Novo sistema solar híbrido para coberturas de edifícios gera eletricidade e calor

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Engenheiros da Universidade Brunel de Londres estão desenvolvendo um novo sistema solar híbrido, dirigido a coberturas de edifícios de habitação, que permite suprir simultaneamente as necessidades domésticas de calor e eletricidade. No coração da tecnologia está uma matriz de tubos de calor supercondutores que transporta água quente para o interior e evita o sobreaquecimento das células solares fotovoltaicas.

Em geral os sistemas fotovoltaicos produzem tanto mais energia quanto maior a intensidade da luz solar incidente. No entanto, quando sobre-expostos ao calor solar, os painéis fotovoltaicos tendem a aquecer excessivamente, o que degrada a sua capacidade de produzir eletricidade.
A malha de tubos supercondutores permite dissipar parte do calor, evitando que a capacidade de transformação de luz solar em energia elétrica sofra quebras significativas.
Esse calor, transferido para a água em circulação no interior da matriz de tubos é conduzido para o interior dos edifícios e libertado, nos locais e alturas certas, através do radiadores distribuídos pelos compartimentos. Quando requerido essa água é também integrada diretamente no sistema doméstico de abastecimento de água quente.
Um dos grandes inconvenientes do uso de coberturas solares tradicionais, o aquecimento excessivo da habitação devido à condução direta do calor do telhado para o interior, é também ultrapassado.

Este novo sistema é modular, tendo os painéis sido dimensionados para se encaixarem facilmente entre si, como se de peças de Lego se tratassem. Como os elementos ficam perfeitamente alinhados e sem folgas intermédias, a cobertura solar oferece maior estanquidade evitando que as zonas mais vulneráveis da estrutura de cobertura fiquem expostas às agressões climatéricas.

Os ensaios realizados pela Universidade Brunel permitiram apurar um incremento de 15% no desempenho do sistema fotovoltaico, em comparação com sistemas convencionais que não utilizam qualquer dispositivo de dissipação de calor.

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Fonte: Site Engenharia Civil

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HIDRELÉTRICA TRÊS GARGANTAS E SEUS DESAFIOS HISTÓRICOS

hjA Usina Hidrelétrica Três Gargantas, construída no grandioso rio chinês Yang-tsé, é a maior usina hidrelétrica do mundo em energia gerada. Sua construção iniciou-se no final de 1992, sendo envolta de muitas polêmicas envolvendo os potenciais danos ambientais causados pela sua construção. No entanto, a obra de Três Gargantas passou a ter como função a prevenção de enchentes, a geração de energia e facilitar o transporte fluvial, e por isso, ela desempenha um papel importante no desenvolvimento sócio-econômico da China.

Como toda grande obra, a construção de Três Gargantas teve que superar alguns desafios que já eram historicamente conhecidos pelas construções de outras hidrelétricas. Em vista da grandiosidade da obra, entretanto, algumas soluções para os problemas, que aqui serão citados, tiveram que serem reformuladas para se adequar à nova realidade da obra. A seguir, apresentamos tais desafios, como foram solucionados logo nas primeiras obras em que foram identificados e suas respectivas soluções na construção da Usina Três Gargantas.

1. Desvio do rio

Um dos grandes obstáculos da construção de uma usina é o próprio rio com suas águas caudalosas, que não permitem a simples construção das represas da mesma forma como é feito em um terreno seco. Por isso, esse é um obstáculo que historicamente vem sendo vencido.

