Energia renovável - Guia rápido

Renewable energyé um termo usado para se referir a formas de energia que são obtidas naturalmente do meio ambiente e de fontes que podem ser reabastecidas naturalmente. Isso inclui energia solar, energia eólica, energia geotérmica, energia hidrelétrica e biomassa.

O termo energia renovável não deve ser confundido com energia alternativa, que descreve fontes de energia fora das formas regulares como a gasolina, que é considerada mais amiga do ambiente ou menos prejudicial.

Vantagens da energia renovável

As vantagens do uso de fontes renováveis ​​de energia são -

• Menor custo de manutenção, visto que a maioria das fontes envolve poucas ou nenhuma peça móvel, portanto, menos danos mecânicos.

• Eles são econômicos e podem cortar custos gastos com combustível fóssil.

• Eles emitem pouco ou nenhum resíduo no meio ambiente.

• As fontes de energia renováveis ​​não se esgotam. Portanto, eles têm uma melhor perspectiva de futuro.

Fontes de energia solar

Este tutorial explica cinco fontes principais de energia renovável. Cada fonte será revisada brevemente, embora uma discussão detalhada seja fornecida nos capítulos subsequentes.

• Solar energy- A energia do Sol é conhecida como energia solar. A energia solar pode ser usada como solar ativa ou solar passiva. O solar ativo é consumido diretamente em atividades como secar roupas e aquecimento do ar. A tecnologia forneceu várias maneiras de utilizar esse recurso abundante.

• Geothermal energy- Refere-se à energia térmica armazenada sob o solo por milhões de anos durante a formação da Terra. Ele utiliza um rico armazenamento de energia térmica não utilizada que existe sob a crosta terrestre.

• Hydro-power - Esta é uma importante fonte de energia renovável usada em todo o mundo hoje para produzir eletricidade.

• Wind energy - Nos tempos antigos, a energia eólica era usada para mover navios, impactando nas velas.

• Biomass energy - Na geração de energia, refere-se às usinas de resíduos que são utilizadas para gerar energia por combustão.

A energia solar é a energia obtida pela captura de calor e luz do sol. A energia do Sol é conhecida como energia solar. A tecnologia forneceu várias maneiras de utilizar esse recurso abundante. É considerada uma tecnologia verde porque não emite gases de efeito estufa. A energia solar está disponível em abundância e, desde há muito, é utilizada como eletricidade e como fonte de calor.

A tecnologia solar pode ser amplamente classificada como -

• Active Solar- As técnicas solares ativas incluem o uso de sistemas fotovoltaicos, energia solar concentrada e aquecimento solar de água para aproveitar a energia. O solar ativo é consumido diretamente em atividades como secar roupas e aquecimento do ar.

• Passive Solar - As técnicas solares passivas incluem orientar um edifício em direção ao Sol, selecionar materiais com massa térmica favorável ou propriedades de dispersão de luz e projetar espaços que circulem o ar naturalmente.

Conversão de Energia Solar

A energia solar é a energia obtida pela captura de calor e luz do sol. O método de obtenção de eletricidade da luz solar é conhecido como método fotovoltaico. Isso é conseguido usando um material semicondutor.

A outra forma de obtenção de energia solar é por meio de tecnologias térmicas, que fornecem duas formas de métodos de aproveitamento de energia.

• O primeiro é a concentração solar, que concentra a energia solar para acionar turbinas térmicas.

• O segundo método é sistemas de aquecimento e resfriamento usados ​​em aquecimento solar de água e ar condicionado, respectivamente.

O processo de conversão da energia solar em eletricidade, a fim de utilizar sua energia nas atividades do dia-a-dia, é apresentado a seguir -

• Absorção de partículas que transportam energia nos raios do Sol, chamadas fótons.

• Conversão fotovoltaica, dentro das células solares.

• Combinação de corrente de várias células. Esta etapa é necessária uma vez que uma única célula tem uma voltagem inferior a 0,5 V.

• Conversão da DC resultante em AC.

No próximo capítulo, aprenderemos o método fotovoltaico de conversão de energia solar em eletricidade.

É essencial que tenhamos alguns conhecimentos básicos sobre Junções PN antes de prosseguirmos para aprender o conceito de Efeito Fotovoltaico.

A junção PN

A junção PN foi inventada pelos laboratórios Russell of Bell nos EUA. Refere-se a uma junção entre dois semicondutores, ou seja, tipo P e tipo N. Russell descobriu que os dois semicondutores têm um comportamento interessante na junção que causa a condução em apenas uma direção.

Um semicondutor do tipo P tem buracos (ausência de elétrons) como portadores de carga majoritários. Um semicondutor Ntype tem elétrons como portadores de carga majoritária.

No diagrama dado acima, na junção -

• Cargas extras se difundem pelas junções opostas de modo que o positivo no lado p ganhe cargas negativas e as neutralize.

• Da mesma forma, os negativos no lado N ganham cargas positivas e as neutralizam.

• Isso forma uma margem (m) em cada lado onde a carga extra é esgotada para tornar esta região neutra e em um estado de equilíbrio. Esta região é conhecida comodepletion layer e nenhuma carga de qualquer lado cruza.

• A camada de depleção oferece uma barreira potencial e, portanto, requer tensão externa para superá-la. Este processo é chamadobiasing.

• Para conduzir, em forward biasing, a tensão aplicada deve bombear elétrons (negativos) da junção n em direção ao lado p da junção. O fluxo contínuo de corrente garante um movimento constante de elétrons para preencher os buracos, portanto, a condução através da camada de depleção.

• Reverter a tensão aplicada, em um processo chamado reverse biasing, faz com que buracos e elétrons se separem, aumentando a camada de depleção.

• Uma carga externa é conectada a uma célula solar com terminal positivo conectado aos wafers do lado N e o terminal negativo aos wafers do lado P. Uma diferença potencial é criada porphotovoltaic efeito.

A corrente obtida por elétrons deslocados por fótons não é suficiente para dar uma diferença de potencial significativa. A corrente é, portanto, contida para causar mais colisões e liberar mais elétrons.

Efeito Fotovoltaico

Uma célula solar utiliza o conceito de junção pn para capturar a energia solar. A figura a seguir mostra o nível de fermi de um semicondutor.

Para um semicondutor conduzir, os elétrons devem cruzar a lacuna de energia da banda de valência para a banda de condução. Esses elétrons requerem alguma energia para se desalojar e se mover através da lacuna de valência. Nas células solares, os fótons emitidos pelo Sol fornecem a energia necessária para superar a lacuna.

Um fóton incidente na superfície pode ser absorvido, refletido ou transmitido. Se for refletido ou transmitido, não ajuda a desalojar um elétron e, portanto, é desperdiçado. Portanto, um fóton deve ser absorvido para fornecer a energia necessária para desalojar e mover os elétrons através do gap de valência.

