O que é Energia?
Sem dúvida nenhuma energia é o termo técnico,
originário da Física, mais empregado em nossa vida cotidiana.
Energia é um conceito muito abrangente e, por
isso mesmo, muito abstrato e difícil de ser definido com
poucas palavras de um modo preciso. Usando apenas a
experiência do nosso cotidiano, poderíamos conceituar energia
como "algo que é capaz de originar
mudanças no mundo". A queda de uma folha. A correnteza
de um rio. A rachadura em uma parede. O vôo de um inseto. A
remoção de uma colina. A construção de uma represa. Em todos
esses casos, e em uma infinidade de outros que você pode
imaginar, a interveniência da energia é um requisito comum.
Muitos livros definem energia como "capacidade
de realizar trabalho". Mas esta é uma definição limitada a uma
área restrita: a Mecânica. Um conceito mais completo de
energia deve incluir outras áreas (calor, luz, eletricidade,
por exemplo). À medida que procuramos abranger áreas da Física
no conceito de energia, avolumam-se as dificuldades para se
encontrar uma definição concisa e geral.
Mais fácil é descrever aspectos que se
relacionam à energia e que, individualmente e como um todo,
nos ajudam a ter uma compreensão cada vez melhor do seu
significado.
Vejamos, a seguir, alguns aspectos básicos para
a compreensão do conceito de energia.
1) A quantidade que chamamos energia pode
ocorrer em diversas formas. Energia pode ser transformada, ou
convertida, de uma forma em outra
(conversão de energia).
Exemplo:
A energia mecânica de uma queda d’água é
convertida em energia elétrica a qual, por exemplo, é
utilizada para estabilizar a temperatura de um aquário
(conversão em calor) aumentando, com isso, a energia interna
do sistema em relação à que teria à temperatura ambiente. As
moléculas do meio, por sua vez, recebem do aquário energia que
causa um aumento em sua energia cinética de rotação e
translação.
2) Cada corpo e igualmente cada "sistema" de
corpos contém energia. Energia pode ser transferida de um
sistema para outro (transferência de
energia).
Exemplo:
Um sistema massa/mola é mantido em repouso com
a mola distendida. Nestas condições, ele armazena energia
potencial. Quando o sistema é solto, ele oscila durante um
determinado tempo mas acaba parando. A energia mecânica que o
sistema possuía inicialmente acaba transferida para o meio que
o circunda (ar) na forma de um aumento da energia cinética de
translação e rotação das moléculas do ar.
3) Quando energia é transferida de um sistema
para outro, ou quando ela é convertida de uma forma em outra,
a quantidade de energia não muda (conservação
de energia).
Exemplo:
A energia cinética de um automóvel que pára é
igual à soma das diversas formas de energia nas quais ela se
converte durante o acionamento do sistema de freios que detém
o carro por atrito nas rodas.
4) Na conversão, a energia pode transformar-se
em energia de menor qualidade, não aproveitável para o
consumo. Por isso, há necessidade de produção de
energia apesar da lei de conservação. Dizemos que a energia se
degrada (degradação de energia).
Exemplo:
Em nenhum dos três exemplos anteriores, a
energia pode "refluir" e assumir sua condição inicial. Nunca
se viu automóvel arrancar reutilizando a energia convertida
devido ao acionamento dos freios quando parou. Ela se
degradou. Daí resulta a necessidade de produção constante (e
crescente) de energia.
Energia Mecânica
Considerações Gerais
Chamamos de Energia Mecânica a todas as formas
de energia relacionadas com o movimento de corpos ou com a
capacidade de colocá-los em movimento ou deformá-los.