Logo após a Primeira Guerra, os franceses decidiram suprir a necessidade de energia construindo uma usina nas rápidas águas do Rio Dorgdone. Para a construção da barragem, os engenheiros não poderiam simplesmente depositar concreto no rio, então tiveram como solução construir duas barreiras estanque antes da execução da barragem final e fazer um desvio das águas do Dorgdone. De início, os engenheiros explodiram a rocha para que em dois túneis a água do rio fosse desviada e, então, baixaram gaiolas de aço levando rochas para dentro do rio, imitando um compartimento estanque temporário e o fortaleceram com concreto. À medida que o nível da água barrada pelo compartimento estanque começava a se elevar e alcançava os túneis, ela era desviada. Para evitar que a água desviada voltasse, os engenheiros construíram um segundo compartimento estanque antes do fim do desvio formado pelos túneis. Assim, após o desvio dessa água, formava-se um local perfeitamente seco entre os dois compartimentos estanques para a construção da hidrelétrica principal. Eles construíram a Hidrelétrica de Mareges a uma altura de 30 andares acima do rio e fecharam os túneis de desvio, permitindo que a água fosse represada e pudesse ser utilizada para a geração de energia.

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Compartimentos estanques da Hidrelétrica de Mareges. Entre eles, foi construída a barragem principal enquanto a água era desviada por dois túneis instalados dentro das rochas.

Já na Usina de Três Gargantas, que tem mais de 6000 km de comprimento e, em alguns locais, tem vários quilômetros de largura, o desvio do rio se constituiu em um grande empreendimento da engenharia, pois a largura do rio, as suas águas rápidas e a sua elevada profundidade não permitiam a construção de simples compartimentos estanques parecidos com o da Usina de Mareges.

Os chineses começaram, então, a trabalhar em uma série de compartimentos estanque de pedra para bloquear parte do rio Yang-tsé enquanto deixavam um canal aberto para que o restante do rio pudesse fluir entre ele. Eles construíram as duas primeiras seções da hidrelétrica principal no leito seco do rio e depois derramam toneladas de terra dentro do canal que havia sido aberto. Em cima dessa terra outro compartimento estanque de concreto foi construído para que houvesse a construção da terceira e última parte da hidrelétrica.

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Compartimentos estanques construídos na Hidrelétrica Três Gargantas que permitiram a construção das duas primeiras partes da barragem principal. Ao lado, há o canal que permitia o fluxo da água.

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Construção da terceira parte da hidrelétrica, em que foi necessário derramar toneladas de terra dentro do canal para a construção de mais um compartimento estanque

Diferentemente do compartimento estanque da Usina de Mareges, o compartimentos da Usina de Três Gargantas eram grandes demais para serem deixados pelo caminho, pois eles represavam as águas do rio de modo a não permitir o correr das águas, que geraria a energia. Então, ao serem construídos, foram deixados espaços para explosivos que iriam fazer a quebra desses compartimentos estanques. Foram utilizadas mais de 190 toneladas de dinamites para a sua explosão, que se constituiu em um dos últimos eventos-teste da qualidade da usina.

2. Concreto

Obras de hidrelétricas são consideradas projetos que levam os matériais de construção aos seus limites. O concreto, principal material utilizado em obras desse tipo, tem suas limitações e peculiaridades que devem ser observadas e consideradas antes de se iniciar obras grandiosas. Quando quantidades realmente grandes de concreto estão sendo derramadas em um local, existe um problema que é o calor. A mistura do cimento, mais a água e o agregado, que são os três componentes do concreto, constitui-se em uma reação exotérmica de hidratação. Logo, tendo grande quantidade dessa massa, não há para onde o calor se espalhar, fazendo com que o centro da massa se expanda e gere rachaduras no concreto. Uma rachadura em uma hidrelétrica, que recebe elevada força proveniente do represamento da água, seria algo nada bom.

Como exemplo de solução para esse problema do calor no concreto, os americanos desenvolvera um inteligente método de resfriamento quando na construção da Hidrelétrica de Hoover, na década de 1930. Primeiramente, os engenheiros moldaram o concreto usado em pequenos blocos individuais e levantaram a barragem para que fosse permitida a dilatação do material sem que houvesse grandes danos. À medida o concreto resfriava, ele se encolheria, mas não rachava, deixando vãos que seriam preenchidos por cimento. Porém, esse inteligente processo não resolvia todos os problemas. Havia mais de milhões de toneladas de concreto e um estudo mostrou que levaria 125 anos para parar de encolher e resfriar, o que era tempo demais para uma obra. Então, tiveram como solução utilizar o Rio Colorado par resfriar a hidrelétrica. Para isso, embutiu-se mais de 950 km de aço dentro do concreto da Hidrelétrica Hoover por onde passava água resfriada a 4 °C (água esta resfriada em uma enorme fábrica de resfriamento de água construída no local). Esse processo encurtou o tempo de resfriamento do concreto de 125 anos para 22 meses.