Se E _ph é a energia de um fóton e EG é a energia limite para cruzar a lacuna de energia, então os resultados possíveis, quando o fóton atinge a superfície de um semicondutor são -

• E_ph < E_G - Neste caso, o fóton não atinge o limiar e apenas passa.

• E_ph = E_G - O fóton tem o limite exato para desalojar um elétron e criar um par de elétrons oco.

• E_ph > E_G- A energia do fóton ultrapassa o limite. Isso cria um par elétron-buraco, embora seja um desperdício, uma vez que o elétron se move de volta para a lacuna de energia.

Absorção de radiação solar

Na maioria dos casos, o coeficiente de absorção do semicondutor é usado para determinar a eficiência de absorção de energia do sol. Baixo coeficiente significa má absorção. Portanto, o quão longe um fóton vai é um fator tanto do coeficiente de absorção ( α ) quanto do comprimento de onda da radiação ( λ ).

$$\alpha\:=\:\frac{4\pi k}{\lambda}$$

Onde, k é o coeficiente de extinção.

Para construir um painel solar, são necessárias várias células solares feitas de silício dopado, como foi discutido antes. Essas células são conectadas em série para somar a corrente resultante. Isso fornece faixas de células agrupadas chamadas de módulo. Um único módulo pode ser construído em um painel solar ou combinado com outros nos casos em que um painel grande é necessário.

Um painel solar consiste em várias camadas que formam um sanduíche com as células fotovoltaicas. Essas camadas são usadas para proteger as células frágeis.

Uma ilustração das camadas é fornecida abaixo -

As camadas consistem nas seguintes partes -

• Cover Glass- Esta é a tampa superior e é transparente para permitir a entrada de luz. Ele evita que as células sofram danos mecânicos. É feito de vidro duro para evitar riscos.

• Non-reflective layer- O silício pode refletir a maior parte da luz solar. Portanto, esta camada é usada para combater isso e garantir a máxima absorção de fótons. Em outras palavras, ajuda a maximizar a absorção.

• Contact grid- Nesta camada, todos os contatos que unem de cima para baixo das células são conectados entre si. O contato se estende às partes externas do painel, como controlador de carga, caixa combinadora e armazenamento de bateria ou sistema de grade.

• P and N Silicon plates- Esta camada é na verdade uma combinação de duas camadas - a camada de silício dopada com N e a camada de silício dopada com P. Essa camada dá ao painel solar sua cor.

• Back plate- Esta é uma camada dura para suportar os painéis fotovoltaicos cristalinos. Às vezes, fibras sintéticas flexíveis podem ser usadas para painéis do tipo de filme fino.

A moldura de alumínio é usada para emoldurar o painel e torná-lo à prova d'água. Os benefícios são -

• A estrutura fornece um meio de montagem do painel em superfícies como telhados.

• A estrutura é suficientemente justa para proteger o painel contra condições climáticas extremas, como tempestades.

O painel solar também deve estar sob constante cuidado para evitar que partículas de poeira repousem sobre ele. Durante o processo de instalação, os painéis devem ser fixados em um ângulo para receber o máximo de luz. Uma bateria proporcional deve ser instalada em casos de não uso direto, para evitar desperdício.

A eficiência se refere à relação entre a entrada de energia e a saída de energia. No caso de uma fotovoltaica, a eficiência é a relação entre a produção de energia em termos de eletricidade e a energia solar incidente na célula.

Agora, Potência de saída, p _m = Tensão (v) * corrente (I) no circuito (valor máximo).

E, Potência de entrada P _i = Energia incidente G (Wm ^-2 ) * Área de superfície da célula, A (m ² ).

Assim, a eficiência é calculada como -

$$\eta\:=\:\frac{P_{m}}{G\: \times\:A_{c}}$$

Onde, P _m deve ser a potência máxima do circuito. É obtido usando a tensão no circuito aberto (V _oc ) e a corrente no curto-circuito (I _sc ) e o fator de preenchimento (FF).

$$P_{max}\:=\:V_{OC}I_{SC}FF$$

Essas medições devem ser medidas em condições padrão, ou seja, 25 ° C, massa de ar de 1,5gm ^-3 e energia incidente, G de 1000Wm ^-2 .

Os fatores que afetam a produção de uma célula fotovoltaica incluem -

• O comprimento de onda da luz incidente
• Recombinação de elétrons e lacunas
• Resistência elétrica
• Temperature
• Fator de preenchimento
• Fator de reflexão do material

Portanto, para maximizar a potência, a célula deve ser construída para ter um preenchimento maior, ou seja, a área de superfície utilizada. O posicionamento de uma célula solar também determina sua produção por dois motivos. Primeiro, o ângulo determina o nível de reflexão na célula e, em segundo lugar, o posicionamento determina a quantidade de luz solar capturada das 9h às 15h. Para obter a máxima eficiência, é importante evitar qualquer sombra nas células.

A tecnologia fotovoltaica utiliza duas tecnologias; forma cristalina e o silício amorfo. O amorfo ainda é uma nova exploração e pode demorar mais para atingir o desempenho ideal.

Células cristalinas

A tecnologia de silício cristalino oferece dois tipos de células fotovoltaicas -

• Mono-crystalline cells- A célula solar monocristalina é construída a partir de um único cilindro de cristal cortado para produzir todos os wafers do conjunto. As bolachas são de forma circular, embora às vezes possam ser cortadas em outras variações de forma para fins de utilidade do cristal. É caracterizado por uma cor azul uniforme. Outros recursos incluem -

  • Eficiência relativamente alta, entre todas as tecnologias FV disponíveis hoje.

  • Células mais caras porque são desenvolvidas puramente do mesmo cristal.

  • As células são rígidas e devem ser bem posicionadas e montadas em um suporte rígido.

• Poly-crystalline cells- Também conhecidas como células cristalinas de malte, são feitas fundindo o silício em um molde quadrado. O molde resultante é então cortado em uma série de wafers quadrados. O bloco quadrado é formado por vários cristais compostos por matrizes de variações de azul. Esta é a tecnologia por trás da superfície brilhante e parecida com uma pedra preciosa de alguns painéis solares no mercado hoje. As células policristalinas têm características distintas, incluindo -

  • Um pouco menos eficiente em comparação com células monocristalinas.

  • Mais barato do que monocristalino.

  • Menor desperdício de material (silício purificado).

  • Dados os painéis solares de mesma especificação, o painel policristalino é ligeiramente mais largo do que a contraparte monocristalina.

Células Amorfas

Thin-Film PVs- O uso da forma amorfa do silício para fazer células fotovoltaicas é uma nova técnica que os especialistas ainda estão pesquisando para conter os desafios das formas cristalinas. As características desta tecnologia incluem -

• Eles são muito mais baratos do que ambas as formas cristalinas.

