Uma abordagem sobre a energia eólica como alternativa de ensino de tópicos de física clássica

Picolo, Ana Paula; Rühler, Alexandre J.; Rampinelli, Giuliano Arns

doi:10.1590/s1806-11172014000400007

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“…Este aquecimento diferenciado de diversas regiões, especialmente da atmosfera, promove gradientes de pressões responsáveis pelo movimento de massas de ar. Além da diferença de pressão, o vento também sofre influência física das montanhas e outros possíveis obstáculos (Lu et al, 2009;Picolo et al, 2014).…”

Section: Energia Eólicaunclassified

Energia de fontes renováveis na matriz energética brasileira: uma revisão sobre o panorama atual e perspectivas futuras

Teixeira¹,

Silva²

2021

Rev. Bras. Gest. Amb. Sustent.

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As crises energética e ambiental impulsionaram a busca por fontes renováveis de energia ao redor do mundo nos últimos anos. No entanto, a matriz energética mundial permanece com alta concentração de combustíveis fósseis, que são poluentes e possui preços sujeitos a instabilidades. Sendo assim, por meio de pesquisa bibliográfica, este trabalho consiste em discutir aspectos econômicos e socioambientais sobre o panorama atual e perspectivas das fontes renováveis de energia na matriz energética brasileira. Neste artigo serão tratadas as fontes de energia: solar e eólica, que têm crescido em uma taxa acelerada mundialmente e no Brasil a situação é semelhante; a hidráulica que é muito relevante no contexto nacional, porém nem todos os países dispõem deste recurso; a biomassa, que tem como principais características o aproveitamento de subprodutos e a geração de combustíveis para veículos; e a marítima que possui um grande potencial devido ao extenso litoral nacional. As fontes de energia que terão maior crescimento de implantação a nível nacional serão a térmica que, apesar de ser não renovável, complementa a matriz energética e fornece maior garantia em momentos de pico de uso de energia, a eólica e solar por serem fontes mais limpas e possuírem bom custo-benefício. A hidráulica e biomassa terão seu crescimento menor nos próximos anos, mas já possuem alta participação na matriz energética. Já com relação à energia marítima, existem diversos projetos em estudo devido à extensa área costeira nacional que pode ser explorada. Portanto, o Brasil possui grande capacidade de geração de energia através de todas as fontes citadas e se consolidar como um dos países com matriz energética predominantemente limpa.

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Section: Energia Eólicaunclassified

Energia de fontes renováveis na matriz energética brasileira: uma revisão sobre o panorama atual e perspectivas futuras

Teixeira¹,

Silva²

2021

Rev. Bras. Gest. Amb. Sustent.

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“…O tema que envolve os conceitos de energia e suas transformaçõesé central, em muitos aspectos. Nãó e necessário nem mesmo enfatizar demasiadamente a importância que a energia possui para a vida moderna e as dificuldades envolvidas com sua produção, estocagem e distribuição em um mundo cada vez mais dependente economicamente de insumos dessa natureza [24][25][26][27]. Nãoé o caso de se pensar, evidentemente, que isso seja uma novidade: o ser humano, como todo o resto do mundo vivo, sempre foi dependente de energia para sobreviver.…”

Section: Energia E Trabalho: Conservação Transformação E Dissipaçãounclassified

Dinâmica de corpos rígidos em superfícies com atrito

Polito

Laia

2016

Rev. Bras. Ensino Fís.

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Nesse trabalho, nós apresentamos os tratamentos teórico e experimental do movimento de um disco dotado de quatro pontos de apoio sobre uma superfície horizontal com atrito. A solução matemática do problemaé obtida com o uso do formalismo lagrangiano. Diferentemente do caso de uma superfície lisa,é preciso adicionar,às equações dinâmicas, as forças generalizadas que acoplam a dinâmica de translação do centro de massa e a dinâmica de rotação em torno deste. Em virtude da complexidade das equações, soluções numéricas são requeridas. A solução numérica permite obter a trajetória do disco e observar os efeitos do acoplamento no decaimento das energias mecânicas rotacional e translacional. Para procurar reproduzir a dinâmica calculada, um aparato experimental foi idealizado e construído. Além de reproduzir qualitativamente os efeitos previstos, o aparato foi aproveitado para aplicar uma sequência didática cujo objetivoé apresentar os conceitos de energia mecânica (potencial e cinética), suas transformações e sua perda irreversível por dissipação, em um nível condizente com os de estudantes do primeiro ano do ensino médio. Palavras-chave: forças de atrito, dissipação, translação, rotação, energia mecânica.In this work, we present the theoretical and experimental treatment of the motion of a disc supported by four points lying on a horizontal surface with friction. The mathematical solution of this problem was obtained in the context of the lagrangian formalism. Unlike the case of smooth surfaces, we need add to the dynamical equations the generalized forces that couple the dynamics of translation of the center of mass and the dynamics of rotation around it. Due to the complexity of the equations, numerical solutions are required. The numerical solution allows both to obtain the trajectory of the disc and to observe the effects of the coupling in the decays of the rotational and translational mechanical energies. Seeking for reproduce the calculated dynamics an experimental device was idealized and effectively build. Beyond to reproduce qualitatively the predicted effects, the device was also utilized to implement a pedagogical sequence in order to present the concepts of mechanical energy (potential and kinetic), its transformations and its irreversible loss by dissipation, in a depth adequate for a first year high school class. Keywords: friction, dissipation, translation, rotation, mechanical energy. IntroduçãoUm dos processos mais comuns a que um corpo sólido pode ser submetidoé o de deslizamento sobre uma superfície com atrito, no qual se observa, geralmente, uma combinação dos movimentos de rotação e de translação. Essa situação geral guarda relação direta com um problema prático amplamente relacionado com vivências quotidianas, em particular, a dos estudantes do A modelagem matemática desse processo envolve a adoção de uma série de hipóteses simplificadoras, sendo o primeiro conjunto delas referenteà modelagem da própria estrutura do objeto que se move. Comoé padrão, nos textos de mecânica clássica, o modelo mais...

