Saiba mais sobre a geração de energia

Tem dúvidas sobre geração de energia? Os especialista na Cummins oferecem uma série de respostas simples e informações mais detalhadas a tópicos de geração de energia.

O que é geração de energia?

Geração de energia é um termo usado para descrever a produção de eletricidade usando diferentes tipos de tecnologia — algumas, como caldeiras a vapor, têm mais de cem anos; já outras, como aerogeradores, são mais recentes. Na verdade, as caldeiras a vapor e os moinhos de vento são bem mais antigos. Eles foram inicialmente inventados para mover máquinas e moer grãos, e ainda fazem isso, mas agora são usados principalmente para produzir eletricidade.

A maioria dos equipamentos de geração de energia produz eletricidade girando um mecanismo em um alternador. Como o mecanismo é feito para girar depende de qual tecnologia está sendo usada.

 

Como a eletricidade é gerada?

Muita energia é produzida em usinas e geradores. Dissemos que um movimento giratório é transmitido para um alternador, e o alternador transforma o movimento em eletricidade. Como exatamente isso acontece?

Um alternador é muito parecido com um motor elétrico. Os motores elétricos usam eletricidade para girar um rotor. Nos alternadores, acontece o contrário — em vez de usar eletricidade para criar movimento, os alternadores usam movimento para criar eletricidade. Na verdade, muitos motores podem funcionar como alternadores provisórios.

Os alternadores têm duas partes: um estator e um rotor. O rotor gira dentro do alternador e é projetado para criar um campo magnético. Basicamente, o estator é uma caixa composta de várias bobinas de cobre enroladas em um núcleo de ferro oco. Quando o rotor gira dentro do estator, seu campo magnético também gira, e essa rotação cria uma corrente elétrica dentro das bobinas do estator. Essa corrente elétrica é coletada e enviada para a rede elétrica.

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Como um gerador de energia funciona?

Os geradores de energia são pequenas usinas elétricas independentes construídas em volta de um motor alternativo e um alternador. O motor e o alternador geralmente são combinados em um único compartimento, que pode ser tão grande quanto um trailer ou tão pequeno quanto uma mala, dependendo de quanta eletricidade é necessária. Geradores com motores adequados para diferentes combustíveis estão disponíveis — diesel, gasolina, biocombustíveis, gás natural e muito mais.

Geradores de energia maiores são usados em uma ampla variedade de aplicações e setores. Eles podem fornecer tanto energia primária como energia para emergências. Bases militares em regiões onde não há uma rede elétrica confiável, por exemplo, muitas vezes dependem de geradores locais para todas as suas necessidades de eletricidade. Em edifícios em que não é aceitável perder energia a qualquer momento, geradores de reserva são instalados para fornecer energia em caso de queda de energia. Data centers e hospitais são exemplos de edifícios que exigem geradores de reserva.

 

 

Tipos de usinas elétricas

Existem muitos tipos de usinas envolvendo diferentes tecnologias: motores alternativos (às vezes chamados de motores de combustão interna), turbinas a vapor, turbinas a gás, turbinas hidrelétricas, aerogeradores, usinas geotérmicas, nucleares e muito mais.

O que são usinas hidrelétricas e parques eólicos?

As usinas hidrelétricas e os parques eólicos são primos em tecnologia, pois geram eletricidade sem usar combustível — apenas as correntes de vento e de água.

Ambos também usam pás de turbina giratórias externas para aplicar torque no eixo giratório de um alternador. A Represa Hoover, por exemplo, contém uma conhecida usina hidrelétrica que cria grandes quantidades de eletricidade aproveitando a energia potencial liberada pela água à medida que flui pela represa.

Para os aerogeradores, cada torre tem um conjunto de pás e um alternador que extrai a energia do vento e a converte em eletricidade.

 

O que são usinas de energia solar?

A eletricidade solar é gerada em painéis fotovoltaicos que usam a luz solar para ativar as células de silício contidas neles. Quando os fótons da luz solar atingem as células de silício, eles eliminam os elétrons dos átomos presentes no silício. As células são projetadas de forma que os elétrons só possam viajar em uma direção. Então, quando o coletor de elétrons da célula é conectado a uma carga elétrica, os elétrons se alinham para viajar para fora da célula e entrar na carga elétrica. Em outras palavras, uma corrente elétrica é gerada.