Já a Hidrelétricas Três Gargantas levou a construção em concreto a um novo patamar. A hidrelétrica tem 180 m de altura e 2 km de extensão, sendo que a maior parte do concreto está em sua base. Ela usou 10 vezes mais concreto que a Hidrelétrica Hoover. Por isso, os engenheiros responsáveis tiveram que usar todos os recursos disponíveis para manter a hidrelétrica resfriada. Resfriaram os agregados, os materiais e a areia antes de coloca-los na mistura, adicionando gelo, além de um sistema de spray de névoa para bloquear a radiação solar, impedindo-a de se acumular dentro da hidrelétrica. Dessa forma, evitou-se o superaquecimento do concreto.

3. Represamento

À medida que as hidrelétricas foram ficando maiores, foram retendo cada vez mais água, o que gerava uma força extremamente destrutiva. Como exemplo dessa força, um desastroso fato ocorreu, em 1889, na cidade de Johnstwon, nos Estados Unidos, em que uma represa colapsou logo após um intenso período de chuva que provocou o transbordamento da área, matando mais de 2000 pessoas. O grande problema do transbordamento de represas é causado quando a água chega ao topo e começa a cair, enfraquecendo o solo à sua frente, ou seja, provocando uma erosão no leito do rio. Isso compromete a fundação da barragem, até que o solo se solta por completo e a hidrelétrica colide.

Para solucionar esse problema detectado em Johnstwon, os engenheiros responsáveis pela Hidrelétrica de Grand Coulee, nos EUA, em 1930, transformaram o fundo da hidrelétrica, que estava sendo construída para suprir parte da necessidade energética do país, em uma rampa de concreto. Essa rampa obriga a água a desembocar num vertedouro dentro de um vortex que dissipa sua energia. À medida que a água sai da rampa, ela perde parte do seu poder destrutivo.

Na Usina Três Gargantas havia um problema parecido, então os chineses usaram uma tecnologia similar a da Grande Coulee. Para isso foi criado um sistema com 46 comportas e calhas, que suportam a força da água quando cai a mais de 100 m de altura.  À medida que o nível da água se eleva, eles abrem as comportas para drenar a enchente do reservatório. Em cada comporta há uma calha de concreto instalada no vertedouro. No entanto, ao contrário da rampa da Grande Coulee, que fica abaixo do nível da água, a de Três Gargantas arremessa a água no ar, onde se decompõe em pequenas gotas e perdem parte da sua energia destrutiva. Dessa forma, não há perigo de se comprometer a fundação da barragem uma vez que a água não dissipa energia na base.

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Na Hidrelétrica de Três Gargantas, no final de cada comporta há uma calha que funciona como uma rampa para a água ser lançada, dissipando sua energia.

4. Frota de navios

Muitos rios utilizados para a instalação de hidrelétricas conta com um intenso fluxo de navios, principalmente de cargas. Por isso, os engenheiros têm que arranjar uma forma de reter a água e, ao mesmo tempo, manter esse fluxo. Uma das primeiras hidrelétricas a contarem com um sistema transposição de navios foi r Hidrelétrica de Kranoyarsk, no rio Yenisei, Rússia, que se estende por 1 km de extensão.

Os russos tiveram o plano de construir uma vala de aço grande o bastante para carregar um navio. Depois levam a vala e o navio até o topo da hidrelétrica, onde giram o dispositivo e o navio até o outro lado da hidrelétrica. Para mover, eles se utilizam de bombas hidráulicas. Os engenheiros usam líquido sobre pressão para levantar seus navios. Nas paredes da câmara ficam poderosas bombas que enviam fluido hidráulico sob uma imensa pressão para um conjunto de motores abaixo. Eles impulsionam enormes rodas de aço que propelem a vala ao longo de um trilho. Os motores geram tanta tração que levantam a câmara do rio para o reservatório em apenas 90 minutos.

