Como funcionam as placas solares?

Placas solares ou painéis solares fotovoltaicos são dispositivos utilizados para converter a energia da luz do Sol em energia elétrica. 

Os painéis solares fotovoltaicos são compostos por células solares, já que captam a luz do Sol. Estas células são, por vezes, chamadas de células fotovoltaicas, ou seja, criam uma diferença de potencial elétrico por ação da luz.

As células solares contam com o efeito fotovoltaico (criação de tensão elétrica ou de uma corrente elétrica correspondente num material, após a sua exposição à luz) para absorver a energia do Sol e fazem a corrente elétrica fruir entre duas camadas com cargas opostas.

Existem dois tipos de placas solares. O primeiro utiliza a luz do Sol apenas para aquecimento, geralmente de água. Essa placa consiste em uma superfície escura, que absorve a energia do Sol e a transforma em calor. 

O outro tipo de placa solar é aquele que converte a energia do Sol diretamente em eletricidade. Ela é composta de células solares, feitas de materiais semicondutores como o silício. São as chamadas células fotovoltaicas. 

Quando as partículas da luz solar (fótons) colidem com os átomos desses materiais, provocam o deslocamento dos elétrons, gerando uma corrente elétrica, usada para carregar uma bateria. Geradores elétricos como esses são cada vez mais usados em aparelhos eletrônicos e em satélites.

Fora da atmosfera terrestre, um sistema de placas solares é capaz de absorver 14% da energia solar que incide sobre elas. Cada metro quadrado de coletor fornece 170 Watts (pouco menos que três lâmpadas comuns de 60 Watts).

Atualmente, os custos associados aos painéis solares, que são muito caros, tornam esta opção ainda pouco eficiente e rentável. O aumento do custo dos combustíveis fósseis, e a experiência adquirida na produção de células solares, que tem vindo a reduzir o custo das mesmas, indica que este tipo de energia será tendencialmente mais utilizado.

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Como economizar energia elétrica e preservar melhor os alimentos usando a geladeira?

A função de uma geladeira é manter a temperatura dos alimentos abaixo da temperatura ambiente, retirando calor deles.

Numa geladeira, o mecanismo que retira calor fica localizado no congelador. Ele retira calor do ar que está no congelador e o ar, por sua vez, retira calor dos alimentos.

Para que esse processo ocorra com eficiência, o ar precisa circular dentro da geladeira: o ar frio precisa se deslocar do congelador até os alimentos.

Como isso é possível? Simplesmente colocando o congelador na parte superior, pois o ar frio, sendo mais denso, desce e troca de lugar continuamente com o ar que se aquece em contato com os alimentos. Forma-se, assim, uma corrente de convecção. Se o congelador ficasse embaixo, o ar mais frio ficaria concentrado lá e não subiria. A troca de calor seria, então, pouco eficiente.

A fim de permitir a convecção, as prateleiras das geladeiras são feitas de grade metálica vazada e não de vidro ou outro material maciço.

Como o ar frio vem de cima para baixo, então, os alimentos mais perecíveis (prontos para o consumo) devem ficar bem pertinho do congelador. Nas prateleiras intermediárias, coloque os produtos que estão semi-prontos e na parte debaixo os alimentos crus, como as verduras e as frutas.

Não coloque toalhinhas de plástico nas prateleiras e nem excesso de produtos para não dificultar a passagem do ar.

Facilitando a corrente de convecção dentro da sua geladeira, o motor trabalhará menos e o consumo de energia elétrica será menor.

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Um saco plástico transparente com água afasta moscas?

Na verdade, um saco plástico transparente cheio de água funciona como um excelente repelente não apenas para moscas, mas contra qualquer inseto que voe. Isso acontece porque os insetos percebem o objeto como se ele fosse um espelho e mudam a trajetória de seu vôo. A refração da água amplifica cores e movimentos, que confundem os olhos das moscas, afastando-as de forma ecológica e sem recorrer a pesticidas.

Ao entrar em um lugar qualquer e topar com o saco cheio d'água, a mosca vê sua imagem refletida no líquido. Por instinto ou mesmo por susto, ela pára e sai do ambiente. 

É mais ou menos a mesma coisa que acontece quando deparamos com um espelho que reflete a luz do Sol. Se somos atingidos pelos raios solares, isso nos incomoda, e nosso impulso inicial é dar meia-volta ou desviar o caminho, até mesmo como medida de precaução. 

