Dessalinização de água e os processos de destilação

A destilação é basicamente um processo de transferência de calor. O problema fundamental da Engenharia, nesse caso, é encontrar maneiras de transferir grandes quantidades de água, vapor e calor da forma mais econômica possível.

O processo conceitual básico de destilação é mostrado na figura abaixo.

Esquema conceitual de um processo convencional de destilação. Fonte: adaptado de USBR (2003). Retirado do livro Dessalinização de águas, publicado pela editora Oficina de Textos.

No processo de destilação, os sólidos dissolvidos e os sais não voláteis permanecem em solução, sendo a água vaporizada quando a solução salina é fervida. A água que se forma quando o vapor de água condensa em uma superfície mais fria é quase pura e fica praticamente livre dos sólidos dissolvidos, os quais permanecem no concentrado.

Ao analisar a acima, pode-se deduzir que é necessário um aporte de energia de 645 kWh para que um processo convencional de destilação possa produzir 1,0 m3/h de água dessalinizada.

Segundo a Aneel (2011), o custo médio, no Brasil, da energia elétrica para o setor industrial varia de região para região. Por exemplo, na região Sudeste era de aproximadamente R$ 0,25/kWh em outubro de 2010. Utilizando esse valor, o custo para produzir 1,00 m3 de água destilada por meio de processo convencional de destilação seria de R$ 161,25/m3 (US$ 80,63/m3), ou seja, aproximadamente R$ 0,16/L, apenas no que se refere ao custo de energia elétrica.

Ressalte-se que o custo de energia elétrica para consumo residencial em São Paulo, incluindo impostos (que são variáveis por faixas de consumo), era em média de R$ 0,44/kWh, de modo que, em pequena escala, o custo passava a ser de R$ 283,80/m3 (US$ 137,10/m3), ou cerca de R$ 0,28/L. Ou seja, em qualquer um dos casos, o custo era considerado excessivamente alto.

É claro que ninguém produz água por dessalinização a um custo tão alto. Portanto, mundialmente falando, por essas razões econômicas buscam-se processos que obtenham uma produção maior do que a anteriormente reportada, ou seja, busca-se um menor consumo de energia.

Três diferentes processos de destilação foram desenvolvidos com esse objetivo:

processo DME = destilação por múltiplo efeito (em inglês, MED)

processo MEF = destilação por multiestágio flash (em inglês, MSF)

processo DCV = destilação por compressão de vapor (em inglês, VC)

Fonte da informação: http://www.comunitexto.com.br/17107-2/#.VnH9p0uc87o

Curso de Geografia da UFVJM convida para Aula Inaugural: Energia de Biomassa: implicações ambientais, sociais e econômicas

A energia que vem dos átomos

Albert Einstein

Você sabia que foi Albert Einstein quem descobriu o conceito no qual se baseia a produção de energia nuclear? Ele deu a dica quando formulou o princípio da equivalência de energia e massa. Depois, outros cientistas (Otto Hahn, Fritz Strabmann e Lisa Meitner) observaram que, durante reações nucleares, ocorre transformação de massa em energia.

Mas é preciso diferenciar: reações nucleares não são a mesma coisa do que reações químicas. Nas reações químicas há mudanças na eletrosfera, quebra e formação de ligações e uma reorganização dos átomos, mas os núcleos continuam os mesmos e os elementos são preservados. Já nas reações nucleares, o núcleo do átomo sofre alterações e, no final do processo, esse elemento químico se transformou em outro.

Fissão e fusão nuclear

Existem dois tipos de reações nucleares que liberam energia: a fissão nuclear e a fusão nuclear.

Na fissão nuclear, o núcleo atômico se subdivide após ser bombardeado por um nêutron, provocando uma reação em cadeia que libera mais nêutrons, emite radiação e produz uma enorme quantidade de energia em frações de segundos. Na fissão, são usados isótopos de urânio ou plutônio, dois elementos bastante pesados, ou seja, que possuem muitos prótons e nêutrons. Com seus reatores, as usinas nucleares controlam esse processo e aproveitam o calor liberado para produzir energia elétrica.

Usina de Angra dos Reis. Foto: Rodrigo Soldon

Já na fusão ocorre o inverso: dois ou mais núcleos se unem para formar um só. Para provocar esse tipo de reação, usa-se como combustível os gases deutério e trítio, duas formas de apresentação do hidrogênio, o mais leve dos elementos químicos. Na fusão, uma grande quantidade de energia é produzida. No entanto, é muito difícil provocar essa reação, pois, para que os núcleos se choquem, as temperaturas precisam estar muito, muito altas mesmo.