A tecnologia de energia solar se expandiu para usinas solares concentradas com turbinas a vapor. Em algumas configurações, espelhos são colocados em volta de uma torre, e o reflexo é direcionado a um receptor no topo da torre. Pense nisso como usar uma lupa para concentrar os raios do sol e iniciar um fogo. No topo da torre há uma caldeira a vapor, da qual o vapor quente é canalizado para uma turbina a vapor no nível do solo.

 

 

O que são usinas geotérmicas?

As usinas geotérmicas têm tubos que penetram fundo na terra, onde a água é aquecida pelo calor que emana do magma próximo. A água se transforma em vapor, e esse vapor é usado por uma turbina a vapor e um alternador configurados para produzir eletricidade. Um exemplo de água transformada em vapor por atividade geotérmica são os muitos gêiseres no Parque Nacional de Yellowstone, no Wyoming, EUA.

 

O que são usinas movidas a gás?

Em usinas a gás que dependem de uma turbina a gás, funciona da seguinte forma:

  1. O ar é puxado para um compressor, onde ele é comprimido.
  2. O ar comprimido é conduzido a um combustor, onde é misturado ao combustível, e a mistura ar-combustível é inflamada.
  3. O gás pressurizado resultante da combustão faz as pás da turbina girarem.
  4. Assim como acontece com os motores alternativos, o movimento giratório é transmitido para um alternador, que o converte em eletricidade.

Os motores a jato operam de maneira muito parecida, com a diferença de que o torque gira as pás do ventilador e impulsiona o jato.

Fontes de energia: tudo que você precisa saber

 

Quantas formas de energia existem? Quais são as principais fontes de energia? Respostas simples para perguntas frequentes sobre energia.

Fontes de energia

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O que são usinas movidas a diesel?

As usinas movidas a diesel são relativamente menores em capacidade de geração de energia em comparação com outras usinas. Essas usinas geralmente usam motores alternativos para gerar energia. Esses motores alternativos são como o motor de um carro:

  • O ar entra em um compressor à medida que o combustível é injetado.
  • Um pistão sobe e desce ao passo que a mistura de ar e combustível entra em combustão.
  • O pistão é conectado a um eixo de manivela que produz um movimento giratório.
  • O movimento giratório é transferido para um alternador, que transforma o movimento em corrente elétrica.

Usinas de energia baseadas em motores alternativos podem, na verdade, queimar uma variedade de combustíveis, incluindo gás natural, petróleo pesado e muito mais.

 

O que são usinas movidas a carvão?

Em usinas movidas a carvão, acontece o seguinte:
 

  • Uma fonte de combustível é inflamada para aquecer a água em uma caldeira.
  • A água aquecida na caldeira se transforma em vapor.
  • O vapor faz as pás de uma turbina a vapor girarem
  • Esse movimento de rotação é transferido para o alternador, que cria eletricidade.

O processo é o mesmo nas usinas nucleares, mas a água é fervida pelo calor proveniente da fissão dos átomos de urânio, em vez da queima do combustível.

 

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O que são usinas nucleares, e como funcionam?

Nas usinas nucleares, o processo é o mesmo das turbinas a vapor, mas a água é fervida pelo calor proveniente da fissão dos átomos de urânio, em vez da queima do combustível.

As usinas nucleares têm um ou mais reatores onde ocorre a fissão nuclear. Átomos maiores de urânio são divididos para formar átomos menores, liberando uma enorme quantidade de energia no processo. O urânio é levado ao reator na forma de pelotas de óxido de urânio empilhadas em tubos de metal lacrados, chamados barras de combustível. As barras de combustível são inseridas em um grande recipiente cheio de água e pressurizado — o recipiente do reator. Assim que a fissão nuclear é iniciada, as barras de combustível aquecem a água presente no recipiente do reator, criando vapor. Daí, esse vapor passa a girar uma turbina a vapor e um conjunto alternador elétrico, gerando eletricidade.