A comprovação científica desse antigo hábito popular surgiu quando alguns pesquisadores da USP notaram o costume de bares e restaurantes usarem o tal saco d'água para afugentar os insetos. Intrigados, eles decidiram fazer vários testes com a mosca doméstica para comprovar se havia ou não fundamento naquela prática. Não deu outra: depois de uma série de medições, os cientistas publicaram trabalhos em revistas acadêmicas especializadas validando a receita popular.

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Como a energia elétrica que utilizamos chega até nossas casas?

Poucos são os países que dispõe de condições naturais que favorecem o aproveitamento em grande escala da hidroeletricidade, porém o Brasil está entre os que mais dispõe dessas condições, junto com a China, o Canadá e os Estados Unidos.

Usina Hidrelétrica de Itaipu

O Brasil destaca-se mundialmente nessa categoria, possuindo a maior usina do mundo em capacidade de geração de eletricidade que é a Usina de Itaipu, considerada uma das Sete Maravilhas do Mundo Moderno, situada no rio Paraná, na divisa do Brasil com o Paraguai.

A Itaipu produz energia elétrica pelo aproveitamento da energia potencial gravitacional (altura de queda) da água contida em uma represa elevada. Esta energia está presente na natureza e pode ser aproveitada em desníveis acentuados ou quedas d’água. Itaipu apresenta um desnível de quase 115 metros.

Antes de se tornar energia elétrica, a energia deve ser convertida em energia cinética (movimento). O dispositivo que realiza essa transformação é a turbina. A turbina consiste basicamente em uma roda dotada de pás, que é posta em rotação ao receber a massa de água. Algumas turbinas como as de Itaipú chegam a medir 20 metros de diâmetro.

O último elemento dessa cadeia de transformações é o gerador, que converte o movimento rotatório da turbina em energia elétrica.

Com 20 unidades geradoras e 14 mil Megawatt de potência instalada, Itaipu fornece 16,4% da energia consumida no Brasil e abastece 71,3% do consumo paraguaio.

Itaipu produziu em 2010 um total de 85.970.318 Megawatts-hora (85,97 milhões de MWh), o suficiente para suprir todo o consumo do Paraná durante três anos e sete meses. Ou então, os três estados da região Sul por um ano e dois meses. O mesmo volume ainda abasteceria a demanda de Portugal por energia elétrica durante um ano e oito meses.

A energia gerada pela Itaipu e destinada ao mercado brasileiro é transmitida por Furnas Centrais Elétricas até o estado de São Paulo, de onde pode ser distribuída para as cinco regiões brasileiras, inclusive Norte e Nordeste.

A cidade de Foz do Iguaçu, sede da margem brasileira da usina, é abastecida com energia da Companhia Paranaense de Energia (Copel).

Cidade de Foz do Igauçu

A capacidade instalada (potência) da Itaipu é de 14 mil Megawatts (MW). São 20 unidades geradoras de 700 MW cada.

Das 20 unidades geradoras, dez geram em 50 Hz, que é a freqüência paraguaia, e dez em 60 Hz, freqüência utilizada no Brasil. Existe uma estação conversora, no lado brasileiro, para transformar em 60 Hz a energia gerada em 50 Hz que não é utilizada pelo Paraguai.

Para que ocorram poucas perdas na transmissão por longas distâncias, no local em que a usina produz a energia, ela é transformada, ou seja, sua tensão é modificada.

Assim, a tensão enviada da usina até os centros de consumo é muito alta. Existem linhas de transmissão de energia que operam com 80 mil, 150 mil, 250 mil e até 765 mil Volts.

Obviamente, esta tensão é extremamente perigosa: se fosse levada diretamente até nossa casa, não precisaríamos sequer tocar nos fios para levar choques mortais. A simples aproximação de um fio com tais tensões faria com que saltassem faíscas, fulminando-nos instantaneamente.

Assim, a energia, para chegar até nossa casa, passa por uma série de transformações, entrando em ação dispositivos que, justamente por sua função, são denominados transformadores.

A energia que vem de Itaipu para São Paulo percorre 900 quilômetros, com quase dez mil torres. São cinco linhas de transmissão, cortando dois dos estados mais importantes do Brasil.

Tudo começa muito longe de São Paulo: nas cinco linhas de transmissão que saem de Itaipu. A primeira parada é ali perto, na subestação de Furnas em Foz do Iguaçu.

