Como funciona: Geração de Eletricidade

A eletricidade, ou de forma mais geral, o eletromagnetismo, tem sua história iniciada na Antiguidade. Tales de Mileto, ao esfregar âmbar com pele de carneiro, observou que pedaços de palha eram atraídos pelo âmbar. A palavra eléktron (ἤλεκτρον) significa âmbar em grego. Já o magnetismo era conhecido através do mineral magnetita, proveniente da região da Magnésia, na Grécia Central. A relação intrínseca de ambos era desconhecida até o século XIX.

A descoberta da indução eletromagnética ocorreu de forma quase simultânea, embora independente, por Michael Faraday em 1831 e por Joseph Henry em 1832. Após essas descobertas, inúmeras invenções surgiram, incluindo a iluminação elétrica, motores elétricos e transformadores.

Todo o conhecimento reunido durante milênios nos traz às três principais formas de gerar eletricidade hoje:

Eletroquímica: A eletroquímica é a transformação direta de energia química – potencial de uma substância química sofrer uma reação química para se transformar em outras substâncias – em eletricidade, como em uma pilha. A geração eletroquímica de eletricidade é importante em aplicações portáteis e móveis. Atualmente, a maior parte da energia eletroquímica vem das baterias. As células primárias, como as baterias comuns de zinco-carbono, atuam diretamente como fontes de energia, mas as células secundárias (ou seja, baterias recarregáveis) são usadas para sistemas de armazenamento e não para sistemas de geração primária.

Curiosidade: Pilhas e baterias têm o mesmo princípio químico de funcionamento: a transferência de elétrons entre um metal que tem a tendência de doar elétrons (ânodo) por meio de um fio condutor para um metal que tem a tendência de receber elétrons (cátodo). Porém, a diferença entre esses dois dispositivos está no fato de que uma pilha é formada apenas por um eletrólito (solução condutora de íons também denominada de ponte salina) e dois eletrodos, enquanto a bateria é formada por várias pilhas ligadas em série ou em paralelo.

Efeito Fotovoltaico: O efeito fotovoltaico é a transformação da luz em energia elétrica, como nas células solares. Os painéis fotovoltaicos convertem a luz do sol diretamente em eletricidade de forma contínua constante. A eletricidade gerada é então incorporada à rede por meio de inversores de frequência, que a transformam em corrente alternada na frequência de 60Hz. Em seu funcionamento, a luz é absorvida, causando a excitação de um elétron ou outro transportador de carga para um estado de energia mais alta. Além da excitação direta de elétrons livres, o efeito fotovoltaico também pode surgir simplesmente devido ao aquecimento causado pela absorção da luz. O aquecimento leva ao aumento da temperatura do material semicondutor, que é acompanhado por gradientes de temperatura. Esses gradientes térmicos, por sua vez, podem gerar uma tensão através do efeito termoelétrico.

Por último e talvez mais importante, restam os Geradores Elétricos. São dispositivos que convertem energia mecânica em energia elétrica para uso em um circuito externo. As fontes de energia mecânica incluem turbinas a vapor, turbinas a gás, turbinas a água, motores de combustão interna, turbinas eólicas e até manivelas. Todos os geradores têm seu funcionamento baseado fortemente na Lei de Faraday: a variação do fluxo magnético através de bobinas induz tensão em seus terminais. Essa variação de fluxo pode ocorrer tanto pela rotação de um eletroímã quanto pela rotação de bobinas dentro de um campo magnético constante. Existem duas categorias de geradores elétricos:

Geradores CC: Os geradores CC são bem raros nos sistemas modernos de potência. Mesmo os sistemas de potência CC, como os dos automóveis, usam agora geradores CA com retificadores para produzir potência CC. Entretanto, nos últimos anos, eles tiveram um ressurgimento limitado como fontes de potência para torres isoladas de telefones celulares. A corrente gerada é da forma contínua constante devido à presença de anéis comutadores responsáveis por realizar a inversão adequada do sentido das correntes que circulam na armadura. Além disso, são utilizadas escovas coletoras para conduzir a energia gerada. A necessidade das escovas é um dos motivos da menor eficiência dessa classe de gerador, visto que são feitas de grafite, que é rapidamente desgastado pelo atrito, precisando de constante manutenção. Geradores CC também são utilizados na geração CA, para fornecer a corrente necessária para alimentar os eletroímãs girantes do rotor.

Geradores CA: 

• Os Geradores Síncronos são utilizados na grande maioria das Centrais Hidroelétricas e Termoelétricas. O nome Síncrono se deve ao fato desta máquina operar com velocidade de rotação constante sincronizada com a frequência da tensão elétrica alternada aplicada aos seus terminais (sincronismo entre campo do estator e rotor).

• Um gerador de indução ou gerador assíncrono opera girando mecanicamente seus rotores mais rapidamente do que a velocidade síncrona. São úteis em aplicações como mini usinas hidrelétricas, turbinas eólicas ou na redução de gás de alta pressão para baixa pressão, porque podem recuperar energia com controles relativamente simples. Um gerador de indução normalmente extrai sua energia de excitação de uma rede elétrica. Por esse motivo, os geradores de indução geralmente não podem restaurar um sistema de distribuição desenergizado.

Matéria por Esteban Aguilar. Veja mais clicando na logo!