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Fundamentos da Energia: Parte 01 - Grupo GIMI



A energia está em todas as atividades onde se realiza trabalho. Está presente em nosso dia a dia das mais diversas formas, desde os primórdios e até quando a vida existir.


Seja em músculos, células, motores ou movimento de elétrons, ao acender o queimador de um fogão, ao assistir televisão ou conversar com seus filhos ou pais, sempre estamos transformando energia, pois ela nunca se cria, nunca se perde, sempre se transforma, como enuncia A Lei de Lavoisier, postulada em 1785 pelo químico francês Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794), corresponde à Lei da Conservação das Massas. Segundo ele: “Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma”.


São abundantes os estudos sobre o tema, que abrange desde recursos naturais, aspectos biológicos, químicos, aspectos sociais, econômicos, ambientais e sobretudo, geopolíticos, sob enfoque de engenharia e tecnologia. Na história da humanidade poucas guerras ocorreram por conta de diferenças ideológicas ou religiosas, mas sim por disputas entre povos por recursos naturais estratégicos ao seu tempo. Água, petróleo, gás natural, ferro, alumínio, cobre, madeira entre tantos outros recursos figuram como questões centrais de muitas guerras, as vezes de amplitude continental, muitas vezes de forma dissimulada, quando países não declaram abertamente seu interesse num determinado recurso natural, declarando razões diversas para invadir países ou regiões e garantir acesso àquele recurso.

Analisando a questão por outro prisma, devemos dar atenção especial às definições, conceitos básicos, terminologia, formas de aplicação, tecnologias empregadas, usos finais e demanda para fundamentar o uso racional dos ciclos de utilização e transformação de energia.


⦁ Definições


Energia é um substantivo feminino que pode ser definido simplesmente pela capacidade que um corpo, uma substância ou um sistema físico têm de realizar trabalho. Segundo Aristóteles, corresponde à ação de um motor (físico ou metafísico) que permite a atualização de uma atividade. Aristóteles, filósofo grego, discípulo de Platão. Seus estudos abrangeram diversos assuntos, tas como: física, a metafísica, lógica, retórica, organização política da sociedade, ética, biologia, poesia, música e zoologia.


Evolução do uso da Energia através do tempo:


Aproximadamente a 30.000 antes de Cristo, no período paleolítico, o homem de Cro-Magnon, que é o nome que se dá aos restos mais antigos conhecidos na Europa de Homo sapiens, foi desde então o principal conversor de energia. Possuía hábitos predominantemente diurnos e sua principal aplicação de energia compreendia a busca de luz artificial, uso final de energia que até a atualidade representa parcela importante de nosso consumo energético. Além disso, na busca incessante pelo conforto consumia combustíveis para cozinhar e modificar o ambiente ao seu redor.


Com o domínio da produção do fogo, o homem de Cro-Magnon deu início à era do consumo de combustíveis para seu conforto e evolução. Desde então, o homem utilizou combustíveis das mais diversas formas e origens, com o objetivo de aquecer o ambiente ao seu redor e a si, realizar atividades durante a noite e principalmente para cozinhar. A característica da época era a vida em grupos nômades, que perambulavam e sobreviviam exclusivamente da caça e obtenção de alimentos disponíveis naturalmente nas florestas e campos, o homem paleolítico era um consumo energético bastante baixo, da ordem de 1500 a 2500 kcal por dia (em comparação aos de 250.000kcal por dia atuais), sendo capaz de transformar em energia mecânica útil apenas 20% da energia bruta obtida na natureza.


Por conta do movimento migratório para o norte da Europa daquele período conhecido como Neolítico, o homem consegue controlar e modificar de forma mais relevante o ambiente ao seu redor, pro meio de processos agrícolas e ferramentas rudimentares, resultando em maior possibilidade de crescimento populacional. Assim, o homem passa a consumir e processar mais alimentos e animais de cativeiro, baseado na agricultura de subsistência e na pecuária, que consistia na criação e domesticação de algumas espécies como porcos. Assim sendo, o Homo Sapiens desenvolveu a técnicas mais avançadas de trabalho e aprimorou outras atividades como a olaria para utensílios que potencializaram seu trabalho.


