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Energia heliotérmica ou fotovoltaica?

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Energia heliotérmica ou fotovoltaica? Entenda as diferenças e saiba qual tipo de energia solar é mais vantajosa para os casos específicos.



O que é a energia solar?

A energia solar é a energia eletromagnética cuja fonte é o sol. Ela pode ser transformada em energia térmica ou elétrica e aplicada em diversos usos. As duas principais formas de aproveitamento da energia solar são a geração de energia elétrica e o aquecimento solar de água.

Para a produção de energia elétrica são usados dois sistemas: o heliotérmico, em que a irradiação é convertida primeiramente em energia térmica e posteriormente em elétrica; e o fotovoltaico, em que a irradiação solar é convertida diretamente em energia elétrica.

Energia heliotérmica ou energia solar concentrada (CSP)

Segundo o Ministério de Minas e Energia, o Brasil tem cerca de 70% de sua matriz elétrica baseada em energia hidráulica, e mais recentemente outras fontes de energia, como a biomassa, a eólica e a nuclear vêm recebendo estímulos.

Em vista de condições hidrológicas desfavoráveis, com períodos de estiagem cada vez mais prolongados, a energia heliotérmica se apresenta como uma alternativa. Ainda mais se considerarmos que os períodos de seca estão associados ao aumento do potencial solar devido à baixa interferência de nuvens e radiação solar mais intensa.

Há vários tipos de coletores e a escolha do tipo apropriado depende da aplicação. Os mais utilizadas são: o cilindro parabólico, a torre central e o disco parabólico.

Como funciona?

Os coletores solares são equipamentos que captam a radiação solar e a convertem em calor, transferindo este calor para um fluido (ar, água, ou óleo, em geral). Os coletores possuem uma superfície refletora, que direciona a radiação direta a um foco, onde está localizado um receptor. Uma vez tendo absorvido o calor, o fluido escoa pelo receptor.

Energia fotovoltaica

A energia fotovoltaica é aquela na qual a irradiação solar é transformada diretamente em energia elétrica, sem passar pela fase de energia térmica (característica do sistema heliotérmico)

Como funciona?

As células fotovoltaicas (ou células solares) são feitas a partir de materiais semicondutores (normalmente o silício). Quando a célula é exposta à luz, parte dos elétrons do material iluminado absorve fótons (partículas de energia presentes na luz solar).

Os elétrons livres são transportados pelo semicondutor até serem puxados por um campo elétrico. Este campo elétrico é formado na área de junção dos materiais, por uma diferença de potencial elétrico existente entre esses materiais semicondutores. Os elétrons livres são levados para fora da célula solar e ficam disponíveis para serem usados na forma de energia elétrica.

Ao contrário do sistema heliotérmico, o sistema fotovoltaico não requer alta irradiação solar para funcionar. Contudo, a quantidade de energia gerada depende da densidade das nuvens, de forma que um número baixo de nuvens pode resultar em uma maior produção de eletricidade em comparação a dias de céu completamente aberto, devido ao fenômeno da reflexão da luz solar.

A eficiência da conversão é medida pela proporção de radiação solar incidente sobre a superfície da célula que é convertida em energia elétrica. Atualmente, as células mais eficientes proporcionam 25% de eficiência.

Segundo o Ministério do Meio Ambiente, o governo atualmente desenvolve projetos de geração de energia fotovoltaica para suprir as demandas energéticas das comunidades rurais e isoladas. Estes projetos focam algumas áreas como: bombeamento de água para abastecimento doméstico, irrigação e piscicultura; iluminação pública; sistemas de uso coletivo (eletrificação de escolas, postos de saúde e centros comunitários); atendimento domiciliar.

Aproveitamento térmico

Outra forma de aproveitamento de radiação solar é o aquecimento térmico. O aquecimento térmico a partir de energia solar pode ser feito por meio de um processo de absorção da luz solar por coletores, que são normalmente instalados nos telhados das edificações e residências (conhecidos como painéis solares).

Como a incidência de radiação solar sobre a superfície terrestre é baixa, é necessário instalar alguns metros quadrados de coletores.

Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel), para atender o suprimento de água aquecida em uma residência de três a quatro moradores, são necessários 4 m² de coletores. Apesar da demanda por esta tecnologia ser predominantemente residencial, também existe o interesse de outros setores, como edifícios públicos, hospitais, restaurantes e hotéis.

Quais são os prós e os contras da energia solar?