• Eles são flexíveis. Portanto, eles devem ter uma montagem móvel para melhor utilizar esse recurso. No entanto, o formato da superfície deve acomodar o painel para fins de segurança.

• Menos suscetível a perda de energia devido ao derramamento de células. Além disso, eles são mais poderosos em um ambiente mal iluminado.

• Menos durável. Eles degeneram gradualmente em termos de produção de energia, especialmente no primeiro mês antes de ganhar estabilidade.

• Menos eficiente na produção de energia e, portanto, cobre um espaço maior

• A nova tecnologia permite que o painel seja montado em vidraças e superfícies curvas.

Propriedades do circuito fotovoltaico

Um circuito equivalente de uma célula fotovoltaica é dado abaixo -

Corrente obtida, I _ph = Área da célula * Intensidade da luz, H * fator de resposta, ξ.

Dado, Perda devido à resistência pelo condutor = R _p

Perda devido a condutores não ideais = R _s

Se a célula produz corrente I em uma voltagem V, então, a relação entre I e U de uma única célula é expressa como -

Atual, $I\:=\:I_{ph}-I_{o}[\exp\lgroup\frac{\lgroup U_{cell}+I_{cell}R_{s}\rgroup}{U_{t}}-1\rgroup]-\frac{\lgroup U_{cell}+I_{cell}R_{s} \rgroup}{R_{p}}$

Onde a tensão térmica é dada por $U_{t}\:=\:\frac{qkT}{e}$

A temperatura está em Kelvin e K = 1,38 ^-23 (const de Bowman), e = 1,602e ^-19 .

Obtendo o máximo de I e U, podemos obter a potência máxima.

I _max é obtido quando V = 0, ou seja, curto-circuito, enquanto V _max é obtido quando I = 0, ou seja, circuito aberto.

Note - As células em paralelo adicionam corrente enquanto as células em série adicionam voltagem.

A energia geotérmica se refere à energia térmica armazenada sob o solo por milhões de anos durante a formação da Terra. Ele utiliza um rico armazenamento de energia térmica não utilizada que existe sob a crosta terrestre.

Geothermal energyé específico do local, mas pode ser muito barato, especialmente quando usado para aquecimento direto. É um desafio estimar a potência desta fonte, pois ela ocorre no subsolo em temperaturas extremamente altas.

A crosta terrestre tem imensa energia térmica (térmica) armazenada ao longo de milhões de anos. Existe uma enorme diferença de temperatura entre a crosta terrestre e a superfície. A diferença de temperatura é conhecida comogeothermal gradient. Essa energia é suficiente para derreter a rocha. A rocha derretida, chamada magma, às vezes irrompe através de rachaduras na superfície da terra como vulcões. A energia geotérmica é convertida para produzir eletricidade.

A presença de depósitos geotérmicos na forma de fluido geotérmico quente é um sinal de um bom local. O local deve ter um aqüífero raso para permitir a injeção de água. O produto geotérmico inerente deve ser cerca de 300o F.

Vantagens da energia geotérmica

As principais vantagens incluem -

• Nenhum combustível é queimado, pois o calor é derivado de um abundante reservatório subterrâneo. A fonte de energia renovável pode resolver o risco de ficar sem combustíveis fósseis.

• Não emite emissões e produz 10% de dióxido de carbono, o que é muito pouco em relação à quantidade consumida pelas plantas.

• Ao contrário de outras fontes de energia renováveis ​​(solar, eólica e hídrica), não é afetada pela disponibilidade e estará sempre disponível durante todo o ano.

• A energia geotérmica é relativamente mais barata, especialmente quando usada diretamente, por exemplo, como fonte de calor em estufas.

A única desvantagem da energia geotérmica é a liberação de sulfeto de hidrogênio identificado pelo cheiro característico de ovo podre.

Fontes geotérmicas aprimoradas (EGS)

Em algumas fontes geotérmicas, a água é injetada em poços contendo depósitos geotérmicos. Dentro desses depósitos, a água fica superaquecida e, portanto, se transforma em vapor. A água é bombeada sob pressão muito alta para expandir as fissuras da rocha.

Alguma energia geotérmica de baixa temperatura é utilizada diretamente como calor. As estufas podem ser abastecidas com essa energia como regulador de temperatura. Esta técnica também é usada na pesca e recuperação de minerais.

O princípio é usar energia térmica por meio do aquecimento de água a vapor. A energia geotérmica utiliza altas temperaturas abaixo da crosta terrestre. O vapor quente ou água aquece um fluido que por sua vez se expande para girar turbinas que geram eletricidade.

Existem três formulários que são utilizados. Eles são os seguintes -

Estações de vapor seco

Basicamente, as estações de vapor seco utilizam o vapor que flui dos geo-depósitos para aquecer um fluido secundário que gira as turbinas para gerar eletricidade. O vapor emerge a uma temperatura de até 150 graus, quente o suficiente para expandir o fluido na usina geotérmica. Esta é uma das técnicas mais antigas de eletricidade geotérmica. A expansão do fluido secundário produz energia mecânica necessária para girar as turbinas para gerar eletricidade.

Estações de vapor flash

A água em poços sob alta pressão é direcionada para uma região de menor pressão. Essa mudança de pressão vaporiza a água, emitindo vapor em alta temperatura. Esse vapor é separado da água e usado para aquecer o fluido que gira as turbinas do gerador. Nessa pressão, o gás está em uma temperatura muito alta.

Centrais elétricas de ciclo binário

Explorar a diferença nos pontos de ebulição, conforme determinado pela densidade, é o método mais recente usado. Um fluido com um ponto de ebulição muito mais baixo do que a água é usado no sistema. Este método usa água a temperaturas de 58 graus para aquecer um fluido secundário de um ponto de ebulição inferior. A água aquece o fluido e faz com que ele vaporize, devido ao ponto de ebulição mais baixo, e gira as turbinas para gerar eletricidade.

Geofísica é um campo da ciência que lida com as propriedades da terra e seus ambientes. É o estudo dos campos magnéticos e gravitacionais, propriedades internas da terra, ciclos da água, formação de depósitos minerais e as relações terrestres solares.

A geofísica é especializada em encontrar recursos sob a crosta terrestre e determinar as ameaças potenciais, como terremotos. Também envolve uma análise qualitativa para identificar os melhores locais para mineração, perfuração de petróleo e depósitos geotérmicos.

Ramos da Geofísica

Vários ramos da Geofísica são -

• Study of solid earth- As propriedades da terra sólida variam de estudos tectônicos a análises sísmicas para terremotos. Este ramo estuda os depósitos de petróleo e minerais. As amostras de solo são analisadas quanto a quaisquer depósitos ou texturas incomuns.

