. Devido a presença do alternador, a bateria é recarregada durante a operação do carro de forma que tem um estado de alta carga na maior parte do tempo. Uma outra aplicação é a de fornecer energia para tração, ou seja, para servir como motor efetivamente. Algumas das aplicações são a de fornecer energia para paleteiras e empilhadeiras. Temos assim as baterias tracionárias, que operam em um regime de descarga mais profunda e são recarregadas em horas, sendo regidas por ciclos de utilização (descarga), recarga e descanso.

Recentemente, com o desenvolvimento dos veículos híbridos, um novo tipo de regime surge: o de estado parcial de carga. Este regime é utilizado devido a diversos detalhes técnicos, mas a essência é a utilização do freio regenerativo, que tem como objetivo recuperar a energia de frenagem para recarregar a bateria. Assim, pode-se ter um regime de propulsão híbrido, ora operando a partir de um motor de combustão interna, ora auxiliando ou mesmo sendo movido por um motor elétrico, acionado pela energia liberada pela bateria. Este regime se caracteriza pela condição do acumulador, que se mantém com carga em torno de 50% do total, o que faz com que ela seja capaz de reter a energia da frenagem sem que sofra sobrecarga.

Os grandes desafios para as baterias de veículos híbridos são desenvolver sistemas eletroquímicos que possuam alta aceitação de carga, ou seja, com alta capacidade de receber energia de forma eficiente do freio regenerativo, que é uma energia que deve ser absorvida em um curto espaço de tempo, situação esta chamada de HRPSOC (high rate partial state of charge). Além disso, ela deve ser capaz de suportar uma grande quantidade de ciclos e um reduzido custo de produção, para que seja possível em um futuro próximo a popularização desta tecnologia, inclusive para carros populares.