Com o aparecimento das grandes civilizações no mundo antigo nos solos férteis do oeste e sudoeste da Ásia e em vales dos rios Indo que é o rio mais longo e mais importante do Paquistão e um dos mais destacados rios do subcontinente indiano, e o rio Tigre, um dos dois grandes rios da Mesopotâmia, junto com o rio Eufrades no Iraque, além do rio Nilo que é o rio mais extenso do mundo, situado no nordeste do continente africano, cuja bacia hidrográfica ocupa uma área de mais de 3 milhões de km², banhando países como Uganda, Tanzânia, Ruanda, Quénia, República Democrática do Congo, Burundi, Sudão, Sudão do Sul, Etiópia e Egito.


Com a disponibilidade facilitada da água nos vales dos rios acima listados os povos da região puderam então desenvolver técnicas de cultura manejada de cereais, possibilitando então a armazenagem de crescentes quantidades de energia na forma de alimentos pouco perecíveis, o que possibilitou grandes movimentos expansionistas de seus territórios e das fronteiras agrícolas, mas sobretudo, do conhecimento. A civilização egípcia desenvolveu e construiu formas rudimentares de barragens para ampliar as terras inundadas, enquanto na Mesopotâmica desenvolveram-se carroças, barragens e canais artificialmente navegáveis. Cabe ressaltar ainda o uso de escravos por parte dos Egípcios e Romanos como mão de obra nas construções e movimentações de cargas. É necessário salientar que escrav

os também precisavam alimentar-se, sendo essa forma conversão de energia a maneira primitiva com que os homens da antiguidade transformavam a energia solar (que era captada pelas plantas) em energia mecânica (por meio da força dos escravos em realizar trabalho).


Desde tempos imemoriais, o vento é uma importante fonte de energia. Através da navegação à vela, o vento é considerado uma forma indireta de energia solar, decorrente da movimentação do ar quente oriundo do equador e se desloca para as regiões polares, seguindo um movimento regular, os ventos são consequência permanente da dinâmica térmica da Terra. Ainda que o aproveitamento dos ventos para geração de eletricidade seja recente, a energia eólica é aproveitada desde, ao menos, 4000 anos.


Registros apontam que os ventos foram utilizados na navegação egípcia, fenícia e romana. Os egípcios utilizavam velas como complementação a embarcações a remo, enquanto as embarcações fenícias já eram totalmente propelidas pelo vento a 3000 atrás. Na Antiguidade, na China e na Pérsia, registros mais antigos apontam a existência de máquinas desenvolvidas para o uso dos ventos com outros propósitos a mais de 2500 anos. Naquelas sociedades foram empregados ainda equipamentos relativamente modernos como os moinhos de vento, que moíam grãos e bombeavam água para cotas mais altas como armazenagem para irrigação.


Esses espetaculares inventos da humanidade chegaram à Europa no século XIII trazidos por cavaleiros e homens livres e de bons costumes que retornavam do Oriente das cruzadas, onde tiveram seus princípios de funcionamento estudados e aprimorados. Essas notáveis técnicas foram empregadas no desenvolvimento de indústrias têxteis, madeireira e metalúrgica. Na Holanda, por volta do ano de 1300 DC, foi aprimorada e aplicada a modificação mais genial daquele tempo no do moinho de vento ao posicionar o seu eixo na posição horizontal e com quatro pás, possibilitando o uso do moinho para bombeamento de água de regiões alagadas, moagem de cereais e oleaginosas entre outros serviços mecânicos pesados com maior eficiência e velocidade.


A multiplicação da força disponível para a realização de trabalho em serviço do conforto do homem aumentou substancialmente com o uso do vapor em máquinas. Entretanto, para a utilização da energia na forma térmica, foram necessários anos de desenvolvimento e aprimoramento da ciência e das máquinas com esta finalidade. Com este ciclo evolucionista foi possível o desenvolvimento e aprimoramento de engenhos mecânicos sofisticados na idade média, graças à colaboração de muitos cientistas. A história dos primeiros engenhos a vapor foi motivada para a solução do alagamento de minas Inglesas que possuíam grandes rodas d’água que puxavam grandes recipientes cheios de água, força equivalente a 500 cavalos. Denis Papin empreendeu esforços no desenvolvimento de bombas a vapor, e Thomas Severy desenvolveu a primeira máquina a vapor com eficiência em 1698.