Hidroenergia
A Hidroenergia, aproveitamento das quedas
d’água, tem a energia solar como fonte de renovação. O ciclo
se dá através da evaporação da água dos rios, lagos, mares e
oceanos, pela radiação solar direta e os ventos. O vapor
d’água mistura-se com o ar atmosférico e sobe até formar as
nuvens. Boa parte dessas nuvens é transportada pelos ventos
até regiões de maior altitude. Através da chuva, a água é
devolvida ao solo, passando a alimentar os rios em seus fluxos
descendentes. A retenção temporária da água e liberação
gradativa pelo solo e vegetação tem papel importante: o de
perenização dos rios, funcionando como um regulador natural e
garantindo uma certa estabilidade de vazão. Secundariamente,
os lagos também contribuem para esse controle.
.CARACTERÍSTICAS DA
HIDROENERGIA
A hidroenergia possui vários
atrativos. Entre eles, os sistemas de conversão apresentam
alto rendimento - segundo Palz1 o
rendimento na conversão de água represada em eletricidade pode
chegar a valores próximos de 90 %. É facilmente armazenável na
forma de energia potencial através de lagos, que podem ser
artificiais. O controle da potência de saída é obtido com
relativa facilidade e boa eficiência. Apresenta baixo nível
der ruído e vibrações e pode ter baixíssimo impacto ambiental,
caso das micro-usinas. Esses fatores tornam a hidroenergia uma
das mais atrativas e de menor custo, inclusive ambiental.
Tornando-a interessante até como forma de armazenamento em
sistemas eólicos, para dar-lhes estabilidade e ou autonomia.
Sua maior limitação como fonte energética está na
disponibilidade, só algumas regiões dispõem de quedas d’água
aproveitáveis.
PRIMEIROS REGISTROS DA UTILIZAÇÃO
Depois da força muscular e dos
ventos, em embarcações, a primeira fonte de energia explorada
pelo homem para obter energia mecânica foi seguramente a força
das quedas d’água. Segundo Usher2,
os primeiros usos da energia hidráulica vieram com a Nora, a
roda d’água horizontal com acionamento direto e a roda d’água
com engrenagens. Ele considerava que os três mecanismos tinham
concepções distintas entre si. Ainda para Usher, apesar de não
haver relatos sucintos e seguros o suficiente para se estimar
datas, pode-se afirmar que o conhecimento da nora movida à
água e do moinho com engrenagens já estava bastante
sedimentado no final do primeiro século antes de Cristo.
Quanto a roda d’água horizontal, por falta de registros
confiáveis, achava apenas provável que já estivesse em uso. No
tratado de Filon de Bizâncio, uma mostra aproximada das
realizações mecânicas do século III a.C., já figuravam três
aplicações de rodas d’água altas em dispositivos pequenos.
Sobre as restrições dos registros de utilização de rodas
d’água, Usher aponta algumas considerações pelas quais não
pode dar um alto grau de certeza da veracidade ou descrição
exata da concepção dos dispositivos: Os documentos na sua
maioria são incompletos e, em geral, chegaram aos dias atuais
como cópias e traduções sucessivas por diversas gerações e com
alternância de diversos idiomas, carregando suspeitas de terem
recebido revisões em seu conteúdo. Alguns se perderam,
restando apenas referências em obras posteriores, caso do
tratado de Ctesibius. A imprecisão nos desenhos e descrições
juntamente com os poucos registros arqueológicos, aumentam a
dificuldade. Além disso, a roda d’água, assim como o moinho de
vento, não teve seu desenvolvimento ou concepção de forma
pontual, seja em tempo ou espaço geográfico.
As referências para sua utilização após o
século X na Europa são bem mais fartas. Na Enciclopédia Como
Funciona, os autores citam que “... o registro do Domesday
Book (cadastro das terras da Inglaterra elaborado por
Guilherme, o Conquistador, em 1806) mostra que, para 3000
comunidades, havia no país 5.624 moinhos d’água”
5.
A importância das rodas d’água na revolução
industrial e em todo o desenvolvimento tecnológico é destacada
por diversos autores. A abundância de rios perenes na Europa,
permitindo largo uso da roda d’água, foi fator essencial para
o desenvolvimento da indústria, principalmente a siderúrgica,
um dos suportes da revolução industrial.