• Study of water- Este é o estudo da água doce e também da água sob a superfície da terra. O estudo da água é feito por hidrólogos que analisam os ciclos da água e os lençóis freáticos. Oceanografia, o estudo dos oceanos e do solo abaixo, também se enquadra nesta categoria.

• Study of air- O ar é o principal componente da Terra. O estudo do ar auxilia na previsão das condições climáticas e na proteção contra condições extremas, como furacões.

• Life and geophysics- A interação dos organismos e da terra é um fator importante. É importante notar que os depósitos de petróleo resultam principalmente de matéria em decomposição. As condições abaixo do solo são estudadas para avaliar seu efeito sobre a existência de organismos.

Aquíferos

Algumas rochas, chamadas de aquíferos, fornecem um bom ambiente para a água fluir naturalmente. Essas rochas são porosas e filtram a água que passa. Os aquíferos são os melhores locais onde os poços são perfurados para fornecer um fluxo constante de água. As rochas que formam bons aqüíferos são areia, granito, conglomerado, arenito e cal fraturada.

Os aquíferos ficam abaixo do lençol freático, de forma que a precipitação reabastece imediatamente a água bombeada dos poços. Os aquíferos são muito importantes para sustentar o ciclo da água na Terra. Os poços são perfurados em aquíferos rodeados por rochas não porosas. Essas rochas geram pressão que ajuda no bombeamento da água. Esses tipos de poços são conhecidos como poços artesianos.

Testes de hidrogeologia

A hidrogeologia utiliza vários testes em aquíferos para capturar suas características. Esses testes são conduzidos em ambientes controlados chamados de poços de controle.

Os três principais testes são -

• Pumping test- A água é extraída e bombeada de volta para o poço em intervalos constantes. O comportamento dos poços vizinhos é registrado como resultado das mudanças. Este teste ajuda a determinar a permeabilidade dos aquíferos ao redor do poço.

• Slug test- Lesma significa uma mudança rápida no nível da água. Neste teste, o efeito sobre os poços vizinhos e o tempo que leva para recuperar seu nível original são medidos. Isso poderia ser conseguido retirando-se do lago ou a água poderia ser bombeada para o poço para alterar drasticamente o nível.

• Constant-head test- Isso é feito usando um poço experimental chamado poço de controle. Em um poço de controle, a redução térmica pode ser mantida em um nível. O efeito é registrado para os poços vizinhos. Tirar o poço regularmente pode prejudicar o lençol freático. Isso pode causar depressão e causar fluxo anormal.

A energia hidroelétrica (HEP) é uma importante fonte de energia renovável usada em todo o mundo hoje para produzir eletricidade. Ele utiliza as leis básicas da Física. A queda de água sob alta pressão possui alta energia cinética. Em uma estação HEP, a queda d'água gira as turbinas. Por indução magnética, o gerador converte a energia mecânica das turbinas em eletricidade.

Usina Hidrelétrica

É a técnica de usar a água da barragem que cai de uma altura para girar as turbinas de um gerador. A energia mecânica é convertida em forma elétrica e alimentada no sistema de rede nacional. O diagrama a seguir mostra o esboço de uma usina hidrelétrica.

A localização de uma usina hidrelétrica deve ser analisada por um especialista para determinar a queda efetiva para máxima eficiência. Os sistemas hidráulicos também são usados ​​para utilizar o conceito em fluxos de água de movimento lento e lento.

Uma vantagem da energia hidrelétrica é que a água está disponível para outro uso após a geração. Um rio com grande vazão e nascente é a melhor fonte de energia hidrelétrica.

Taxa de fluxo significa a velocidade com que a água passa por um determinado ponto do rio por segundo. A cabeça se refere à distância vertical do topo da encosta até a estação de energia.

Uma barragem com uma grande queda é construída para aumentar a energia potencial da água. A entrada é colocada na parte inferior, onde a pressão é mais alta. A água então flui por gravidade através da comporta. Nesse nível, a energia cinética é suficiente para girar as turbinas.

Estimativa de potência

A energia em uma barragem pode ser estimada por dois fatores - fluxo de água e cabeceira.

• Flowsignifica o volume que passa por uma determinada seção de um rio em um determinado momento. O fluxo é dado por m ³ / s.

• Head é a distância vertical pela qual a água cai.

Teoricamente, o poder é diretamente proporcional aos fatores acima mencionados, ou seja,

P = Q*H*c

Onde,

• P - potência esperada

• Q- o fluxo em m ³ / s

• H - Cabeça em m

• c - constante (densidade * gravidade)

Portanto, tomando a densidade da água como 1000gm ^-3 e a gravidade 1,9 -

P = 1000*1.9*Q*H

A energia é necessária para girar as turbinas de um gerador para causar uma indução eletromagnética.

O armazenamento bombeado é uma técnica usada para reciclar a água depois que ela passou pelas turbinas. Em particular, o armazenamento bombeado melhora a eficiência geral da barragem.

Uma usina hidrelétrica tem três componentes principais. Eles são -

• O primeiro é a barragem que cria a nascente de água. A água cai da base da barragem em alta velocidade e fornece energia cinética para girar as turbinas.

• O segundo componente é o reservatório. O reservatório de água é o local atrás da barragem onde a água é armazenada. A água no reservatório está localizada mais alta do que o resto da estrutura da barragem. A altura da água no reservatório decide quanta energia potencial a água possui. Quanto maior a altura da água, maior será sua energia potencial.

• O terceiro componente é a planta elétrica onde a eletricidade é produzida e conectada à rede.

Avaliação de recursos para pequenas instalações

Antes de instalar uma mini-usina hidrelétrica, é importante identificar os recursos próximos que podem ser aproveitados. Um bom riacho com fluxo razoavelmente constante (m ³ / s) é um recurso que vale a pena explorar.

Um rio com bom fluxo pode utilizar a velocidade da água para girar a roda d'água. Encostas de montanhas ou colinas são mais adequadas para a geração hidrelétrica. Como mencionado antes, é necessário considerar a cabeceira e a vazão do rio para determinar a produção de energia aproximada.

Conhecendo os parâmetros, a potência aproximada é determinada da seguinte forma -

Head in feet * flow in gallons per meter / 10 = power in Watts

A cabeça também pode ter as unidades de pressão para um rio uniforme.

Método de tubo de mangueira

Esta técnica é usada para determinar a carga em um fluxo baixo para uma turbina submersa.

Os requisitos para um método de tubo de mangueira incluem uma tubulação flexível (cavalo de jardim preferido), um funil e um material de medição. O riacho deve ser raso o suficiente para que alguém possa vaguear (verifique a profundidade do rio antes de começar). O procedimento para instalação de um método de tubo flexível é descrito abaixo.