Sol. Foto: Nasa.

Essa tecnologia está em desenvolvimento e ainda não existem reatores capazes de controlar a fusão de maneira segura. Os reatores de fusão ganharam grande destaque na imprensa porque oferecem importantes vantagens em relação a outras fontes de energia. Eles utilizarão fontes de combustível abundantes, não apresentarão fuga de radiação acima dos níveis normais e produzirão menos lixo radioativo. No momento, os reatores de fusão estão em estágio experimental em vários laboratórios pelo mundo. Mas, por enquanto, nós, da Terra, aproveitamos a energia proveniente da fusão nuclear de apenas um grande e potente reator: o sol!

Como quase todas as coisas, a utilização de energia nuclear apresenta vantagens e desvantagens. Dentre as vantagens, está o fato de ser pouco poluente, não depender de condições climáticas e produzir muita energia em um espaço pequeno. Além disso, a instalação de usinas perto dos centros consumidores reduz o custo de distribuição de energia.

No entanto, o processo de geração de energia nuclear é caro e envolve muitos riscos. A radioatividade pode causar danos irreparáveis ao homem e à natureza, e as consequências de um acidente nuclear serão sentidas por várias gerações, já que os elementos demoram muito tempo até que deixem de ser radioativos. Além disso, o que sobra das reações nucleares é um resíduo altamente tóxico e difícil de ser armazenado.

Energia solar. Foto: Marcelo Braga

Todas essas questões estão sendo bastante discutidas e o assunto é o que se pode chamar de polêmico: algumas pessoas são a favor do uso da energia nuclear e apóiam a construção de novas usinas e o investimento em pesquisas nesse ramo; outras acreditam que deve-se investir em novas formas de energia alternativa consideradas mais seguras, como a eólica e a solar. E você, o que acha?

Consultoria científica:

Luís Victorino – Museu da Vida

Para saber mais:

http://www.eletronuclear.gov.br/tecnologia/index.php?idSecao=2&idCategoria=19

http://www.greenpeace.org/raw/content/brasil/documentos/nuclear/verdades-e-perigos-da-energia.pdfhttp://www.cnen.gov.br/ensino/apostilas/energia.pdf

Como funcionam as usinas hidrelétricas?

A força hidrelétrica começou a ser utilizada em meados do século 20, mas a idéia de usar a água para gerar energia existe há milhares de anos. Uma usina hidrelétrica é, na verdade, um moinho de água gigante.

Há mais de 2.000 anos, os gregos utilizavam moinhos de água para transformar trigo em farinha. Estes antigos moinhos de água são como as turbinas modernas, que giram quando o fluxo de água atinge as lâminas.

As usinas hidrelétricas são construídas em locais onde se pode melhor aproveitar as influências e os desníveis dos rios, que geralmente estão distantes dos centros consumidores. Osistema eletroenergético brasileiro opera de forma coordenada, buscando dessa forma minimizar os custos globais deprodução de energia étrica.

Um dos destaques no Brasil é a Usina Hidrelétrica de Itaipu Binacional, maior produtora de energia no mundo, e um empreendimento binacional - desenvolvido pelo Brasil e pelo Paraguai no rio Paraná. 

O Brasil está entre os cinco maiores produtores de energia hidrelétrica no mundo, segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL).

A usina de Itaipu é, atualmente, a maior usina hidrelétrica do mundo em geração de energia. Com 20 unidades geradoras e 14.000 MW de potência instalada, fornece 16,4% da energia consumida no Brasil e abastece 71,3% do consumo paraguaio.

Itaipu produziu em 2010 um total de 85.970.018 Megawatts-hora (85,97 milhões de MWh), o suficiente para suprir todo o consumo do Paraná durante três anos e sete meses. Ou então, os três Estados da região Sul por um ano e dois meses. O mesmo volume ainda abasteceria a demanda de Portugal por energia elétrica durante um ano e oito meses.

O recorde histórico de produção de energia ocorreu em 2008, com a geração de 94.684.781 Megawatts-hora (MWh). O recorde anterior foi em 2000, quando Itaipu gerou 93.427.598 MWh.