A energia solar é considerada uma fonte de energia renovável e inesgotável. Ao contrário dos combustíveis fósseis, o processo de geração de energia elétrica a partir da energia solar não emite dióxido de enxofre (SO2), óxidos de nitrogênio (NOx) e dióxido de carbono (CO2) - todos gases poluentes com efeitos nocivos à saúde humana e que contribuem para o aquecimento global.

A energia solar também se mostra vantajosa em comparação a outras fontes renováveis, como a hidráulica, pois requer áreas menos extensas do que hidrelétricas.

O incentivo à energia solar no Brasil é justificado pelo potencial do país, que possui grandes áreas com radiação solar incidente e está próximo à linha do Equador.

As regiões semiáridas do nordeste brasileiro são ideias para a geração de energia heliotérmica, pois atendem às condições de alta irradiação solar e baixa pluviosidade.

Uma desvantagem da energia heliotérmica no entanto, é que, apesar de não exigir áreas tão extensas quanto as hidrelétricas, ainda requer uma grandes espaços. Portanto, é crucial que se faça a análise do local mais apropriado para a implantação, uma vez que haverá a supressão da vegetação. Além disso, como já mencionado, o sistema heliotérmico não é indicado para todas as regiões, pois é considerado bastante intermitente.

A não dependência da alta irradiação é uma grande vantagem do sistema fotovoltaico, o que contribui para que seja apontado como uma outra alternativa.

No caso da energia fotovoltaica, a desvantagem mais frequentemente apontada é o alto custo de implantação e a baixa eficiência do processo, que varia de 15% a 25%.

No entanto, outro ponto de extrema importância a ser considerado na cadeia produtiva do sistema fotovoltaico é o impacto socioambiental causado pela matéria prima mais comumente usada para compor as células fotovoltaicas, o silício.

A mineração do silício, assim como qualquer outra atividade de mineração, tem impactos para o solo e a água subterrânea da área de extração. Além disso, é imprescindível que sejam proporcionadas boas condições ocupacionais aos trabalhadores, a fim de evitar acidentes de trabalho e desenvolvimento de doenças ocupacionais. A Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer (Iarc) aponta, em relatório, que a sílica cristalina é cancerígena, podendo causar câncer de pulmão ao ser cronicamente inalada.

O relatório do Ministério de Ciência e Tecnologia aponta outros dois pontos importantes relacionados ao sistema fotovoltaico: o descarte dos painéis deve receber destinação apropriada, uma vez que este apresentam potenciais de toxicidade; e a reciclagem de painéis fotovoltaicos também não atingiu um nível satisfatório até o momento.

Outro ponto importante é que, apesar do Brasil ser o segundo maior produtor de silício metálico do mundo, perdendo apenas para a China, a tecnologia para a purificação do silício a nível solar ainda está em fase de desenvolvimento. Um problema recentemente identificado, principalmente em plantas heliotérmicas, é a queima não intencional de pássaros que passam pela região.

Portanto, mesmo sendo renovável e não emitindo gases, a energia solar ainda esbarra em empecilhos tecnológicos e econômicos. Apesar de promissora, a energia solar se tornará viável economicamente apenas com a cooperação entre setores públicos e privados, e com o investimento em pesquisas para o aprimoramento das tecnologias que englobam o processo produtivo, desde a purificação do silício até o descarte das células fotovoltaicas.

Comandos Elétricos no Android

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Pessoal, vocês tem que instalar e conhecer esse magnifico aplicativo para criar diagramas de comandos elétricos no celular android, estive conversando com o desenvolvedor e em breve terá uma nova versão mais sofisticada e será possível fazer até simulação como no cade simu.

Veja alguns diagramas que nas horas vagas eu fiz no meu celular com o Aplicativo Mplan


Diagrama de Partida Direta Criado no Aplicativo Mplan (acima)


Diagrama Partida Direta e Reversão Criado no Aplicativo Mplan (acima)



Diagrama de Trabalho Chave Magnética Partida Direta e Estrela - Triângulo. (acima)



Diagrama de Comando Estrela - Triângulo e Partida Direta do Circuito acima.


Diagrama Partida Direta em 24V tensão continua para o diagrama de comando. (acima)


Diagrama de Trabalho 04 Chaves Magnéticas de Partida Direta. (acima)


Diagrama de Comandos 04 Chave Magnética Partida Direta Independente em tensão de 24vcc. (acima)


Diagrama de Comando Estrela - Triangulo Motor 6 Pontas 220/380V. (acima)


Diagrama de Comando com Fim de Curso. (acima)


Chave Magnética Partida Direta com Sinalização de Ligado, Desligado, Atuação Rele Térmico. (acima)


Chave Magnética Partida Direta com Reversão do Motor. (acima)


Partida Direta Comum com LED Indicativo Ligado. (acima)

Quer baixar o aplicativo Mplan direto no seu celular? Acesse o link abaixo para instalar e poder treinar comandos elétricos em qualquer lugar.