Aperfeiçoada por Thomas Newcomen, sua máquina a vapor usava o cilindro separado da caldeira. Esse modelo de máquina operou por muitos anos ao tornar incapaz de drenar minas cada vez mais profundas. Como manda a lei do desenvolvimento, a necessidade é a mãe da invenção, James Watt (1736 - 1819), inventor da moderna máquina a vapor, que viabilizou a revolução industrial foi mundialmente reconhecido quando seu nome foi dado à unidade de potência de energia - o Watt). Sua engenhosidade alavancou significativamente a eficiência da máquina a vapor. O aprimoramento mecânico de processos de forjamento de cilindros retilíneos, a máquina de Watt com notáveis 20CV foi adotada nas minas de carvão. A conversão do movimento alternado do êmbolo linearmente da máquina em movimento ao redor de seu eixo, em movimento circular, revolucionou as máquinas a vapor que passaram a propelir navios e locomotivas, movimentar serrarias, indústrias cerâmicas pesadas, serviços de drenagem e outros. Alguns anos depois, as máquinas a vapor levam a Inglaterra ao posto de primeira nação industrial do mundo.



James Watt
James Watt, Nascido a 19 de janeiro de 1736 em Greenock – Escócia. Morreu em 25 de agosto de 1819, aos 83 anos em Heathfield - Inglaterra.

Com o início da Revolução Industrial teve início o processo de mineração de recursos energéticos, conhecida como era dos combustíveis fósseis. O carvão mineral foi o primeiro combustível fóssil utilizado em substituição à lenha na produção de vapor nas máquinas e nas indústrias. Resultante do soterramento de plantas mortas há cerca de 250 milhões de anos no fundo dos pântanos, sob condições de pressão da terra e a passagem de grandes intervalos de tempo, transformaram esse material acumulado em material homogêneo, as jazidas de carvão mineral. Até 1961, o carvão foi era o principal combustível mundial, quando foi substituído pelo petróleo.


“Coronel” Edwin Drake encontrou petróleo a uma profundidade de 21 metros em Tutsville, nos EUA em 1859, sendo a data considerada como simbólica da industrialização do petróleo. Até então, o petróleo utilizado era apenas o que aflorava naturalmente na superfície, não extraído do subsolo.




Edwin Laurentine Drake
Edwin Laurentine Drake, conhecido como “Coronel Drake”, Nascido em 29 de março de 1819 em Greenville, Nova Iorque – EUA. Morreu em 9 de novembro de 1880 aos 61 anos em Bethlehem, Pensilvânia – EUA.

O petróleo, assim como o carvão, é originado de processamento natural de restos de fauna aquática soterrada no fundo de oceanos.


A revolução automobilística deu-se com o lançamento do Ford-T pela FORD Motor company em 1908, levando ainda em 1911, o consumo de gasolina a superar o consumo do querosene. O desenvolvimento acelerado da indústria petroquímica na década de 1930 propiciou a sintetização de outros subprodutos do petróleo além da gasolina. São subprodutos do petróleo: gás liquefeito, gasolinas, naftas, óleo diesel, querosenes, óleos combustíveis, asfaltos, lubrificantes, solventes, parafinas, coque de petróleo e resíduos.


É notória a importância do petróleo e seus derivados em nossas vidas. Diversos são os exemplos, que listamos a seguir: Gás de cozinha, gasolina no tanque de nossos carros, Diesel que movimenta cargas e pessoas em caminhões, ônibus e navios; derivados da cadeia do Benzeno que movimentam a indústria petroquímica, usado notadamente na produção de outras substâncias químicas. Seus derivados mais comuns são: estireno usado para produzir polímeros e plásticos, fenol usado em resinas e adesivos (via cumeno), e cicloexano usado na manufatura de nylon. Benzeno também é usado na produção de borrachas, lubrificantes, corantes, detergentes, fármacos, explosivos, napalm e pesticidas; entre tantos outros.


Contudo, conflitos multiplicaram-se pela posse do petróleo no Oriente Médio, onde localizam-se as maiores reservas mundiais. Outrossim, danos ao meio ambiente cresceram em escala exponencial por conta da exploração desenfreada. A exploração contamina o meio ambiente intensa poluição do ar, vazamento de solventes e borras, afetando os ecossistemas e causando os maiores desastres ambientes de que se tem registro.


A substituição dessa importante fonte de energia vem sendo tratada como objeto de desejo de muitas empresas e países desde a década de 1970, na grande crise. A crise do petróleo aconteceu em cinco fases, todas depois da Segunda Guerra Mundial provocada pelo embargo dos países membros da OPEP (Organização dos Países Exportadores de Petróleo) e Golfo Pérsico de distribuição de petróleo para os Estados Unidos e países da Europa. A região petrolífera do Golfo Pérsico foi descoberta em 1908 no Irã, a partir daí, toda a região começou a ser visada estrategicamente e explorada.