Um outro dispositivo primitivo e bem distinto,
com poucas referências em relação a sua origem é o monjolo.
Utilizado para socar milho, arroz, café e amendoim, o monjolo
tem seu uso no país desde a época colonial podendo ser
encontrado em algumas regiões com disponibilidade de quedas
d’água, com boa incidência em São Paulo e Espírito Santo.De
dimensões reduzidas, feito a partir de troncos de árvores, o
monjolo funciona como um balancim em movimento oscilante,
repetido graças variação de equilíbrio dada alternadamente
pelo enchimento da cavidade existente em uma de suas
extremidades por um filete de água e posterior esvaziamento
que ocorre em conseqüência da inclinação da haste, resultante
do enchimento..
SURGIMENTO DAS TURBINAS HIDRÁULICAS
.
Essa busca por máquinas mais eficientes
resultou, por refinamento sucessivo, na turbina hidráulica por
Fourneyron, em 1832. Os tipos de roda d’água até então
conhecidos - o vertical e o horizontal - tinham como
limitações: o aproveitamento parcial do potencial de queda
d’água disponível, exigir grandes dimensões por unidade de
potência e apresentar baixo rendimento. Em comparação com os
modelos primitivos de roda d’água a turbina trouxe novos
parâmetros de eficiência energética, tamanho reduzido e maior
capacidade de aproveitamento da energia potencial das quedas
d’água, chegando a níveis da quase totalidade.
Os três tipos de motores hidráulicos
diferenciam-se quanto a forma de aproveitamento da força
d’água. Na roda alta o peso da água aprisionada nas cavidades
periféricas (cubas), pelo derramamento do fio de água na parte
superior, apenas de um lado, é que resulta na força de torção.
Por isso esse tipo é também conhecido como motor hidráulico de
nível ou por gravidade.
3
A roda baixa aproveita o impacto da corrente de
água na sua parte inferior que fica imersa na correnteza
provocando o empuxo em suas pás, que acompanham o fluxo rápido
das águas.
Na turbina de ação, a água é represada e
canalizada até a mesma, podendo ser aproveitado todo o
potencial da altura da queda d’água. A pressão da coluna
d’água é transformada em energia cinética pelo escoamento
através dos dutos. A ação do fluxo da água interagindo com as
pás curvas da turbina numa mudança acentuada de direção
provoca a força de torque. O melhor rendimento é alcançado
quando a energia cinética na jusante, mais precisamente na
saída da turbina, é quase nula. Isto é alcançado quando o
deslocamento das pás tem aproximadamente a metade da
velocidade do fluxo da água. Aliás, o deslocamento relativo da
água em relação às pás é um diferencial do seu funcionamento
em relação às rodas d’água, já que naquelas as pás acompanham
a velocidade da água.
O desenvolvimento das turbinas de ação trouxe
novas possibilidades de exploração da hidroenergia, permitindo
se produzir energia em quantidades muitas vezes superiores com
instalações bem menores, além de poder explorar potencias
antes adversos como as quedas de grande altura e baixa vazão.
HIDROENERGIA E ELETRICIDADE – CASAMENTO BEM
SUCEDIDO
A turbina hidráulica ampliou em muito os
atrativos da hidroenergia, principalmente para a indústria,
que passou a dispor de uma fonte barata e com oferta de
grandes potências, sem requerer para isso grandes vazões de
água, no caso de haver boa altura de queda. O fato das
indústrias necessitarem de serem instaladas junto às quedas
d’água continuou sendo um inconveniente. Além disso, em geral
só se era aproveitada uma parcela muito pequena do potencial
de hidroenergia disponível.