O princípio básico de uma usina hidrelétrica, é usar a força de uma queda d'água para gerar energia elétrica. Essas usinas possuem enormes turbinas, parecidas com cata-ventos gigantes, que rodam impulsionadas pela pressão da água de um rio represado. Ao girar, as turbinas acionam geradores que produzirão energia. No Brasil, as hidrelétricas são as principais responsáveis pela luz que não nos deixa no escuro. 

Os componentes básicos de uma usina hidrelétrica convencional são:

* barreira - a maioria das usinas hidrelétricas utiliza uma barreira que segura a água e cria um grande reservatório. 

* canal - os portões da barreira se abrem e a gravidade puxa a água através do duto que vai para a turbina. A água gera pressão ao passar pelo duto;

* turbina - a água atinge as grandes lâminas da turbina, fazendo-as girar. A turbina é acoplada a um gerador localizado acima dela. O tipo mais comum de turbinas para as usinas hidrelétricas é a Francis, que se parece com um grande disco com lâminas curvas. Uma turbina pesa cerca de 172 toneladas e gira numa taxa de 90 rotações por minuto (rpm), de acordo com a FWEE (Foundation for Water & Energy Education);

* geradores - as lâminas da turbina giram e movimentam uma série de ímãs dentro do gerador. Ímãs gigantes rodam por molas de cobre e produzem corrente alternada (AC) ao mover os elétrons;

* transformador - o transformador dentro da casa de força transforma a corrente alternada em uma corrente de alta-voltagem;

* linhas de energia - quatro fios saem de cada usina de energia: as três fases de energia, que são produzidas simultaneamente, mais um fio neutro ou terra comum para os três;

* fluxo de saída - a água usada passa por algumas tubulações e volta para o rio;

A água no reservatório é considerada energia armazenada. Quando o portão se abre, a água que passa pelo duto se torna energia cinética. A quantidade de eletricidade gerada é determinada por vários fatores. Dois destes fatores são o fluxo de água e a quantidade de cabeças hidráulicas. A "cabeça" se refere à distância entre a superfície da água e as turbinas. O aumento da cabeça e do fluxo gera mais eletricidade. A cabeça depende da quantidade de água no reservatório.

Quando há um período grande de seca, os rios perdem volume e o nível do reservatório das usinas cai, diminuindo a força da queda d'água. Assim, as turbinas giram mais lentamente e produzem menos energia. Após a crise de 2001, o governo ampliou os planos para construir usinas movidas a queima de gás natural.

Fonte: http://fisicanossa.blogspot.com.br/

O que aconteceria se o Sol se tornasse um buraco negro?

Então, o que aconteceria se o Sol se tornasse um buraco negro? Acontece que a chance de isso ocorrer é praticamente nula. Na verdade, o centro do Sol não é suficientemente grande para se tornar um buraco negro. Os cientistas acreditam que, quando o Sol morrer, daqui a aproximadamente 5 bilhões de anos, ele crescerá, tornando-se uma gigante vermelha. Quando isso acontecer, ele aumentará de tamanho e provavelmente consumirá Mercúrio e Vênus, e possivelmente a Terra. Por fim, milhões de anos depois, o Sol ficará literalmente sem energia. Então, será formada uma nebulosa planetária, deixando para trás um centro muito denso, composto principalmente por carbono, do tamanho aproximado da Terra. A essa altura, o Sol será uma anã branca. Conforme sua temperatura esfria, ele será, por fim, uma anã negra.

Agora, apenas para argumentar, suponha que o Sol tenha se tornado mesmo um buraco negro, e a Terra e outros planetas tenham conseguido sobreviver a essa transformação. Como o Sol é uma estrela giratória, seu centro continuaria girando, tornando-o um buraco negro de Kerr com uma ergosfera. Como o centro do Sol é muito pequeno, a ergosfera também seria. Na verdade, seria tão pequena, que os planetas continuariam a orbitar da mesma maneira. O buraco negro teria a mesma massa e, portanto, a mesma gravidade do Sol. Os planetas em órbita não notariam nenhuma diferença.

Obviamente, se isso acontecesse, a vida atual seria bastante alterada, mas por outro motivo. Um buraco negro não emite luz. A escuridão consumiria a Terra, que ficaria extremamente fria. Os oceanos (em inglês) congelariam e todas as formas existentes de vida seriam extintas rapidamente. Se os seres humanos conseguissem ir para o subsolo com uma boa maneira de gerar eletricidade e calor, eles poderiam sobreviver. Mas o clima seria muito frio na superfície.