Em 1960, na cidade de Bagdá, os cinco principais produtores de petróleo (Arábia Saudita, Irã, Iraque, Kuwait e Venezuela) fundaram a Organização dos Países Exportadores de Petróleo. A criação da OPEP foi uma forma A produção anual do mundo atinge cerca de 24 bilhões de barris, consome-se 23 bilhões e 1 bilhão ficam em depósitos.


As reservas existentes no mundo são calculadas em aproximadamente 1 trilhão de barris de petróleo, 67% se encontram no Oriente Médio.pelo cartel das grandes empresas petroleiras ocidentais – as chamadas "sete irmãs" (Standard Oil, Royal Dutch Shell, Mobil, Gulf, BP, Standard Oil of California, e Chevron). Os três objetivos da OPEP, definidos pela organização na conferência de Caracas em 1961, eram: aumentar a receita dos países-membros, a fim de promover o desenvolvimento; assegurar um aumento gradativo do controle sobre a produção de petróleo, ocupando o espaço das multinacionais; e unificar as políticas de produção. A OPEP aumentou os royalties pagos pelas transnacionais, alterando a base de cálculo, e as onerou com um imposto.


A crise do petróleo foi desencadeada num contexto de déficit de oferta, com o início do processo de nacionalizações e de uma série de conflitos envolvendo os produtores árabes da OPEP, como a guerra dos Seis Dias (1967), a guerra do Yom Kipur (1973), a revolução islâmica no Irã (1979) e a guerra Irã-Iraque (a partir de 1980), além de uma excessiva especulação financeira. Os preços do barril de petróleo atingiram valores altíssimos, chegando a aumentar até 400% em cinco meses (17 de outubro de 1973 – 18 de março de 1974), o que provocou prolongada recessão nos Estados Unidos e na Europa e desestabilizou a economia mundial.


Países

% Percentagem

Golfo Pérsico

21,76

Europa

14,53

Américas

18,52

Ásia

3,62

África

2,51

Outros países

39,06


Somente os membros da OPEP produzem 27,13%.


O primeiro registro do uso da eletricidade ocorreu com o telégrafo e o telefone. Em 1882, Thomas Edison construiu as primeiras usinas geradoras em corrente contínua, para provimento a sistemas de iluminação.



Thomas Alva Edison, Nascido em 11 de fevereiro de 1847 em Milan, Ohio – EUA. Morreu em 18 de outubro de 1931 aos 84 anos em West Orange, Nova Jersey – EUA.
Thomas Alva Edison, Nascido em 11 de fevereiro de 1847 em Milan, Ohio – EUA. Morreu em 18 de outubro de 1931 aos 84 anos em West Orange, Nova Jersey – EUA.

Edison é o autor da célebre frase "O génio consiste em um por cento de inspiração e noventa e nove por cento de transpiração.", ficou famoso principalmente pela invenção da lâmpada elétrica incandescente.


Mas sua vida não se resume a isso. Registrou 2 332 patentes, entre as mais importantes estão: O fonógrafo, o cinematógrafo que foi a primeira câmera cinematográfica bem-sucedida, com o equipamento para mostrar os filmes que fazia. Edison também aperfeiçoou o telefone, inventado por Antonio Meucci, em um aparelho que funcionava muito melhor. Fez o mesmo com a máquina de escrever. Trabalhou em projetos variados, como alimentos empacotados a vácuo, um aparelho de raios X e um sistema de construções mais baratas feitas de concreto. Entre as suas contribuições mais universais para o desenvolvimento tecnológico e científico encontra-se a lâmpada elétrica incandescente, o microfone de grânulos de carvão para o telefone. Edison é um dos precursores da revolução tecnológica do século XX.


Em 1886, idealizada por George Westhinghouse, realizou-se a primeira transmissão de energia elétrica em corrente alternada. Sistemas em corrente alternada polifásicos desenvolvidos por Nikola Tesla, assim como o transformador eficiente de Willian Stanley, possibilitaram a transmissão de eletricidade a distância, assim como o consumo doméstico. A versatilidade no transporte e na conversão direta, promoveram a eletricidade ao posto de principal insumo da idade contemporânea. Sua importância evidencia-se quando países industrializados duplicam seu consumo a cada década. Atualmente, a eletricidade representa aproximadamente 30% do consumo da energia primária mundial.