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Section: Introductionunclassified

“…Além disso, na maioria das vezes, as pipas podem ser transladadas e seu local de operação pode ser alterado de acordo com o regime de ventos da região. Essa flexibilidade aliada ao fato de que as pipas podem atingir maiores altitudes e extrair a energia de ventos inexplorados permite sua instalação em locais onde uma turbina eólica não seria economicamente viável [3,4].Apesar da capacidade energética dos ventos, investimentos em energia eólica só ganharam vulto com a crise do petróleo na década de 70. Países como os Estados Unidos, Alemanha, Suíça e outros criaram programas para o aperfeiçoamento de turbinas e desenvolveram algumas plantas eólicas [5].…”

unclassified

Geração de energia por pipas

Tairov

Agnoletto

2018

Rev. Bras. Ensino Fís.

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O uso de pipasé antigo na história humana, mas somente a partir da década de 80 os arranjos para geração de energia começaram a ser considerados. Neste trabalho, os princípios físicos e matemáticos de geração de energia por pipas são apresentados. Foi mostrado que a máxima potência alcançada pelo modelo teórico utiliza vento cruzado. Palavras-chave: ensino de física, energia eólica, pipa.Kites are used in the history of mankind since ancient times, but only from the 80's the arrangements for energy generation begin to be considered. In this work, the physical and mathematical principles of kite power generation are presented. It was shown that the maximum power reached by the theoretical model uses crosswind. Keywords: physics teaching, wind energy, kite. IntroduçãoA forma tradicional de geração de energia elétrica através do vento faz uso de turbinas eólicas. Apesar dos avanços em eficiência, confiabilidade e da redução de preço, sua disseminação ainda encontra dificuldades. Uma das razõeś e a alta relação peso/potência desta conversão. Quanto maior a capacidade do gerador, maiores devem ser as dimensões da torre e da hélice. Comparativamente, os ganhos adicionais de potência não cobrem os custos de produção, operação e manutenção dessas turbinas. Para agravar, suas torres não alcançam os ventos fortes e constantes das camadas mais altas da atmosfera, de onde poderiam extrair mais energia [1].Em 1980, o engenheiro Miles Loyd publicou um trabalho contendo os princípios físicos e as construções matemáticas básicas para a produção de energia elétrica através de pipas [2]. Ele demonstrou que a energia pode ser gerada a partir das forças aerodinâmicas de sustentação e arrasto atuando na pipa durante o voo. Além disso, determinou a máxima potência teórica da extração e analisou o efeito da operação das pipas em vento cruzado. Os resultados deste trabalho, ao mesmo tempo em que norteiam, despertam o interesse de muitos pesquisadores.As pipas propostas por Loyd prometem reduzir consideravelmente a relação peso/potência da energia eólica. Enquanto mais de 50% da energia de saída das turbinaś e produzida pelosúltimos 30% do comprimento de suas pás, certas configurações de geradores empregando pipas podem atuar como se fossem esta parcela mais externa, produzindo mais energia por quantidade de material [3]. De fato, as cordas das pipas substituem a presença das torres, e, em geral, a massa de uma pipa costuma ser menor do que a massa das pás de uma turbina. Um estudo realizado em AHRENS et al. [3] estima que o peso de um sistema de geração completo tendo como base as asas de um avião Airbus A380 teria em torno de 39 toneladas e forneceria 30MW de energia. Esta capacidade ultrapassa em muito os 7,5 MW de uma turbina Enercon E-126, por exemplo. Para alcançar esta capacidade, são necessárias quatro dessas turbinas, que, juntas, pesam 12400 toneladas. A redução no peso/quantidade de material se reflete em menores custos de fabricação e consequentemente da energia produzida. Além disso, na maioria das vezes, as pipas podem ser...

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Uma abordagem sobre a energia eólica como alternativa de ensino de tópicos de física clássica

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