Furnas Foz do Iguaçu

Uma subestação serve para elevar ou diminuir a eletricidade que entra nela. A de Foz do Iguaçu, por exemplo, eleva a energia que vem de Itaipu de 500 mil para 765 mil Volts. Essa elevação na tensão é necessária para que as perdas na transmissão sejam menores.

É por meio dessa substação que a energia produzida em Itaipu chega às regiões Sul, Sudeste e Centro-Oeste. É a única a transmitir energia por corrente contínua (corrente elétrica transmitida por pilhas e baterias), uma alternativa que permite a transmissão por grandes distâncias com menor perda de potência em comparação a um sistema em corrente alternada (corrente elétrica transmitida nas tomadas).

Îvaiporã

Com voltagem altíssima e menos perdas, vamos seguir viagem, atravessando o Paraná, rumo a São Paulo. As torres passam por imensos campos de soja, pelos rios barrentos, por terras públicas e particulares, até que chegam a mais uma subestação, em Ivaiporã, praticamente no centro do estado do Paraná. Nessa subestação é feita a interligação com o sistema sul, onde 15% a 20% da energia de Itaipu derivam para o sistema sul.

A energia que ruma para São Paulo segue caminho. Agora, os cabos passam pelo norte do Paraná, o terreno é irregular, com muitos pastos e mais rios. No estado de São Paulo, chega-se a subestação de Itaberá.

Itaberá

Depois segue para a grande São Paulo, em Tijuco Preto, que é a principal subestação de energia elétrica da Grande São Paulo e está localizada no distrito de Quatinga, em Mogi das Cruzes. Aqui terminam as 3 linhas de transmissão de 765 mil Volts que vem desde a Hidrelétrica de Itaipu.

A subestação de Tijuco Preto, compõe o Sistema de Transmissão Itaipu e é responsável pela transmissão de parte da energia gerada na Usina de Itaipu.

Funas Tijuco Preto

Em Tijuco Preto existem sete transformadores, para 500 mil Volts e 345 mil Volts, de forma a diversificar a sua distribuição. Sua função é interligar as regiões Sul e Sudeste do país, bem como disponibilizar energia elétrica proveniente de Itaipu aos estados de São Paulo e Rio de Janeiro, pela Linha de Transmissão Cachoeira Paulista/Tijuco Preto, em 500 mil Volts. A subestação de Tijuco Preto abriga o maior transformador monofásico do Brasil, o que mereceu destaque na edição brasileira do Guiness Book.

Ibiuna

Além de Tijuco Preto, o sistema Furnas também possui uma outra subestação em Ibiúna, com tensão de 600 mil Volts em corrente contínua, onde é reconvertida para corrente alternada.

Aquela energia que veio de Itaipu, em três linhas, agora é distribuída por um emaranhado de linhas de transmissão. Vai para outras regiões do estado de São Paulo, para o Espírito Santo e para o Rio de Janeiro. Perto do centro de consumo, a energia sofre uma transformação no sentido de baixar sua tensão para um valor menor, mais apropriado para as redes urbanas, ou seja, para ser levada para os bairros em fios colocados em postes comuns.

Normalmente, a tensão usada neste caso é da ordem de 13 mil Volts. Mas, mesmo 13 mil V é demais para se colocar numa instalação elétrica domiciliar. Portanto, temos nos postes, transformadores que fazem o "abaixamento final" da tensão de modo que ela possa ser usada de maneira mais segura nas residências. Estes transformadores fornecem tensões de 110 a 220 Volts que são levadas até os locais de consumo.

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Qual lâmpada é mais eficiente? A fluorescente ou a incandescentes?

Existem dois tipos básicos de lâmpadas: as incandescentes, que utilizam um filamento de um metal com ponto de fusão muito alto e a resistência elétrica para gerar luz e as fluorescentes, que utilizam um gás a baixa pressão, que ionizado, emite luz quando uma corrente elétrica o atravessa.

As lâmpadas que utilizamos atualmente em nossas casas, foi inventada em 1879, por Thomas Edison. O filamento utilizado era um algodão carbonizado, que era colocado no interior de uma ampola de vidro da qual havia sido retirado todo o ar, a fim de evitar a queima do filamento. Por meio de fios metálicos, o filamento era ligado a um gerador elétrico; ao ser atravessado pela corrente elétrica vinda do gerador, o filamento se aquecia, tornando-se incandescente e emitindo luz.