Ainda no século XVIII, com o desenvolvimento do
domínio da eletricidade através de descobertas e invenções
como o dínamo, o alternador, a lâmpada e do motor elétrico,
passou a ser possível se converter energia mecânica em energia
elétrica, que por sua vez poderia ser convertida diretamente
em diversos outros tipos de energia, atendendo diversas
necessidades. Os sistemas comerciais de produção de
eletricidade apareceram por volta de 1881, depois do
desenvolvimento da lâmpada de Thomas Edison. As primeiras
centrais de produção elétrica foram desenvolvidas por Edison.
Eram destinadas à iluminação, produziam corrente contínua,
acionadas por máquinas a vapor, e ficavam próximo ao ponto de
consumo. Mas, em pouco tempo, com o desenvolvimento dos
motores, geradores e sistemas de distribuição, o uso da
eletricidade se expandiu para a tração e para indústria. O
desenvolvimento de sistemas de transmissão em corrente
alternada e alta tensão passaram a permitir o transporte de
eletricidade a longas distâncias com perdas reduzidas,
favorecendo o uso da hidroeletricidade.
Já em 1897 entrou em funcionamento a Niágara
Falls, hidrelétrica com sistemas de geração e distribuição
idealizados por Nikola Tesla e construídos pela Westinghouse,
que se tornou o modelo predominante de geração e distribuição
até os dias atuais: geração em corrente alternada e
transmissão em alta tensão.
As hidrelétricas, sistemas de conversão da
hidroenergia em energia elétrica, representam grande
rendimento e versatilidade. Nelas, todas as características
de: facilidade de armazenamento, alto rendimento nas
conversões e baixo custo da hidroenergia se aliam as da
eletricidade.
A eletricidade é um vetor energético - não é
uma fonte primária de energia - dos mais versáteis e
desejáveis: Permite conversões diretas nos diversos tipos de
energia – térmica, luminosa, eletromagnética, química e
mecânica - com excelente rendimento. È a energia requerida dos
sistemas eletrônicos em geral. Possibilita transporte direto à
longa distância com pouca perda. E, os equipamentos para seu
uso permitem excelente controle de potência, funcionamento
imediato, comando a distância e não apresentam ruído, vibração
ou poluição atmosférica.
Informação Genérica - Energia Térmica x
Fotovoltaica
energia solar é uma fonte inesgotável e
gratuita de energia sendo, assim, pode representar uma solução
para parte dos problemas de escassez de energia que abala o
mundo. Nos países subdesenvolvidos, como o Brasil, esta fonte
de energia deve ser aproveitada ao máximo. Normalmente esses
países apresentam elevadas extensões territoriais e estão
situados em zonas tropicais, ou seja, dispõem de alta
incidência de radiação, o que torna viável o desenvolvimento
de tecnologias capazes de transformar a energia solar em
energia térmica, elétrica, química, mecânica etc. Portanto
julgam-se prematuras iniciativas que vêem sendo tomadas no
sentido de se incrementar no Brasil a utilização de centrais
termoelétricas e nucleares, visto que este dispõe de ótimo
potencial energético de fontes renováveis, explorado apenas
parcialmente, e carece de programas intensivos de conservação
de energia.
As aplicações mais difundidas da tecnologia
solar referem-se a conversão da radiação solar em energia
térmica, e em energia elétrica. Podemos citar:
·
Aquecimento de água;
·
Secagem de produtos agrícolas;
·
Geração de vapor;
·
Refrigeração;
·
Conversão fotovoltaica: bombeamentos,
iluminação, refrigeração, etc.
O Painel Fotovoltaico
O painel fotovoltaico é um dispositivo
constituído por aproximadamente trinta e seis células solares
utilizado para converter energia solar em eletricidade. A
conversão direta da energia solar em corrente elétrica é
realizada nas células solares através do efeito fotovoltaico,
que consiste na geração de uma diferença de potencial elétrico
através de radiação.
. Em outras palavras, a célula solar trabalha
segundo o princípio de que os fótons incidentes, colidindo com
os átomos de certos materiais, provocam um deslocamento dos
elétrons, carregados negativamente, gerando uma corrente
elétrica. Este processo de conversão não depende do calor,
pelo contrário, o rendimento da célula solar cai quando sua
temperatura aumenta.