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Vala de aço que transporta o navio na Hidrelétrica russa. Ao chegar no topo, o navio era lançado para as águas mais elevadas.

Na Hidrelétrica de Três Gargantas, os engenheiros também se depararam com o  grande problema de tráfego, pois a hidrelétrica fica no rio com maior movimento da Ásia. No rio Yang-tsé se carrega mais de 18 milhões de toneladas de frete por ano e recebe cerca de 170 navios por dia. Por isso, para resolver tal problema foi criado o projeto da maior eclusa do mundo. Os navios entram na eclusa na base da hidrelétrica. As comportas de fecham, a água entra e os navios começam a serem elevados até a próxima eclusa. É um total de cinco eclusas a serem vencidas. Esse processo demora cerca de 4 horas, um tempo aceitável para navios de carga. No entanto, para os barcos de passageiros que operam no Yang-tsé esse tempo seria inviável para suas viagens. Por isso, foi criado um segundo sistema de elevação de barcos que reduzia o tempo de 4 horas para cerca de 40 minutos. Ao contrário do sistema criado em Kranoyarsk, os navios são levados diretamente para cima, como um elevador. O sistema consiste em uma parede de concreto que se utiliza de contra-pesos. No total, 161 mil toneladas de blocos de concreto são conectadas por cabos à vala que carregará o navio e a água sobre a qual ela flutua. À medida que os contrapesos vão descendo, eles vão içando a vala para cima e levantando o navio até o topo. Esse sistema de levantamento tem 113 metros de altura e tem a capacidade de levantar embarcações de até 3 mil toneladas, fazendo dele o maior do mundo e duas vezes maior que o que existe em Kranoyarsk.

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Complexo de eclusas de Três Gargantas.

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Sistema de elevação de embarcações na Hidrelétrica de Três Gargantas que se assemelha a um sistema de elevadores.

Todos esses são desafios que foram vencidos historicamente pela engenharia civil. Hoje, com a construção da Hidrelétrica de Três Gargantas, a construção civil firmou elevados patamares de qualidade e dificuldade em suas obras, o que demonstra que grandes construções geralmente superam os próprios limites pré-estabelecidos. Já os chineses são o mais claro exemplo de análise do custo benefício, pois para eles os benefícios gerados pela Usina em muito superam seus malefícios e obstáculo de construção. Graças a eles, temos hoje uma das mais belas obras de arte da construção civil: a Usina Três Gargantas.

Adaptado do documentário “Gigantes da Engenharia – Usinas” de National Geographic Channel 

Ponte solar vai gerar quase 1 MW de energia

Começou a ser construída em Londres, no Reino Unido, a maior ponte solar do mundo. Sobre ela, a empresa japonesa Sanyo está instalando 4.400 painéis solares fotovoltaicos, criando uma usina solar capaz de gerar 1,1 MW de energia.
Os painéis estão sendo instalados na forma de um teto de 6.000 metros quadrados.

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Estados Unidos vai construir torre de 790 m para a geração de energia solar

Até 2013 deve começar a construção de uma torre solar de aproximadamente 790 m de altura, que deverá fornecer energia para cerca de 100 mil residências no Estado do Arizona a partir de 2015. O projeto é da empresa de energia renovável australiana EnviroMission, que contratou a construtora Hensel Phelps para as obras.

A torre, com custo estimado em US$ 750 milhões, será conectada a uma estufa com 4,8 km de diâmetro no máximo. A estufa servirá para esquentar o ar através da radiação solar, sendo que a temperatura naquele espaço, segundo os engenheiros, poderá chegar a até 72 °C. O ar mais quente, e portanto mais leve,  sobe para a torre, por onde propulsiona 32 turbinas durante sua passagem, gerando até 200 MW de energia. Continuar lendo