Primeiro, estique a mangueira do ponto onde o riacho começa a se inclinar. Em segundo lugar, levante a extremidade da mangueira até que a água pare de fluir. Pegue a distância vertical e repita o mesmo para as outras seções até que o local preferido seja alcançado. A figura abaixo ilustra as várias cabeças em cada seção.

Determining head

Determinando o Fluxo

O fluxo de um fluxo normal para uma energia hidrelétrica doméstica pode ser determinado pelos dois métodos a seguir -

• Float method- nesta técnica, um flutuador de peso medido é liberado em uma parte par do riacho e o tempo gasto para cobrir a distância medida é registrado. A distância em metros é dividida pelo tempo gasto em segundos para obter a velocidade. Vale ressaltar que o flutuador não deve tocar o solo. Caso seja muito pesado a ponto de tocar o leito do riacho, pode-se escolher uma boia menor.

• Bucket method- Isso é feito represando o riacho e desviando-o para um balde. A taxa necessária para o preenchimento é então registrada. Isso é feito em galões por segundo. Use um balde com uma medida padrão para ser mais preciso.

Existem duas classificações gerais de turbinas: turbinas de impulso e turbinas de reação. A escolha das turbinas depende da cabeça e do fluxo. Outros fatores a serem considerados são profundidade, custo e a eficiência necessária.

Turbinas de Impulso

Em turbinas de impulso, a velocidade da água atinge os baldes da roda da turbina para criar energia mecânica. A água escorre da parte inferior da turbina após girar a roda.

Em turbinas de impulso, a velocidade da água atinge os baldes na roda da turbina para criar energia mecânica. A água escorre da parte inferior da turbina após girar a roda.

Tipos de turbinas de impulso

As turbinas de impulso são de dois tipos -

• Pelton wheel- Este tipo de roda possui jatos que direcionam a água para um espaço aerado. A água cai nos baldes do corredor e provoca um momento de viragem. Esta roda não requer tubos de aspiração. Foi desenvolvida uma variação chamada roda-turgo que se parece com pás de ventilador fechadas nas bordas. A água simplesmente corre pelos ventiladores e causa rotação. Ele é projetado para alta pressão e baixo fluxo.

• Cross-flow- a roda tem seção em forma de tambor com bico alongado e de formato retangular. As aletas-guia de abertura direcionam a água para o corredor. A água flui pelas lâminas duas vezes à medida que entra e sai.

Turbinas de reação

Nas turbinas de reação, a energia é desenvolvida tanto a partir da pressão quanto do impacto da água em movimento, porque o canal está localizado no centro do fluxo. Estes são principalmente adequados para maior fluxo e menor pressão. A água atinge todas as lâminas em vez de uma lâmina individual de cada vez.

As turbinas de reação são de três tipos -

• Propeller turbinestem um corredor com três a seis lâminas. A água atinge todas as lâminas constantemente com pressão constante para equilibrar o corredor. Existem variações de turbina hélice, ou seja, bulbo, Kaplan, tubo e straflo.

• Francis turbineusa um corredor com nove ou mais baldes fixos. A água pode fluir logo acima da turbina para criar um movimento giratório constante.

• Free-fallas turbinas utilizam a energia cinética da água e não a energia potencial usada pela maioria das turbinas. É por isso que são comumente conhecidos comokineticturbinas. Eles operam sob a configuração natural de riachos e rios. Eles também podem operar com marés oceânicas.

A energia hidrelétrica pode ser utilizada para consumo doméstico quando o fluxo de água é constante. Na maioria dos casos, o fluxo e a queda não fornecem energia suficiente para girar as turbinas convencionais. Para resolver esse problema, pequenos sistemas chamados de sistemas micro-hídricos estão disponíveis no mercado hoje. Os sistemas são constituídos por pequenos geradores instalados nos rios ou riachos e funcionam com turbinas de impulso. Na verdade, a maioria usa a roda Pelton.

Componentes de uma usina hidrelétrica

A seguir estão os principais componentes de uma micro usina hidrelétrica -

• Intake- A posição do gerador deve ser próxima a uma entrada. Isso pode ser conseguido represando a água para estabelecer a queda necessária e aumentar a pressão.

• Penstock- É uma região de queda gravitacional da captação. Para projetos de micro-hidrelétricas, os tubos são usados ​​desde a admissão até o canal da turbina.

• Turbines- O tipo de turbina a ser usado depende do tamanho do fluxo e da saída desejada. Para a maioria das pequenas hidrelétricas, uma roda Pelton é eficiente. Em casos de queda livre, turbinas de reação submersíveis podem ser usadas, caso em que a pressão da água gira as lâminas.

• Controls- Os controles evitam a sobrecarga da bateria. Eles regulam isso divergindo o excesso de energia para a carga de despejo.

• Dump load- Este é simplesmente um destino alternativo de alta resistência usado quando a bateria está totalmente recarregada. Eles podem incluir aquecedores de água ou até mesmo sistema de ar condicionado.

• Battery- Os sistemas micro-hidro não produzem grande energia como os sistemas AC convencionais. Para utilizá-lo em uma série de necessidades de energia, é necessário o acúmulo de energia. As baterias fornecem um meio de armazenar a energia na quantidade desejada. Eles também fornecem energia durante interrupções no fornecimento do sistema.

• Metering- Isso é importante para monitorar o uso de energia em relação à fonte de alimentação. Isso pode ajudar na compreensão de características importantes do sistema, bem como na identificação de falhas.

• Disconnect- Em qualquer sistema de fiação elétrica, deve haver uma proteção contra excesso de fornecimento de energia. Um dispositivo de disjuntor deve ser instalado na rede elétrica para proteger contra danos em qualquer dispositivo conectado à fonte de água.

Uma bomba hidráulica de aríete funciona segundo as leis básicas da física para elevar a água contra a atração gravitacional a uma altura maior do que a da fonte. Esta bomba funciona sem qualquer fonte de energia externa, como queima de combustível. A única energia é a energia cinética da água que está sendo bombeada. Quanto maior for a altura manométrica, maior será a distância bombeada.

Como funciona?

Para entender como a bomba de aríete funciona, é importante ter conhecimento do princípio do martelo de água.

Fluid hammer- O efeito do martelo hidráulico ocorre quando um fluido (neste caso, água) é interrompido com força ou sua direção muda repentinamente. Um choque de pressão é experimentado e a onda é conduzida de volta à fonte do fluido. Isso pode ser um fenômeno perigoso, fazendo com que pneus e tubos rompam ou desmoronem.

• A água flui para a bomba através da entrada (5) com alguma energia cinética da cabeça e fecha a válvula (6).

• Com o 6 fechado e o 3 inicialmente fechado, a água desenvolve um hummer de água que faz pressão na tubulação e abre a válvula (3) enviando um pouco de água pela saída (1).