Nenhum combustível fóssil está envolvido em qualquer ponto do processo, portanto, as usinas nucleares não geram nenhuma emissão de carbono. O que elas geram, porém, são muitas barras de combustível altamente radioativas, com as quais ninguém sabe realmente o que fazer.

Existem cerca de 94 reatores nucleares instalados em 57 usinas nos Estados Unidos e cerca de 450 reatores ao redor do mundo, em 2021.

 

Usinas elétricas de ciclo combinado

As turbinas a vapor podem pegar carona nas turbinas a gás para formar uma usina de “ciclo combinado”, que usa o calor perdido da turbina a gás para produzir vapor. Assim, o calor de exaustão da turbina a gás pode produzir eletricidade adicional. É por isso que as usinas de ciclo combinado têm melhor eficiência e maior produção que as usinas de ciclo simples.

Geração de eletricidade: o guia definitivo

 

Tudo que você quer saber sobre eletricidade, simplificado. Como a eletricidade é produzida, eletricidade renovável, AC vs. DC e muito mais.
 
 

Geração de eletricidade

Vantagens das diferentes tecnologias de geração de energia

Cada tipo de usina e tecnologia de geração de energia tem vantagens e desvantagens.

As usinas nucleares produzem muita eletricidade com muito pouco combustível e quase nenhuma emissão, mas o lixo nuclear é um grande problema que ainda não foi resolvido.

As turbinas a gás geram menos emissões e são mais eficientes que a maioria das usinas baseadas em turbinas a vapor, mas tendem a ser caras de manter. Elas também funcionam melhor com gás natural, que não está disponível em todos os lugares.

Os motores alternativos têm grande flexibilidade: eles têm uma capacidade de partida e parada rápidas e podem funcionar com uma variedade de combustíveis, são muito eficientes e têm custo relativamente baixo de construção e manutenção.

Os aerogeradores e painéis solares não geram emissões diretas e não exigem combustível, mas sua produção é variável e às vezes imprevisível — em um dia sem vento, um parque eólico não gera muita eletricidade.

À medida que aumenta o desejo global por geração de energia mais limpa e emissões reduzidas para as gerações futuras, a transição para energia limpa e renovável continua a ganhar força. Com tantos parques eólicos e fazendas solares na rede elétrica, é importante ter centrais elétricas flexíveis suficientes que possam iniciar e parar rapidamente para compensar a variabilidade da energia eólica e solar. Turbinas a gás e motores alternativos são bem adequados para isso e uma opção popular entre as companhias de energia.

 

Fontes de energia para geração de energia

Todos os sistemas de geração e usinas de energia funcionam convertendo a energia disponível em uma ou outra forma em eletricidade.

Painéis solares e parques eólicos convertem a energia presente no ambiente — luz solar e vento — em eletricidade. Do mesmo modo, as hidrelétricas extraem a energia potencial da água represada, ou a energia cinética presente nos rios para gerar eletricidade. A energia do vento, do sol e da água é considerada renovável porque sua fonte é constantemente reabastecida, mesmo que sua disponibilidade dependa das condições meteorológicas.

Outras tecnologias de geração de energia exigem combustível como fonte de energia. Quase tudo que pode ser queimado já foi usado como combustível para gerar eletricidade. Existem usinas que funcionam com lixo municipal, pneus velhos, gás de esgoto, palha de milho, resíduos industriais etc. Dito isso, a maior parte da eletricidade não renovável vem de combustíveis fósseis, uma categoria que inclui carvão, gás natural e destilados de petróleo, como o diesel.

Os biocombustíveis são uma categoria cada vez mais importante de combustíveis porque são neutros em carbono. Isso significa que, quando eles queimam, o carbono que eles liberam não vem de uma fonte fóssil. Os biocombustíveis são feitos de materiais orgânicos, como culturas energéticas, subprodutos agrícolas ou mesmo óleo de fritura usado. Os biocombustíveis estão disponíveis em estado sólido, líquido e gasoso, levando a uma variedade de usos em aplicações de geração de energia. O biodiesel, por exemplo, é um tipo de biocombustível líquido amplamente usado.

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