Download Aplicativo Mplan Versão FREE


Download Aplicativo Ensinando Elétrica


Como baixar onde devo clicar?


Veja como baixar no Google driver, você deve clicar em umas das setas.

Assista ao Vídeo de Como Utilizar o Aplicativo Mplan, Um Rápido Tutorial Básico.

Componentes Eletrônicos e Unidades de Medidas.

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Introdução

Toda a modernidade que nos rodeia com relação à computação e suas vantagens para o mundo moderno se tornou possível a partir da evolução da eletrônica. O desenvolvimento de componentes que fazem com que a corrente elétrica gere diversos efeitos e a partir do agrupamento de vários deles um fluxo de elétrons possa realizar uma quantidade enorme de eventos desde cálculos complexos a imagens e sons.

Pode até parecer estranho para um leigo, mas tudo começa na movimentação de partículas subatômicas chamadas elétrons. Numa analogia simples, o elétron está para a elétrica, eletrônica e computação assim o a farinha está para o padeiro. O inicio de tudo.

O elétron

O elétron é uma partícula, ela fica em órbita do núcleo dos átomos. Todo átomo possui elétrons em sua órbita, na sua última camada. Em seu núcleo os átomos possuem prótons e nêutrons fortemente unidos, no entanto nos átomos de alguns materiais os elétrons que estão em orbita nas últimas camadas não são tão firmemente presos a esta órbita, podendo facilmente se desprender e se unir a outro átomo, como é o caso dos metais, estes são conhecidos por materiais condutores elétricos.

Representação de um Átomo 

Os elétrons possuem carga negativa enquanto os prótons possuem carga positiva, os nêutrons não possuem carga (na verdade possuem mais é ínfima, convenciona-se que seja nula). Quando a quantidade de elétrons e prótons num átomo é igual, este átomo se torna neutro, ou seja, eletricamente equilibrado, isso ocorre com átomos de materiais como madeira, borracha e outros isolantes, a quantidade de elétrons e prótons de seus átomos é igual e estes elétrons estão de forma firme em órbita do núcleo do átomo, não de desprendendo e se unindo a outro átomo. Num corpo condutor, os elétrons ficam num movimento desordenado, um átomo perde um elétron e em seguida ganha um elétron de outro átomo sem ordem alguma. Mas quando isso é ordenado de forma que os elétrons tenham um único caminho a percorrer e de forma ordenada isso é denominado corrente elétrica. Para que exista uma corrente elétrica é preciso um desequilíbrio entre dois pontos, ou seja, em um ponto existam átomos com excesso de elétrons (carga negativa) e em outro ponto átomos com falta de elétrons (carga positiva), isso fará com que os átomos com carga positiva atraiam os elétrons dos que possuem carga negativa, tentando um equilíbrio.


No entanto se o equilíbrio não for alcançado o processo continuará indefinidamente enquanto existirem as condições apropriadas. A esse efeito é dado o nome de diferença de potencial ou ddp, a unidade de medida utilizada para calcular a ddp é o Volt, que mede a tensão entre dois pontos com potencial elétrico diferente.

Volt

Como já mencionado, o Volt mede a diferença de potencial entre dois pontos, a ddp é o que força os elétrons a se movimentar em uma única direção continuamente do ponto negativo (com excesso de elétrons) ao positivo (com falta de elétrons).

Aqui é um ponto onde existe uma grande confusão. Volt mede a força com que os elétrons pressionam uns aos outros visando estabilizar o número deles entre os pontos. Vamos usar uma analogia:

Suponha uma caixa d’água com 1000 litros de água dentro. Ela está a 1 metro do chão. A água não sai da caixa porque ela não tem nenhum furo, mas existe uma força puxando a caixa e a água dentro para o chão a gravidade. Se você faz um furo no fundo da caixa, automaticamente a água começa a sair com certa força até atingir o chão, depois de certo tempo a água acaba e finaliza o processo.
Agora se a caixa d’água estivesse a 100 metros de altura e o mesmo processo fosse feito, a água teria muito mais força na queda visto a altura maior.
Neste exemplo podemos comparar com a eletricidade, a altura em que a caixa esta do chão é a diferença de potencial, quando mais alta a caixa maior a pressão da água para cair, quanto maior a diferença de potencial mais força os elétrons exercem para passar de uma átomo a outro. A água seriam os elétrons e sua quantidade em movimento a vazão (o que se constitui corrente elétrica) é medida em Ampéres. A velocidade com que a água cai ou na comparação com que os elétrons se movimentam é medido em Watts.