• Uma vez que o fluxo é para cima, a água flui lentamente e logo cai de volta fechando 3.

• O golpe de aríete se acumula e se replica de volta através do tubo, produzindo uma força de sucção que abre a válvula de desperdício 6.

O processo é repetido com aumento de pressão a cada vez.

O rótulo 2 é um controlador de pressão contendo ar. Amortece o choque sempre que 6 mais perto e a água é empurrada através de 3. Ajuda a proteger a tubagem de impactos que podem causar rebentamento, bem como ajuda no efeito de bombagem. O aríete é 60 a 80 por cento eficiente. Isso não reflete diretamente a proporção da água bombeada, pois depende da altura vertical da água bombeada. Em outras palavras, essa é a eficiência do efeito de bombeamento para energia do efeito hummer de água.

Exemplo Resolvido 1

Calcule a potência estimada para uma turbina classificada com 85 por cento de eficiência. A vazão do rio é de 80 metros cúbicos por segundo e a captação dos riachos está situada a 147 metros do local das turbinas geradoras.

Solution -

A potência é dada por W = Eficiência * cabeça * fluxo * densidade * gravidade

Convertendo a densidade específica da água em unidades SI, obtemos 1000kgm ^-3

Substituindo os valores na fórmula -

P = 0,85 * 1000 * 80 * 9,81 * 147

P = 97 Mega Watts

Exemplo Resolvido 2

Dada a potência real recebida em um determinado dia, foi de 1.440.000 kWh; calcular a eficiência do gerador. Suponha que a gravidade seja 9,81 ms ^-2 . Densidade específica da água 1 gcm ^-3 .

Solution -

Dado: fornecimento de 1 dia = 288000 kWh

Potência = 1440000/24

= 60 mW

Eficiência = fonte de alimentação / potência esperada * 100

= 60/97 * 100

O sistema é 66,67% eficiente.

Nos tempos antigos, o vento era usado para mover as velas dos navios. Neste capítulo, veremos como a energia eólica é usada para gerar eletricidade.

UMA turbineconverte a energia cinética do vento em energia mecânica útil. Essa energia poderia ser usada de forma mecânica ou girar turbinas de geradores e fornecer eletricidade. Assim como nos sistemas hidrelétricos, a energia eólica é aproveitada por meio da conversão da energia cinética do vento em energia mecânica.

As turbinas eólicas são amplamente classificadas em dois tipos - turbinas eólicas de eixo horizontal e turbinas eólicas de eixo vertical. Grandes áreas instaladas com turbinas eólicas, ou seja, parques eólicos estão surgindo cada vez mais hoje.

Características do Vento

Existem características gerais do vento, enquanto outras são mais específicas do local. Algumas das características específicas do site incluem -

• Mean wind speed - Estima o rendimento do vento anual, embora não forneça as distribuições.

• Wind speed distribution- Existem três aspectos: características anuais, diurnas e sazonais. Compreender as variações da velocidade do vento e a propagação é necessário ao escolher um local.

• Turbulance- Este é o movimento caótico do vento em padrões imprevisíveis. A turbulência resulta da alteração contínua das propriedades do movimento do vento que afetam a produção de energia e a fadiga das pás.

• Long term fluctuation- O vento irregular causa um fornecimento de energia imprevisível. Antes de uma turbina eólica ser instalada, a área deve ser estudada para um fluxo de vento constante.

• Distribution of wind direction - Isso é mais significativo no posicionamento das lâminas, especialmente para tipos de eixo horizontal.

• Wind shear - O cisalhamento é a mudança na direção do vento, velocidade ou a altura em que ocorre a velocidade máxima.

Padrões de velocidade do vento

Os padrões de vento são importantes e muitas vezes são analisados ​​usando um wind spectrum. Um valor alto do espectro do vento representa uma grande mudança na velocidade do vento em um determinado intervalo de tempo. Se representados em um gráfico, os picos representam turbulências que ocorrem com o tempo.

Distribuição da velocidade do vento

Existem três distribuições -

• Diurnal - Provocado pela diferença de temperaturas durante o dia e à noite.

• Depressions - Ocorre com intervalos de quatro dias ao longo da região litorânea.

• Annual - A distribuição depende da latitude.

Para compreender a energia eólica, subscrevemos a teoria da conservação da massa e conservação da energia. Presume-se que um duto mostrado abaixo representa o vento fluindo para dentro e para fora das pás da turbina.

A velocidade V _a é considerada a média de V ₁ e V ₂ . A energia cinética na boca do tubo é fornecida por -

KE = 1/2 mV ²

KE de energia alterada = 1/2 mV ₁ ² - 1/2 mV ₂ ²

1/2 m (V ₁ ² - V ₂ ² )

Uma vez que m = pAV _a então mudança de KE, Pk = 1/2 pAV _a (V ₁ ² - V ₂ ² )

Para simplificar ainda mais, a estimativa de energia eólica é dada como -

KE, pk = 0,5925 * 1 / 2pAV ₁ ³

Teoria do elemento de lâmina

A teoria do elemento de pá assume que o fluxo em uma determinada parte da pá de uma turbina eólica não afeta as partes adjacentes. Essa subdivisão na lâmina é chamada de anel. O momento é calculado para cadaannulus. Todos os valores resultantes são somados para representar a pá e, portanto, toda a hélice.

Em cada anel, uma velocidade igualmente distribuída é assumida como tendo sido induzida.

Correspondência Dinâmica

O modelo de influxo dinâmico foi incorporado para melhorar as estimativas pela teoria do Elemento de Lâmina e Momento. A dinâmica básica no conceito de teoria de fluxo ajuda a estimar o efeito da turbulência da lâmina. A área varrida recebe um estado dinâmico para ajudar a derivar a velocidade média estimada.

A teoria BEM fornece estimativas apenas com vento constante, mas é óbvio que turbulências devem ocorrer. No entanto, isso é explicado pelo modelo básico de influxo dinâmico para fornecer uma estimativa mais realista.

A energia eólica produzida, especialmente no tipo de eixo horizontal, é conhecida por ser o produto da velocidade de ponta, o número total de pás usadas e a razão de sustentação / arrasto do lado com um aerofólio. O reajuste para um novo estado estacionário de equilíbrio é bem explicado peloDynamic Inflow Method (DIM).

Método de fluxo dinâmico

O DIM também é conhecido como teoria da esteira dinâmica e é baseado no fluxo induzido, que normalmente não é estável. Ele calcula o influxo vertical ao rotor levando em consideração seu efeito no fluxo dinâmico.

Isso simplesmente leva em consideração o efeito esteira ou simplesmente a velocidade do ar alinhada verticalmente com os rotores causada pelo giro das pás. No entanto, assume que a velocidade tangencial é constante. Isso é conhecido comoWake effect e seu arrasto diminui a eficiência de uma turbina eólica.