A lâmpada de Thomas Edison foi aperfeiçoada em 1903, quando o filamento de algodão carbonizado foi substituído por um filamento de um metal muito resistente as altas temperaturas: o tungstênio. Seu ponto de fusão é de 3400°C; contudo, o filamento atinge cerca de 2950°C em operação normal. Este fato proporciona maior rendimento em relação a outros filamentos (como o cobre ou ferro).
Ao se retirar o ar da ampola, evita-se a queima do filamento mas, por outro lado, facilita sua sublimação. Ela é retardada pela introdução no bulbo de um gás nobre, normalmente, o argônio. Fios metálicos ligam o filamento à rosca metálica e ao contato metálico, situado na base da lâmpada. O filamento é enrolado em forma de hélice a fim de concentrar o calor. Portanto, o que "gera" a luz na lâmpada é a resistência à passagem de corrente elétrica que o filamento possui.

A lâmpada fluorescente foi desenvolvida no final da década de 30 por Nikola Tesla, é constituída de um tubo de vidro, sendo sua parte interna revestida por uma substância fluorescente. O tubo contém vapor de mercúrio a baixa pressão misturado com um gás, geralmente o argônio. A lâmpada possui, ainda, dois eletrodos, feitos de finos filamentos de tungstênio.

Quando a lâmpada é ligada, os eletrodos se tornam de início incandescentes e emitem elétrons. Estes colidem com os átomos do vapor de mercúrio, provocando ionizações e recomposições, com consequência emissão de radiação ultravioleta. A substância fluorescente que reveste internamente o tubo, excitada pela radiação ultravioleta, emite luz visível.

As lâmpadas fluorescentes apresentam duração média de 3.500 horas, isto é, duram cerca de três vezes e meia mais do que uma lâmpada incandescente comum e com isso, podemos concluir que o consumo de energia elétrica é menor.

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Como aumentar a vida útil de pilhas e baterias?

Mesmo quando suas pilhas e baterias não estão em uso, elas estarão perdendo carga porque seus componentes químicos internos estão reagindo e dissipando a carga armazenada.

Sob baixa temperatura, esta reação química é reduzida pois temperaturas baixas reduzem a oxidação das mesmas. Por isso, armazenar pilhas e baterias na geladeira fazem elas durarem mais.

Mas se você pretende armazenar suas pilhas recarregáveis ou baterias sob baixa temperatura, é importante saber que:

* Você não deve colocá-las na geladeira enquanto estiverem quentes, o que acontece logo após a carga. Mesmo que externamente você não perceba, elas estarão quentes internamente. Espere até que elas cheguem à temperatura ambiente antes de colocá-las na geladeira.

* Você não deve utilizá-las imediatamente após retirá-las da geladeira, pois elas não foram feitas para serem usadas frias; deixe que cheguem a temperatura ambiente fora da geladeira por pelo menos uma hora. Recarregue as pilhas recarregáveis e baterias antes de usá-las novamente.

* Guarde-as na geladeira de modo adequado. Dentro de um saco hermético e sem ar, e longe de objetos metálicos. A bateria não deve ficar exposta a umidade. Baterias de íons de lítio oxidam menos se armazenadas com 40% de carga (a carga com que elas vêm inicialmente na caixa).

Note que o que ocorre é apenas a manutenção da carga.

No caso das pilhas de Leclanché também chamada de pilha seca ou pilha comum, que dão voltagem de 1,5 V, e são extensivamente usadas em lanternas, rádios portáteis, gravadores, brinquedos, flashes e outros, não é possível "carregar" apenas colocando-a na geladeira.

A pilha de Leclanché não pode ser recarregada pois no seu uso ocorre uma semi-reação de redução que é irreversível, com isso a pilha cessa seu funcionamento quando não há mais o dióxido de manganês para ser consumido.

Uma pilha seca volta a funcionar durante algum tempo, porque a baixa temperatura faz com que o gás amônia dentro da pilha seja removido, o que não significa que ela foi recarregada.

Também não é possível recarregar uma pilha na água quente. O que ocorre é que o aumento de temperatura irá favorecer a perda de elétrons, fazendo com que ela funcione por mais algum tempo.

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Lâmpada incandescente

Antes da invenção da lâmpada elétrica, a iluminação era uma tarefa complicada. Para iluminar bem os ambientes, eram necessárias muitas velas ou tochas. Lampiões a óleo também iluminavam o suficiente, mas soltavam um resíduo que cobria de fuligem tudo o que estava por perto.

