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10 Eletromagnetismo e Geração de Eletricidade A. Magnetismo B. A Geração de Eletricidade C. Transmissão de Energia Elétrica D. O Ciclo Vapor-Elétrico Padrão em uma Usina Geradora E. Cogeração F. Resumo Para que possamos utilizar a eletricidade em nossas casas e fábricas, precisamos de uma maneira de se fornecer esta energia. Não é conveniente ter baterias ou células a combustível em sua casa, e (ainda) não é economicamente viável a utilização de uma grande rede de células solares. Atualmente, é mais conveniente e menos cara a geração de energia elétrica em usinas elétricas e sua transmissão para as casas e fábricas. Porém, conforme discutimos no capítulo anterior, as coisas estão mudando rapidamente na indústria de eletricidade, como resultado da desregulamentação e do aumento da concorrência entre produtores independentes de energia e as grandes companhias de eletricidade convencionais. 1 Muitos dos produtores independentes estão se especializando na construção de geradores de pequena escala, que podem fornecer tanto eletricidade quanto aquecimento para um local ou indústria. A legislação recente sobre o uso de linhas de transmissão também tem contribuído para estas mudanças. Neste capítulo, iremos examinar a relação entre eletricidade e magnetismo e os princípios que estão por trás da geração e transmissão de energia, bem como as mudanças que estão ocorrendo na indústria de eletricidade. A. Magnetismo Ímãs Simples A primeira observação de um fenômeno magnético foi de uma determinada rocha que tinha a propriedade de atrair (e repelir) rochas similares. A rocha, um minério de ferro 1 N.T.: A desregulamentação é um exemplo pertinente aos Estados Unidos. No Brasil, o número de produtores independentes de eletricidade ainda é insignificante quando comparado à capacidade de produção das grandes companhias de eletricidade. 283
284 Energia e Meio Ambiente conhecido como magnetita, já era conhecida pelos gregos por volta de 500 a.C. Ela era capaz de atrair e agrupar pequenos pedaços de ferro ao redor das suas pontas. Um ímã age como se possuísse dois centros de força, que são chamados de pólos, denominados norte (N) e sul (S). A força entre dois ímãs varia inversamente com o quadrado da distância entre eles, e pode ser atrativa ou repulsiva, dependendo de quais pólos estão sendo aproximados. Em geral, pólos iguais se repelem e pólos opostos se atraem (Figura 10.1). No caso de forças que atuam a distância, tais como as forças magnética, elétrica e gravitacional, é conveniente nos referirmos aos seus respectivos "campos" — por exemplo, o campo gravitacional. Uma força gravitacional será exercida sobre uma massa quando esta se encontrar em um campo gravitacional. As linhas na Figura 10.1 do pólo N para o pólo S em um ímã em barra representam as "linhas de campo magnético", que são linhas imaginárias que indicam a direção para a qual um ímã irá apontar — ou a agulha de uma pequena bússola, quando colocada na vizinhança do ímã. Limalhas de ferro pulverizadas sobre uma folha de papel (que repousa sobre um ímã em barra) irão alinhar-se de acordo com as linhas vistas nesta figura. A Terra também possui seu próprio campo magnético, semelhante ao produzido por um ímã em barra 2 (veja a Figura 10.5). Uma agulha de bússola irá alinhar-se com o campo magnético da Terra, e, portanto, ajuda-nos a manter a nossa direção quando atravessamos uma floresta ou navegamos no mar. Acredita-se que os chineses, por volta de 100 a.C, usavam ímãs permanentes para navegarem. Achados arqueológicos recentes sugerem que os índios Olmec da América Central também usavam ímãs para a navegação, porém anos antes dos chineses. O Campo Magnético de uma Corrente Elétrica A medida que se estudavam a eletricidade e o magnetismo, algumas características comuns iam sendo encontradas, mas poucas conexões foram feitas entre os dois assuntos até o século XIX. As similaridades observadas entre dois corpos carregados e dois ímãs eram que (1) ambos criavam forças capazes de atuar no vácuo, (2) ambas as forças eram inversamente proporcionais ao quadrado da distância entre as duas cargas ou pólos, e (3) as forças podiam ser tanto de tração como de repulsão. Entretanto, praticamente todas as substâncias podiam ser carregadas ou eletrificadas, enquanto o magnetismo era uma propriedade do ferro e de outras poucas substâncias. A descoberta da ligação entre a eletricidade e o magnetismo deu origem ao campo do "eletromagnetismo", que tem desempenhado um papel crucial na formação tecnológica do mundo em que vivemos. FIGURA 10.1 Duas barras de ímã: pólos opostos se atraem. As curvas representam as linhas de campo magnético, que indicam a direção em que uma agulha de compasso apontará se for ali colocada. 2 N.T.: Uma das unidades de campo magnético é o "Gauss". O campo magnético da Terra é de aproximadamente 0,5 gauss. Em unidades SI, a unidade é o tesla; 1T = 10.000 gauss.
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Tabela 3.4 CONVERSÕES E EQUIVALÊN
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