Geração da eletricidade

A energia cinética do vento é convertida em eletricidade por turbinas eólicas. Eles usam o conceito antigo usado em moinhos de vento, embora com tecnologia inerente, como sensores, para detectar a direção do vento. Algumas turbinas eólicas possuem sistema de freios para parar em caso de ventos fortes para proteger o rotor e as pás de danos.

Existem engrenagens conectadas ao eixo do rotor para acelerar as pás a uma velocidade adequada para o gerador. Dentro do gerador, ocorre a indução eletromagnética (o método básico de conversão de energia mecânica em eletricidade). O eixo gira um ímã cilíndrico contra uma bobina de fio elétrico.

Toda a eletricidade das turbinas de uma estação de energia eólica é assimilada a um sistema de grade e convertida em alta tensão. Esta é realmente a técnica convencional de transmissão de eletricidade no sistema de rede.

São necessárias lâminas com pontas de superfície grandes, embora isso deva ser determinado pelo ruído que resulta das lâminas largas. Um parque eólico pode ter até 100 geradores, o que resultará em mais ruído.

Existem duas classificações gerais de turbinas eólicas -

• Turbinas eólicas de eixo horizontal (HAWT)
• Turbinas eólicas de eixo vertical (VAWT)

Vamos discutir esses dois tipos de turbinas eólicas em pequenos detalhes.

Turbinas eólicas de eixo horizontal

Estas são turbinas semelhantes a moinhos de vento com o topo do poço apontando para a direção do vento. Uma vez que devem ser apontadas para o vento, turbinas menores são dirigidas por palhetas de vento montadas na estrutura. Turbinas maiores têm sensores de vento com servo para girar as turbinas.

Eles também são equipados com caixas de engrenagens para acelerar a rotação lenta para torná-la forte o suficiente para as turbinas do gerador. As lâminas são rígidas o suficiente para evitar quebrar ou dobrar devido ao momento de giro do vento.

Este tipo é montado em uma torre; portanto, eles experimentam ventos de alta velocidade. Eles são ligeiramente dobrados para reduzir a área de varredura. Uma área de varredura menor reduz a resistência, o que pode causar fadiga e falha.

Turbinas eólicas de eixo vertical

A raiz principal é montada no eixo vertical. Isso elimina as dificuldades associadas às turbinas eólicas horizontais. Os subtipos incluem -

Darius Wind Turbine

Isso também é conhecido como turbina batedeira de ovos e se assemelha a um enorme batedor de ovos. É eficiente, mas pode ter mais tempos de inatividade e, portanto, menos confiável. Para melhorar a solidez (área da lâmina sobre a área do rotor), três ou mais lâminas devem ser usadas.

Savonious Wind Turbine

Esses tipos têm uma confiabilidade maior do que as turbinas Darius. O problema é que eles não podem ser montados no topo de torres. Portanto, eles estão expostos a padrões de vento turbulentos e irregulares. Uma vez que são turbinas do tipo arrasto, são menos eficientes em comparação com o HAWT. A vantagem é que são capazes de resistir a turbulências extremas.

A maioria dos VAWT não pode iniciar automaticamente e requer energia externa para dar um solavanco. Para obter o desempenho ideal, os VAWTs devem ser montados em telhados. O telhado canaliza o vento para as lâminas.

Biomasssignifica organismos vivos e aqueles que morreram recentemente. Não inclui os organismos que já foram convertidos em combustível fóssil. Na geração de energia, refere-se às usinas de resíduos que são utilizadas para gerar energia por combustão.

Os métodos de conversão em biocombustível são numerosos e amplamente classificados como chemical, thermal e biochemical. Esta é a fonte mais antiga e também a mais amplamente difundida de energia renovável. Possui uma variedade de métodos de conversão.

Direct combustionera tradicionalmente praticado com lenha. Processos avançados comopyrolysis(o processo de fazer carvão), a fermentação e a digestão anaeróbica convertem essas fontes em formas mais densas e fáceis de transportar, como óleo e etanol. O carvão é um produto do processo de pirólise, que fortalece a matéria queimando-a na ausência de oxigênio.

Bio-fuelé um termo que se refere a combustível derivado de biomassa. Como mencionado antes, a biomassa é qualquer matéria orgânica viva e morta e varia de plantas a resíduos orgânicos. Na maioria dos casos, a biomassa rica em óleo ou açúcar é ideal para a produção de energia.

O termo bio-energyrefere-se à energia obtida de organismos vivos ou mortos. Isso não inclui combustíveis fósseis. Poderíamos classificar o biocombustível por suas fontes ou de acordo com a geração.

Classificação de biocombustível por fonte

• Wood fuel- Derivado de árvores, arbustos ou arbustos. Exemplos de combustível de madeira incluem carvão e madeira.

• Agro-fuels- Obtido da biomassa de produtos agrícolas, como safras mortas, ou de outras partes da planta, como cereais. O agro-combustível é principalmente derivado de açúcar e oleaginosas.

• Municipal by-products- Derivado de resíduos coletados nas principais cidades. Existem duas categorias de resíduos urbanos. O bio-combustível de resíduos sólidos é derivado da combustão direta de resíduos sólidos de indústrias ou instituições comerciais. O biocombustível residual líquido / gasoso é obtido a partir da fermentação dos resíduos coletados.

Classificação de biocombustível por geração

• First generation- Processado a partir de óleo vegetal de açúcar e gorduras animais prensado em óleo para combustão em motores ou fermentado e processado em etanol para o mesmo fim. Os produtos finais são óleos, biodiesel, álcool, syngas, biocombustível sólido e biogás.

• Second generation- Derivado da celulose e resíduos (não alimentares). Esses resíduos são derivados de colmos de colheitas e madeira, bio-hidrogênio, bio-álcool, dimetilformamida DMF, diesel de madeira, álcool misto e éter bio-dimetílico DME.

• Third generation- Encontrado em algas, acredita-se que produza alto rendimento de energia a baixo custo. A energia das algas é conhecida como óleo-gae.

O material orgânico é convertido em uma forma utilizável conhecida como bioenergia. Os materiais usados ​​no processo de produção de energia são denominados como matéria-prima.

Para entender melhor a biomassa, exploraremos as várias fontes primeiro.

A produção de biomassa refere-se ao aumento da quantidade de matéria orgânica. É a adição de matéria orgânica em uma determinada área ou população. A biomassa é considerada energia renovável porque é reabastecida à medida que as plantas e os animais crescem.

Existem duas formas de produção -

• Primary productionrefere-se à geração de energia pelas plantas por meio da fotossíntese. O excesso de energia gerado é armazenado e soma-se à biomassa total do ecossistema. A produção primária pode ser estimada a partir da cobertura florestal total em um determinado ano.