Deste modo, as células solares não só são
apropriadas para regiões ensolaradas, mas também parecem
promissoras para áreas em que outros tipos de sistemas de
energia solar perecem sem perspectivas como as de baixa
insolação. As células solares continuam a operar com o mesmo
rendimento sob céu nublado, como sob a luz direta do sol.
As células solares convertem a luz solar em
eletricidade, sem a presença de produtos poluentes. Elas são
hoje o fundamento da indústria fotovoltaica que, durante as
três últimas décadas, vem atendendo um mercado em rápido
crescimento.
A conversão da energia solar em energia
elétrica, com o uso de painéis fotovoltaicos já é
comercialmente viável para pequenas instalações. Seu uso é
particularmente vantajoso em regiões remotas ou em zonas de
difícil acesso. Os sistemas de comunicação, e, de modo geral,
todos os equipamentos eletrônicos com baixo consumo de
potência, podem ser facilmente alimentados por painéis
fotovoltaicos. Torna-se especialmente notável a utilização de
energia solar na alimentação de dispositivos eletrônicos
existentes em foguetes, satélites e astronaves.
Fig.2 - Foto de uma aplicação de painel Fotovoltaico
O Coletor Solar
O coletor solar difere do painel fotovoltaico
porque utiliza a energia solar para aquecer um fluido (em
geral a água) e não para gerar eletricidade.
O coletor solar é o coração do sistema de
aquecimento solar. Ele é o dispositivo responsável pela
absorção e transferência da radiação solar para um fluido sob
a forma de energia térmica. São muito utilizados no
aquecimento de água de casas ou edifícios, hospitais,
piscinas, secagem de grãos, para refrigeração de ambientes e
processos industriais de aquecimento.
De modo geral, o coletor solar funciona
recebendo radiação solar e a transfere para a placa
absorvedora. O calor é então transferido para o fluido que
escoa no interior de tubos que estão em contato com a
superfície absorvedora.
O aspecto externo de um coletor solar é de uma
caixa retangular rasa (em geral de alumínio) com uma cobertura
de vidro. Dentro desta caixa há uma serpentina (geralmente de
cobre devido à sua alta condutividade térmica), por onde o
fluido escoa. Em volta desta há uma superfície também de cobre
pintada de preto (placa absorvedora), para facilitar a
absorção de calor. O calor absorvido pela placa absorvedora é
transferido à serpentina. A água fria ao passar pelos canos se
aquece.
Ainda é necessário que se tenha um isolamento
térmico na parte inferior do coletor para minimizar as perdas
de calor para o ambiente. A cobertura de vidro permite a
entrada de radiação solar ao passo que evita que parte do
calor da placa absorvedora se perca por convecção, pois o
vidro impede a ação do vento. Além disso é importante que haja
uma vedação eficiente para prevenir que umidade entre no
coletor.
Além dos coletores solares, para um sistema de
aquecimento completo, são necessários um reservatório térmico,
um sistema de circulação de água e um sistema auxiliar de
aquecimento elétrico. Em períodos encobertos prolongados, caso
a temperatura da água do reservatório térmico caia muito, a
resistência do sistema de aquecimento elétrico auxiliar será
acionada por um termostato, de forma a fornecer energia
suficiente à água armazenada. De qualquer forma, com um
sistema bem dimensionado este não deverá ser um problema.
Energia Eólica
Uma turbina eólica obtém energia convertendo a
força do vento em torque (força de rotação), atuando sobre as
pás rotatórias. A quantidade de energia que o vento transfere
para o rotor depende da densidade do ar, da área do rotor e da
velocidade do vento. A equação a seguir descreve a energia
eólica disponível:
P(vento)
= (massa de ar) x (velocidade do ar)2
P(vento) = 0.5 (densidade do ar x volume) x
(velocidade do ar)2
P(vento) = 0.5 (densidade do ar x área) x
(velocidade do ar)3
Na prática, é impossível extrair toda a energia
disponível no vento, e uma turbina eólica bem planejada é
capaz de extrair apenas cerca de 35 a 40 por cento da energia
eólica disponível.
