Energia Elétrica – A energia da vida – Sistemas alternativos

 

Quando fiz um artigo sobre a energia elétrica e a importância que ela representa para nossa sociedade depois do apagão em São Paulo no ano passado, fiquei de comentar sobre as opções que poderemos dispor de sistemas energéticos alternativos, isto é, sistemas que permitam minimizar o caos generalizado que pode acontecer em situações de apagões do sistema público de energia elétrica.

Devemos ter sempre em mente que sistemas alternativos de geração de energia elétrica, serão sempre sistemas complementares ao sistema publico de energia, uma vez que numa queda prolongada dos sistemas públicos de energia, uma solução alternativa num prédio comercial ou residencial, resolve um problema pontual, como por exemplo a continuidade do funcionamento dos elevadores e sistemas de emergência.

Um sistema alternativo de energia elétrica deve sempre levar em conta no seu dimensionamento, o custo/benefício, uma vez que o mesmo pode ter custo proibitivo de instalação em relação a demanda de energia, que o mesmo deverá prover. Desta forma, uma serie de prioridades devem ser discutidas numa comunidade, definindo quais são os elementos mínimos que devem ser protegidos na falta de energia elétrica do setor público num período prolongado.

Desde a pilha voltaica de Alessandro Volta em 1800 e a lâmpada elétrica de Thomas Edison em 1879, muitos sistemas elétricos foram testados. Começaram com os sistemas em corrente contínua que permitiam pouco alcance e desta forma as cidades eram iluminadas em pequenas ilhas e devido ao custo elevado na época, muitos não podiam dispor desta brilhante invenção.

Graças a genialidade de Nikola Tesla, que observou as propriedades da corrente elétrica alternada, os sistemas elétricos de corrente elétrica alternada se desenvolveram rapidamente e permitiu o transporte da energia elétrica a grandes distancias, e o mais importante é que a energia elétrica alternada, diferente da energia contínua, pode ser convertida em valores absolutos maiores e menores, de acordo com as necessidades, isto é, de baixa tensão para alta tensão e vice-versa.

A primeira usina geradora de energia elétrica do mundo foi a Pearl Street Station, em Nova York, foi inaugurada em 1882, ela usava motores a vapor que giravam uma turbina acoplada a um gerador de eletricidade e inicialmente atendia 400 lâmpadas. Mais tarde outra fonte de energia que começou no mesmo ano, foi a hidráulica em Wisconsin, para fornecer energia elétrica para um rico produtor de papel da região, esta foi a primeira hidrelétrica, um modelo de geração de eletricidade que conhecemos muito bem no Brasil, nossa binacional Itaipu.

Outras formas de gerar energia elétrica foram utilizadas, como as termoelétricas movidas a geradores a vapor, que inicialmente queimavam carvão e hoje queimam derivados de petróleo que produzem vapor em alta pressão que movem turbinas acopladas a grandes e potentes geradores de eletricidade, o mesmo ocorre com as usinas nucleares, onde o elemento nuclear, geralmente o Uranio, aquece a água transformando-a em vapor que movem turbinas acopladas a geradores de eletricidade.

A utilização de motores a gasolina ou diesel podem também serem utilizados para gerar energia elétrica, mas devido a baixa capacidade de energia que produzem, estes dispositivos são normalmente utilizados em pequenos geradores portáteis, que são muito utilizados em emergências, eventos ou shows, onde a demanda normalmente instalada não suportaria o volume de energia necessário para atender o evento.

Com a evolução de materiais foto sensíveis a luz solar e sua redução de custos em escala industrial, mais uma forma de gerar energia elétrica ficou disponível, entretanto os materiais que compõe os painéis solares geram energia elétrica continua, que para serem utilizados por nossos dispositivos domésticos e industriais precisam serem convertidas para energia alternada e para tanto precisam de inversores que transformam a energia elétrica continua e de baixa voltagem em energia elétrica alternada na voltagem necessária, 110 volts ou 220 volts.

Outra fonte de energia, que tem crescido nas últimas décadas é a energia eólica, que aproveita o vento para girar um aerogerador, que aproveita a energia mecânica produzindo energia elétrica. Estes dispositivos precisam de grandes áreas livres para serem eficientes e normalmente são instalados em zonas costeiras, próximo ao mar, onde as correntes de vento são mais constantes.

Existem outras fontes de energia alternativas a saber, como a biomassa que utiliza matéria orgânica, a geotérmica, que utiliza a energia do interior da Terra, a oceânica, que utiliza as mares e as ondas. Estas fontes de energia, embora conhecidas necessitam de sistemas complexos para utilizá-las e as duas últimas dependem de áreas especificas para serem implementadas.

Como o artigo é sobre sistemas de energia elétrica alternativos, para serem utilizados em situação de emergência, em casos de apagões prolongados, com o objetivo de diminuir o impacto na vida de uma comunidade, mas claro que a vida de uma cidade será sempre altamente impactada por uma falha geral no sistema de energia, por exemplo os itens perecíveis num supermercado correm o risco de ficarem deteriorados, e além disso os sistemas de pagamento on line estarão fora do ar, impedindo o uso de cartões de crédito.

A seguir vou mostrar dois estudos de caso dimensionando um sistema alternativo, para suportar a carga de energia elétrica de um edifício residencial em duas situações distintas: 

Estudo de Caso 1: Solução energética alternativa para elevadores e sistema de iluminação de emergência.

Vamos analisar um dimensionamento para um prédio de apartamentos com 20 andares e 3 elevadores e 4 apartamentos por andar. Vamos imaginar uma situação em que os constantes apagões criam uma rotina insuportável aos moradores, principalmente aos que moram acima do quarto andar, e como medida paliativa de solução, vamos contratar um grupo gerador com potência suficiente para atender os serviços de elevadores e sistema de iluminação de emergência.