Nikola Tesla, nascido em Smiljan, Império Austríaco, Atual Croácia em 10 de julho de 1856. Morreu em, 7 de janeiro de 1943 em Nova Iorque – EUA.
Nikola Tesla, nascido em Smiljan, Império Austríaco, Atual Croácia em 10 de julho de 1856. Morreu em, 7 de janeiro de 1943 em Nova Iorque – EUA.

Foi um notável inventor nas áreas da engenharia mecânica e eletrotécnica. A Tesla cabe o reconhecimento de grande cientista e inventor da modernidade, um homem que "espalhou luz sobre a face da Terra". Suas maiores contribuições científicas estão na ciência do eletromagnetismo no período do final do século XIX e início do século XX.


As patentes registradas em seu nome e seu trabalho na teoria do magnetismo formam as bases dos modernos sistemas de potência elétrica em corrente alternada, incluindo os sistemas polifásicos de distribuição de energia e o motor assíncrono, com os quais colaborou como protagonista na Segunda Revolução Industrial. Depois da sua demonstração de transmissão sem fios (rádio) em 1894 e após ser o vencedor da batalha com Tomas Edison pela eletrificação em corrente alternada versus corrente contínua, tornou-se largamente respeitado como um dos maiores engenheiros eletrotécnicos que trabalhavam nos EUA.


A unidade do Sistema Internacional de Unidades (SI) que mede a densidade do fluxo magnético ou a indução eletromagnética (geralmente conhecida como campo magnético "B"), o Tesla, foi nomeada em sua honra na Conferência Geral de pesos e medidas em Paris em 1960, assim como o efeito Tesla da transmissão sem fio de energia para aparelhos eletrônicos com energia sem fio, que Tesla demonstrou numa escala menor (lâmpadas elétricas) já em 1893 e aspirava usar para a transmissão intercontinental de níveis industriais de energia no seu projeto inacabado da Wardenclyffe Tower.


Além dessas notáveis colaborações para a moderna indústria elétrica, Tesla contribuiu também para o estabelecimento da robótica, controle remoto, radar e ciência computacional, e para a expansão da balística, física nuclear, e física teórica. Em 1943 o Supremo Tribunal dos Estados Unidos acreditou-o como sendo o inventor do rádio.


No próximo capítulo veremos: Tipos de energia e Formas de aplicação.



Bibliografia:


HÉMERY, Daniel; BEBIER, Jean Claude; DELÉAGE, Jean-Paul. Uma História da Energia. Brasília: Editora Universidade de Brasília. 1993.


GUIMARÃES, Orliney Maciel; KUWABARA, Izaura Hiroko. Calorias: a energia contida nos alimentos. UFPR – Universidade Federal do Paraná, 2011. Departamento de Química. Disponível em: http://www.quimica.ufpr.br/eduquim/pdf/experimento8.pdf. Acesso em: 16 fev. 2011.


FARIAS, Leonel Marques; SELLITTO, Miguel Afonso. Uso da energia ao longo da história: evolução e perspectivas futuras. Revista Liberato, Novo Hamburgo, v. 12, n. 17, p. 01-106, jan./jun. 2011


TESSMER, Hélio. Uma síntese histórica da evolução do consumo de energia pelo homem. Novo Hamburgo, 2002. Disponível em: http://www. liberato.com.br/upload/arquivos/0131010716090416.pdf. Acesso em 16 fev. 2011.


HÉMERY, Daniel; BEBIER, Jean Claude; DELÉAGE, Jean-Paul. Uma História da Energia. Brasília: Editora Universidade de Brasília. 1993.


TERCIOTE, Ricardo. Eficiência energética de um sistema eólico isolado. UNICAMP, Campinas: 2002. Disponível em: http://www.feagri.unicamp.br/energia/agre2002/pdf/0100.pdf Acesso em: 20 fev. 2011.


DUTRA, Ricardo Marques. Viabilidade técnico-econômica da energia eólica face ao novo marco regulatório do setor elétrico brasileiro. Rio de Janeiro, 2001. Disponível em: <http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/teses_mestrado/200102_dutra_r_m_ms.pdf>. Acesso em: 20 fev. 2011.


AMARAL, Danilo. História da Mecânica - O motor a vapor. UFPB, 2010. Disponível em: http://www.demec.ufmg.br/port/d_online/diario/Ema078/historia%20do%20motor%20a%20vapor.pdf. Acesso em: 22 fev. 2011. CGEE – Centro de Gestão e Estudos Energéticos.


Website TODA MATERIA :https://www.todamateria.com.br/tipos-de-energia/. Acesso em: 01 maio. 2018.



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