A partir da equação acima, fica claro que a
produção de uma turbina eólica é proporcional à área da
turbina e à velocidade do vento ao cubo.
Conversão direta da energia
(Parte1 - Conversões dinâmica e direta)
Introdução
Uma pilha de lanterna converte energia sem apresentar partes
móveis; converte a energia química de seus componentes
diretamente em energia elétrica.
Os primeiros dispositivos de conversão direta de energia, como
a pilha de Volta inventada em 1795, abasteceram de
'eletricidade' os cientistas Ampère, Oersted e Faraday para
seus fins experimentais. As lições que eles aprenderam sobre a
energia elétrica e suas íntimas relações com o magnetismo
foram o gérmen dos potentes geradores turboelétricos (turbinas
hidrelétricas e de vapor) que hoje abastecem de energia
elétrica a civilização moderna.
A pilha de Volta foi aperfeiçoada, derivando
disso vários tipos de pilhas e baterias, das quais nos
servimos por ser uma fonte pequena e geralmente portátil
porém, com o advento da energia nuclear e da exploração
espacial, tem-se prestado grande atenção aos novos métodos
possíveis de conversão direta da energia.
Para se desfrutar da energia no espaço ultraterrestre, assim
como nos lugares remotos e isolados na Terra, necessitamos de
fontes de energia seguras, leves e que possam funcionar
durante muito tempo sem necessidade de reparos ou manutenções.
As centrais nucleares que utilizam técnicas de conversão
direta prometem superar as fontes de energia clássicas nesses
aspectos. Além disso, o funcionamento silencioso que
caracteriza as centrais de conversão direta constitui uma
vantagem importante para muitas aplicações militares.
Dentro do programa norte-americano, SNAP (Systems for Nuclear
Auxiliary Power - Sistemas auxiliares de Energia Nuclear) da
CEA (Comissão de Energia Atômica) já se fabricam geradores de
energia, com reatores ou isótopos, que utilizam processos de
conversão direta. Alguns desses aparelhos são utilizados na
atualidade como fontes de energia de satélites, de estações
meteorológicas no Ártico e na Antártica e de bóias para
navegação.
Predomínio da conversão dinâmica
Vivemos num mundo de movimentos. Uma das principais tarefas
dos engenheiros consiste em encontrar sistemas melhores e mais
eficazes de transformar a energia da irradiação solar ou a de
outros combustíveis, como o carbono ou os núcleos de urânio,
em energia mecânica. Quase toda a energia disponível no mundo
se transforma, atualmente, por meio de máquinas giratórias ou
alternantes. A energia liberada na explosão da mistura
gasolina/ar, por exemplo, é acoplada às rodas dos automóveis
por meio de máquinas alternantes (virabrequim -
biela/manivela). O turbogerador de uma central hidrelétrica
extrai energia mecânica da água em queda e a converte em
energia elétrica. Essas máquinas giratórias ou alternantes
recebem o nome de conversores dinâmicos.
Um refinamento: a conversão direta
Há uma revolução em marcha. Já sabemos que podemos obrigar aos
elétrons portadores de 'calor' e carga elétrica que integram a
matéria a nos entregar sua energia sem a necessidade de
recorrer a eixos, manivelas ou pistões. Isso constitui um dos
maiores êxitos da tecnologia moderna; a transformação da
energia sem a necessidade de partes móveis, que recebe o nome
de conversão direta.
Os termoelementos ilustram bem o contraste
entre a conversão dinâmica e a direta: esses elementos
transformam diretamente o calor em 'eletricidade' sem
necessitar de nenhum dos mecanismos intermediários que
participam de um turbogerador.
Por que se deseja a conversão direta?