• Secondary productioné a absorção de matéria orgânica como tecidos corporais pelos organismos. Inclui a ingestão por animais, ou seja, a alimentação de outros animais ou de plantas. Também envolve a decomposição de matéria orgânica por microrganismos. A produção secundária pode ser estimada como o total de carne produzida por ano.

Embora a biomassa possa ser medida como a massa de organismos vivos e mortos em um determinado ambiente, a produção é mais difícil de estimar. Só pode ser estimado como o aumento de volume, embora parte da biomassa adicional possa ter sido substituída por processos naturais.

Combustão direta para calor

A combustão direta para obter calor é o método mais antigo de conversão de biomassa em energia desde as primeiras civilizações. A conversão termoquímica (combustão) pode ser alcançada de várias maneiras, usando matéria-prima variada.

Combustão autônoma

Os geradores baseados em biomassa usam diesel derivado de óleos vegetais para alimentar geradores a diesel. Os geradores queimam o diesel orgânico para produzir energia para produzir eletricidade.

• As usinas combinadas de calor e energia são conhecidas por cogerar eletricidade e energia térmica útil. As indústrias cerâmicas utilizam o calor para secar produtos, como telhas de argila.

• Algumas usinas de energia usam biomassa para aquecer água e produzir vapor para geração de eletricidade. A biomassa é queimada para produzir calor suficiente para ferver a água.

• As usinas municipais de resíduos sólidos queimam resíduos sólidos para gerar eletricidade. Esse tipo é sujeito a críticas, pois os resíduos sólidos contêm principalmente gases tóxicos de plásticos e fibras sintéticas.

Co-combustão de biomassa

Além da combustão autônoma, a biomassa poderia ser misturada com outros combustíveis fósseis e queimada para gerar energia. Isso é chamado de co-queima.

• A biomassa pode ser queimada diretamente como carvão. Isso é conhecido como co-combustão direta.

• Em outros casos, a biomassa é primeiro processada em gás e depois convertida em gás de síntese.

• O terceiro caso é quando o combustível fóssil é queimado em um forno diferente e a energia produzida é usada para pré-aquecer a água em uma usina a vapor.

Tipos de Combustão

Os vários tipos de combustão são -

• Fixed bed combustion - Este é um método onde a biomassa sólida é primeiro cortada em pequenos pedaços e depois queimada em uma superfície plana fixa.

• Moving bed combustion- Neste método, uma grelha é configurada para mover-se constante e uniformemente, deixando as cinzas para trás. O combustível queima em níveis de combustão.

• Fluid-bed combustion- O combustível é fervido a alta pressão misturado com areia. A areia serve para distribuir o calor de maneira uniforme.

• Burner combustion - Neste método, o pó de madeira e o pó fino são colocados em um queimador semelhante ao de combustível líquido.

• Rotary furnace combustion- Um forno é usado para queimar matéria orgânica com alto teor de umidade. Resíduos como resíduos de alimentos ou outros resíduos úmidos da fazenda são queimados dessa forma.

Pirólise

Pyrolysisé outra forma de processamento de biocombustíveis queimando sob temperaturas muito altas sem oxigênio, o que pode causar combustão completa. Isso causa alterações físicas e químicas irreversíveis. A ausência de processos de oxidação ou halogenação resulta em um biocombustível muito denso que pode ser usado na combustão, co-combustão ou convertido em gás.

• Slow pyrolysisocorre a cerca de 400oC. É o processo de fabricação de carvão sólido.

• Fast pyrolysisocorre entre 450oC a 600oC e resulta em gás orgânico, vapor de pirólise e carvão. O vapor é processado por condensação para a forma líquida como biooil. Isso deve ser feito dentro de 1 segundo para evitar mais reações. O líquido resultante é um líquido marrom escuro mais denso que a biomassa da madeira e possui igual teor em termos de energia.

O bio-óleo tem várias vantagens. É mais fácil de transportar, queimar e armazenar. Muitos tipos de matéria-prima podem ser processados ​​por pirólise para produzir bio-óleo.

O diagrama abaixo explica o processo de conversão de energia em uma forma utilizável de biocombustíveis por meio da pirólise.

Fermentação alcoólica

A fermentação alcoólica é o processo que converte açúcares em celulose. O processo resulta em etanol e dióxido de carbono como subprodutos. Esse processo é considerado anaeróbico, pois ocorre na ausência de oxigênio. Além de panificação e fabricação de bebidas alcoólicas, esse processo produz combustível alcoólico. A fórmula química da fermentação alcoólica é dada por -

$C_{6}H_{12}O_{6}+yeast\longrightarrow\:2C_{2}H_{5}OH+2CO_{2}$

A cana-de-açúcar é a principal matéria-prima desse processo, principalmente em ambientes secos. Pedaços de milho ou açúcar são usados ​​em áreas temperadas.

Aplicação de Produtos

Os produtos têm as seguintes aplicações -

• Acetone é um produto utilizado para a produção de aditivos alimentares, solventes de cola, diluição de tintas, desengordurantes e em produtos cosméticos.

• Hydrogené usado como um agente de resfriamento na indústria de energia. Também é usado em células de hidrogênio para produção de energia.

• Butanolfornece melhor combustível do que o etanol. Também é utilizado como ingrediente em tintas, produtos cosméticos, resinas, corantes, extrações de polímeros e na fabricação de fibras sintéticas.

• Ethanolé usado como combustível, componente de tinta e aditivo em anti-sépticos. Ele também é usado em bebidas alcoólicas.

Digestão Anaeróbia de Biogás

Anaerobic digestioné o processo biológico pelo qual a matéria orgânica é decomposta para produzir biogás na ausência de oxigênio. Microorganismos como bactérias acidogenéticas e acetógenos convertem a matéria biodegradável em biogás. Além de ser uma fonte de energia, é também um método de deposição de resíduos e uma técnica de preservação ambiental.

A principal equação para esta conversão que produz dióxido de carbono e metano é a seguinte -

$C_{6}H_{12}O_{6}\longrightarrow\:3CO_{2}+3CH_{4}$

O processo passo a passo é explicado abaixo -

• Step 1- Quebra de matéria orgânica em moléculas consideráveis ​​para conversão. Este processo é conhecido como hidrólise.

• Step 2- Os acidógenos agem sobre a matéria decomposta, convertendo-os em ácidos graxos voláteis (AGV) ao lado da amônia, CO2 e sulfeto de hidrogênio. O processo é denominado acidogênese.

• Step 3 - Os VFAs são subdivididos em ácido acético, dióxido de carbono e hidrogênio.

• Step 4 - O estágio final é a combinação das emissões acima para produzir metanol, dióxido de carbono e água.

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