Estas 3 unidades de medida são essenciais para o desenvolvimento e compreensão de todo o funcionamento de equipamentos elétricos, eletrônicos e computacionais.

Ampere

O Ampere como mencionado anteriormente mede a quantidade de elétrons que se movimentam formando a corrente, ou seja, esta unidade não esta ligada ao Volt, são unidades diferentes, uma não existe sem a outra, mas usam medidas de forma diferente. Por exemplo, uma bateria automotiva possui em média 60A (A é o símbolo na SI para Ampere) e 12volts de tensão. E quando você gira a chave do carro ela consegue acionar o motor de arranque do carro e fazer o motor com suas bielas e pistões girar por alguns segundos, no entanto se você pegar uma fonte de computador e tentar o mesmo ela queimará ou desligará instantaneamente. Por que, se ambas possuem saídas com 12volts? Por conta da corrente, enquanto uma possui 60A para 12volts a outra terá por volta de 25A. Uma corrente menor com a mesma tensão significa menor força de trabalho.

A fórmula que mede isso é dada pela expressão:

I = V/R

Ou seja, a corrente é a tensão dividida pela resistência.
Uma relação interessante a respeito disso é que estas grandezas são proporcionais, ou seja, para se gerar trabalho ou você aumenta a tensão e necessita de menos corrente ou você aumenta a corrente e necessita de tensão menor. Para isso pode se utilizar o exemplo do chuveiro elétrico novamente, no Brasil a maior parte desses aparelhos trabalha em 220v porque dessa forma é preciso menos corrente e o uso de fios mais finos, caso fossem utilizados 110v seria necessários fios com o dobro da bitola.

Por exemplo, um aparelho que trabalhe em 220 v e tenha 5000 w de potência seria realizada a operação para calcular a corrente necessária:

5000 = 220.I I=5000/220 I= 22,7A

Agora em 110 v

5000=110.I I=5000/110 I=45,4A

Watt

O Watt é a unidade que mede a potência tanto elétrica como térmica. Está sempre relacionado a tempo, ou seja, a quantidade de potência utilizada por hora. O Watt é o produto do Volt (ddp) pelo Ampere(corrente), ou seja:

P=V.I (convenciona-se que corrente nas fórmulas matemáticas seja representada por I e potencia por P)

Exemplo:

Uma fonte de alimentação que na saída de 12 volts forneça 15A, a cálculo é o seguinte:

P= 12.15 P= 180

Na saída de 12 volts ela terá 180 w de potência.

Para termos mais potência, ou seja, força de trabalho é necessário ou maior corrente ou maior tensão.

Exemplo:

Podemos ter um chuveiro com 5000 w, que funcione com 110 v e corrente de 45,4A ou um chuveiro com a mesma potência, mas funcionando com 220 v e corrente de apenas 22,7A, ou seja, para manter a mesma força de trabalho com a mesma tensão se aumenta a corrente e com a mesma corrente se aumenta a tensão.

Hertz

Hertz é a unidade de medida da freqüência com que as ondas eletromagnéticas oscilam, essa medida é a representação de ciclos por segundo.


O principio é simples, toda onda executa um movimento que é chamado pulso, que consiste no movimento que ela inicia e após um período termina e inicia novamente, o tempo que cada inicio e término deste processo demora a ser executado é o ciclo, a quantidade de vezes uma onda realiza isso num segundo é a referida freqüência de onda medida em hertz ou ciclos por segundo. Suponha que uma onda qualquer tivesse um ciclo que demorasse 1 segundo para ser completado, teria uma freqüência de 1Hz, 2 vezes em um segundo ele fosse completado, 2 Hz de freqüência e assim por diante. As ondas podem possuir diversos formatos ou “forma de onda”, dentre eles podemos destacar as ondas senoidais (utilizadas na transmissão de rádio) e as quadradas utilizadas nos circuitos digitais. Com este conceito em mente podemos imaginar a dimensão da freqüência de um processador, por exemplo, um processador de 1GHz é sincronizado por uma onda quadrada que executa 1 bilhão de ciclos por segundo. Seu roteador WI-FI transmite uma onda senoidal na freqüência de 2,4GHz, ou seja, 2,4 bilhões de ciclos por segundo, a mesma utilizada pelo seu microondas só mudando a potência.

Com esses conceitos básicos já é possível compreender alguns dos diversos componentes e suas aplicações na eletrônica e computação.

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