Há locais nos quais as máquinas de transformação de energia
devem funcionar durante anos, sem avarias nem manutenção. Do
mesmo modo, há situações onde se requerer a máxima segurança
possível, como é o caso dos satélites de pesquisa e sobretudo
nos vôos interplanetários de veículos tripulados por humanos.
Nestes casos, os dispositivos de conversão direta parecem
oferecer mais garantias que as máquinas de conversão dinâmica.
Devemos salientar, entretanto, que nossa 'fé' na superioridade
da conversão direta se deve mais á intuição que a existência
de provas. É certo que num conversor direto nunca teremos
problemas com a quebra de uma biela ou com a falta de
lubrificação mas também é certo que algumas falhas nas fontes
de energia dos satélites ocorreram, principalmente devido á
degradação das baterias solares sob os bombardeios de prótons
provenientes do Sol.
Os diversos aparelhos de conversão direta, como
os que descreveremos nesse trabalho, também poderão se
danificar por causas ainda desconhecidas até o momento porém,
os conhecimentos que delas temos hoje nos permite assegurar
que será mais segura e mais garantida que a conversão
dinâmica. Já se utilizam hoje dispositivos de conversão direta
em pequenos geradores de energia com potência inferior a 500
watts, projetados para funcionar durante muito tempo no espaço
extraterrestre e no fundo do oceano. E, não tenho dúvida,
chegará o dia em que as grandes centrais elétricas utilizarão
a conversão direta para melhorar seu rendimento e sua
disponibilidade.
Como se transforma a energia?
Que é energia e como pode ser transformada? A energia é uma
idéia fundamental da Ciência que supõe uma capacidade de
realizar trabalho. A forma mais evidente de energia é a
energia cinética ou de movimento. Sua definição formal é:
Ecin = (1/2)mv2
onde Ecin é a energia
cinética expressa em joules, m é a massa do corpo em
movimento expressa em quilogramas e v é a velocidade do
mesmo expressa em metros por segundo.
A energia também pode encontrar-se armazenada
em substâncias químicas, ou nucleares ou ainda nas águas de
uma represa. Nesses estados latentes ela se denomina energia
potencial.
Se uma substância é rica em energia potencial e
está puder ser libertada com facilidade, dita substância
recebe o nome de combustível.
Matriz de conversão de energia
As formas de energia são intercambiáveis. Quando se queima
gasolina em um motor de automóvel sua energia potencial se
transforma em calor. Em continuação, uma parte desse calor,
digamos um 20%, se converte em movimento mecânico. O restante
do calor se desperdiça e deve ser extraído do motor (caso
contrário, cumulativamente, o motor irá se fundir).
Já foram descobertos inúmeros processos e aparelhos para
transformar uma forma de energia em outra; muitos deles estão
indicados nos casulos da figura abaixo, nossa matriz de
conversão de energia.
Para exemplificar como se utiliza essa matriz
vamos seguir as transformações energéticas que intervêm em um
motor de automóvel. Começamos pela energia transportada pela
radiação solar porque todos os depósitos de carvão e de
petróleo (combustíveis fósseis) receberam sua carga inicial de
energia em forma de luz solar.
Portanto, a primeira conversão consiste na transformação da
energia eletromagnética (radiação solar) em energia química
mediante fotossíntese nos organismos vivos. Seguimos a
transformação descendo a coluna encabeçada com
"Eletromagnética" até cruzarmos com a fila horizontal com o
título "Química". No casulo da intersecção encontramos a
'fotossíntese'. A conversão seguinte consiste na transformação
da energia química em energia térmica, por combustão. Descemos
pela coluna da energia "Química" até encontrar a fila da
energia "Térmica", em cujo casulo se lê 'combustão'. A
terceira e última conversão tem lugar quando a energia térmica
se transforma em energia mecânica através do motor de
combustão interna: coluna "Térmica" x fila "Cinética" =
'combustão interna' (motor).
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