A primeira ação é dimensionar a capacidade instalada dos elevadores e sistema de iluminação de emergência em Watts;

1-      Número de Elevadores - 3; capacidade em Watts de cada elevador 7500 W;

2-      Número de bombas d’água -2; capacidade em Watts de cada bomba 1500 W

3-      Pontos do Sistema de iluminação de emergência – 25 de 15 W cada.

Total da potência instalada = 7500 x 3 = 22.500 + 25 x 15 = 375 W + 3000 W

 Total =25.875 Watts que igual a 25,87 KW;

 

Transformando 25,87 kW em KVA ; 25,87 X 1,56 = 40,36 KVA ;

Colocando uma margem de segurança de 30%, significa multiplicar 40,36 KVA x 1,3 = 52,47 KVA;

 

Isto significa dizer que precisamos de um gerador de 60 KVA para gerar energia para suportar os elevadores, bombas d’agua e o sistema de iluminação de emergência.

 

                                             

Estudo de Caso 2: Solução energética alternativa para elevadores e sistema de iluminação de emergência, e 80 apartamentos.

Neste caso podemos considerar os mesmos parâmetros acima, apenas adicionando a potência de cada apartamento;

1-      Número de apartamentos – 80; potência média instalada por apartamento = 8.700 Watts; que é igual a 8,7 KW; multiplicado pelo fator 1,56 para transformar em KVA temos: 13,57 KVA, colocando uma margem de segurança de 30%, temos 17,64 KVA;

Desta forma 80 apartamentos x 17,64 KVA = 1.411,2 KVA; sendo assim somando os 52,47 KVA, necessários para os elevadores e sistema de iluminação de emergência e bombas d’água, temos um total de 1463,67 KVA;

Isto significa dizer que precisamos de um gerador de 1.500 KVA para gerar energia para suportar os elevadores, bombas d’agua e o sistema de iluminação de emergência e ainda os 80 apartamentos do edifício.

 

Ao contratar um sistema de energia elétrica alternativo em forma de aluguel ou adquirir um gerador próprio, é preciso levar em consideração as necessidades do condomínio uma escolha que deve ser muito bem avaliada, uma vez que além dos custos de aluguel, que deverão ficar bem acima dos custos de energia fornecido pela concessionaria pública e ainda ser necessária uma área arejada para acomodar o gerador e armazenamento de combustível.

Outro item a ser avaliado é o índice de ruido gerado, uma vez que estamos tratando de geradores elétricos movidos a motores a diesel, que produzem ruídos devido a tecnologia de combustão. Sistemas de geração de energia, sem a geração de ruídos como os painéis solares ainda necessitam de grandes áreas para gerar uma capacidade de energia que atendam as demandas de um edifício.

Sistemas alternativos de energia, como citei anteriormente, funcionam muito bem para resolver problemas pontuais de quedas prolongadas de energia, permitindo uma sobrevivência nos sistemas vitais de emergência e segurança de um edifício ou condomínio, entretanto não evitam um caos maior de uma região ou cidade, uma vez que nem todos os edifícios, lojas e supermercados terão um sistema de suporte alternativo de energia que permitam o funcionamento normal destes estabelecimentos.

Mesmo com toda a modernidade que vivemos nos dias de hoje, com as várias formas de produzir energia, ainda somos muito dependentes de sistemas de produção de energia elétrica, e mesmo no Brasil onde a produção de energia elétrica é fornecida por uma matriz que gera energia renovável com mais de 80%, 55 % oriunda de hidrelétricas, estamos sempre na dependência das chuvas, já que apenas 15 % da energia elétrica gerada vem de fontes não renováveis como gás e petróleo.

Conservar energia elétrica é muito caro e difícil ainda, para cada quilowatt utilizado por nós, um gerador de energia precisa estar em movimento. Armazenar energia ainda é muito complicado, bancos de baterias podem ser dimensionados, mas são muito caros e requerem áreas especiais de instalação e sua manutenção é bastante onerosa. Mesmo as modernas baterias de lithium ion que são utilizadas nos celulares possuem tempo de utilização de horas e necessitam serem recarregadas.

 Por exemplo, no setor de telecomunicações onde o consumo dos equipamentos eletrônicos é baixo, bancos de baterias são montados para suportar falhas de energia do sistema público, entretanto a autonomia destes sistemas não passa de 8 a 10 horas, após este período um grupo gerador a diesel entra em funcionamento, suprindo a energia elétrica dos equipamentos e sistemas de emergência e iluminação mínima necessária.

Nosso futuro energético ainda é uma equação sem resposta, estamos sempre correndo risco de apagões, sistemas de distribuição de energia elétrica aéreos, estão sempre sujeitos a tempestades e são mais vulneráveis a acidentes, torná-los subterrâneos aumentaria a disponibilidade e segurança, mas certamente em certas regiões o custo seria proibitivo, devido ao longo tempo de retorno do investimento.

Talvez nossa independência energética venha no futuro do espaço, onde a energia do sol é perene e não sofre a influência de nossa atmosfera. Projetos neste sentido já existem, que a princípio irão utilizar satélites orbitando a Terra, recebendo energia solar convertendo em eletricidade e convertendo esta eletricidade em micro-ondas e enviando para receptores na Terra. Quem sabe em alguns anos teremos eletricidade em qualquer ponto do planeta, a um custo acessível como temos hoje a internet.

Espero que você tenha gostado deste artigo, energia elétrica sempre me despertou um fascínio, uma bobina girando num campo magnético produz uma corrente de elétrons em movimento que é capaz de acender uma lâmpada ou gerar energia para ligar um equipamento. Se você gostou do conteúdo deixe uma mensagem que terei muito prazer de ler e comentar, obrigado e até um próximo artigo.