Desde o início do século XIX, vários inventores tentaram construir fontes de luz à base de energia elétrica. Humphry Davy, em 1802, construiu a primeira fonte luminosa com um filamento de platina, utilizando-se do efeito Joule, observado quando um resistor é aquecido pela passagem de uma corrente elétrica a ponto de emitir luz visível. 

Outros vinte e um inventores construíram lâmpadas incandescentes antes de Thomas Alva Edison, que foi o primeiro a construir a primeira lâmpada incandescente comercializável em 21 de outubro de 1879.
O desafio do autodidata Edison, era encontrar um filamento que ficasse incandescente durante a passagem da corrente elétrica.

Numa época onde os inventores trabalhavam sozinhos, Edison contava com mais de 60 pesquisadores sob seu comando. Testaram de tudo, até o fio de barba dos colegas. Durante mais de um ano, ele e seus assistentes faziam e testavam filamentos de todos os materiais possíveis e imagináveis. De experiência em experiência, chegaram ao fio de algodão carbonizado.

Edison utilizou uma haste de carvão (carbono) muito fina que, aquecida acima de aproximadamente 1.173°C, passa a emitir luz, inicialmente bastante avermelhada e fraca, passando ao alaranjado e alcançando o amarelo, com uma intensidade luminosa bem maior, ao atingir sua temperatura final, próximo do ponto de fusão do carbono, que é de aproximadamente 3.527 °C.

A haste era inserida numa ampola de vidro, que isolaria mais facilmente o oxigênio, fazendo a combustão mais rápida.

A primeira lâmpada de algodão carbonizado de Edison ficou acessa por mais de 40 horas seguidas e ininterruptas.

Em dezembro de 1879, Thomas Edison realizou a primeira demonstração pública da lâmpada após a instalação de um sistema completo de energia no laboratório Menlo Park.

Inicialmente, as redes elétricas de iluminação eram limitadas e concentradas  nos centros urbanos, mas já era o bastante para fazer da eletricidade algo economicamente viável no dia-a-dia, nas comunicações e na metalurgia.

Como o filamento de carvão tinha pouca durabilidade, Edison começou a fazer experiências com ligas metálicas, pois a durabilidade das lâmpadas de carvão não passava de algumas horas de uso.

A lâmpada de filamento de bambu carbonizado foi a que teve melhor rendimento e durabilidade, sendo em seguida substituída pela de celulose, e finalmente a conhecida até hoje com filamento de tungstênio cuja temperatura de trabalho chega a 3.000°C.

Edison foi o fundador da Edison Eletric Light Company que mais tarde se transformaria na General Eletric - a grande GE.

Com a invenção da lâmpada, a luz dos lampiões a gás passou aos poucos a ser substituída por pequenas redes elétricas de iluminação, limitadas, inicialmente, aos centros urbanos. 

Com isso, inaugurou-se uma nova época: a da utilização da eletricidade como energia economicamente viável, pois antes as necessidades da luz eram restritas, embora houvesse aplicação nas comunicações e na metalurgia.

Nos tempos atuais, os filamentos das lâmpadas incandescentes são feitos de tungstênio, um metal que só se funde numa temperatura de 3.422°C. Para que o filamento não entre em combustão e não se queime, na fabricação, retira-se todo o ar atmosférico presente nas lâmpadas, sendo substituídos por nitrogênio, argônio e criptônio.

A lâmpada moderna não mudou muito desde o modelo de Edison.

As lâmpadas elétricas têm uma estrutura muito simples. Na base, existem dois contatos de metal, que são ligados a dois fios rígidos, que são conectados ao filamento de metal fino. 

O filamento fica no meio da lâmpada, protegido por uma cápsula de vidro. Os fios e o filamento estão dentro da lâmpada de vidro, que é cheia de gás inerte, como o argônio.

Quando a lâmpada é ligada a um sistema de energia, uma corrente elétrica flui de um contato para o outro, passando pelos fios e pelo filamento. A corrente elétrica em um condutor sólido é o fluxo de elétrons livres (elétrons que não estão fortemente presos a um átomo) de uma área carregada negativa para uma área carregada positivamente.

Como os elétrons movem-se rapidamente através do filamento, eles estão constantemente batendo nos átomos que compõem o filamento. A energia de cada impacto faz um átomo vibrar, ou seja, a corrente aquece o átomo. 

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