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História de Eletricidade




No século 17, a ciência começou a se questionar do que é feita a luz



A luz é feita de ondas ou partículas?

Questão que parecia resolvida, foi reaberta por Max Planck e Albert Einstein.

No início do século 17, questionando velhas ideias de Aristóteles, a ciência começou a se perguntar de que é feita a luz: pequenas partículas (teoria corpuscular), ou ondas vibrando ( ondulatória)?

Apesar do apoio de Newton, três séculos depois a teoria corpuscular estava em apuros: ela não explicava fenômenos como a refração, e também era desabonada pelos avanços no eletromagnetismo.

A descoberta empírica da eletricidade (eletricidade estática) e do magnetismo (ímãs) remonta à antiguidade, mas seu estudo científico também começou no século 17. Foi ficando claro que os dois estão diretamente relacionados: ímãs em movimento geram corrente elétrica - é assim que  hidroelétricas transformam movimento de água em eletricidade -, e corrente elétrica gera magnetismo.

Isso culminou na unificação realizada em 1865 pelo britânico James Clerk Maxwell, 1831–1879. Sua teoria matemática explica eletricidade e magnetismo como faces de uma única entidade, chamada campo eletromagnético, que se move no espaço à velocidade da luz sob a forma de ondas (dependendo do comprimento, são ondas de rádio, micro-ondas, luz visível, raios X, raios gama etc.). Foi por meio das equações de Maxwell que a divindade proclamou ‘Faça-se a luz!’


 


Uma década depois, o jovem físico Max Planck, 1858–1947, começava a pós-graduação em Munique, mas seu orientador recomendou que não estudasse física pois ‘praticamente tudo já foi descoberto, só falta tapar alguns buracos’. Planck persistiu assim mesmo.

Um desses ‘buracos’ dizia respeito à radiação eletromagnética emitida pelos chamados corpos negros. Desesperado para obter uma teoria compatível com as observações, em 1900 Planck adotou uma suposição estranha: existiriam quantidades mínimas (‘quanta’) de energia eletromagnética, que não podem ser subdivididas. Um pouco como o dinheiro, cuja quantidade mínima é um centavo.

Isso ia contra tudo o que se sabia sobre energia e eletromagnetismo, mas funcionava... E a ideia bizarra foi logo aproveitada por outro jovem alemão. Albert Einstein, 1879–1955. Ele a usou, em 1905, para explicar a criação de corrente elétrica quando luz incide em certos metais (efeito fotoelétrico). A luz seria formada por partículas indivisíveis (fótons) que, ao colidir com o metal, poriam seus elétrons em movimento.

Planck e Einstein ganharam o prêmio Nobel de Física, em 1918 e 1922, respectivamente. Mas tinham reaberto a questão que parecia resolvida: ondas ou partículas? O mistério só iria se adensar...

Geração de eletricidade

A geração de eletricidade é o primeiro processo na entrega da eletricidade aos consumidores. Outros três processos são transmissão, distribuição, e a venda de eletricidade.

A importância da geração, da transmissão e da distribuição seguras de eletricidade ganhou destaque quando se tornou aparente que a eletricidade era útil para fornecer o calor, a luz, e a energia em geral para as atividades humanas.

A geração de energia descentralizada tornou-se altamente atrativa quando se reconheceu que as linhas de energia elétrica em corrente alternada, podiam transportar a eletricidade com baixos custos por grandes distâncias.

O sistema de energia elétrica foi concebido com a finalidade de alimentar as tecnologias humanas. As primeiras centrais geradoras de energia utilizavam madeira como combustível. Atualmente, são utilizados, principalmente, o petróleo, o gás natural, o carvão, o potencial hidroelétrico e nuclear - ainda em pequena escala, o hidrogênio, a energia solar, e a energia eólica


Métodos de gerar eletricidade


Gerador hidroelétrico


As turbinas girando unidas aos geradores elétricos produzem a eletricidade. As turbinas podem ser movidas usando o vapor, a água, o vento ou outros líquidos como um portador de energia intermediário. 

As fontes de energia mais comuns são as térmicas, combustíveis fosseis, reatores nucleares, para a geração de vapor, e da energia potencial gravitacional das barragens das usinas hidroelétricas. As pilhas produzem a eletricidade pelas reações de óxido-redução com uma variedade de produtos químicos.

O mundo confia principalmente no carvão e no gás natural para fornecer energia. As exigências elevadas da Energia nuclear em termos de segurança devido aos altos riscos envolvidos impediram a proliferação desse tipo de estrutura na América do Norte desde 1970 .

As turbinas de vapor podem produzir energia usando o vapor produzido das fontes geotérmicas, da energia solar, dos reatores nucleares - que usam a energia criada pela fissão do plutônio ou do urânio radioativo, ou de qualquer fonte de energia térmica para gerar o calor.



Barragem de uma usina hidroelétrica


A usina hidroelétrica usa a água que flui diretamente através das turbinas para converter a energia potencial gravitacional em energia elétrica. As turbinas do vento (eólicas) usam o vento para girar as pás das turbinas, que são conectadas em um gerador, e assim converter a energia armazenada nas correntes de ar em energia elétrica.

A geração de energia pela fusão termonuclear foi sugerida como uma maneira possível de gerar a eletricidade. Atualmente, um número de obstáculos técnicos e de interesses ambientais existem, mas, como foi demonstrado tratar-se de uma fonte de geração de energia elétrica relativamente limpa e segura, iniciou-se a construção de  reatores experimentais.


Energia Nuclear no Brasil


Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto em Angra dos Reis, Rio de Janeiro, Brasil


Anos iniciais, 1930 – 1960

No Brasil, a pesquisa teórica sobre energia nuclear teve início na Universidade de São Paulo (USP), no final dos anos de 1930. Na década seguinte, o Brasil tornou-se fornecedor de recursos minerais (monazita, tório e urânio) para projetos nucleares experimentais nos Estados Unidos, como o Projeto Manhattan.

Em 1947, Álvaro Alberto da Mota e Silva, oficial da marinha e entusiasta da energia nuclear, escreveu a primeira política nuclear a ser aprovada pelo Conselho de Segurança Nacional - CSN

A implementação do plano teve início em 1951, com o estabelecimento do Conselho Nacional de Pesquisas- CNPq e a indicação de Alberto a sua presidência. Embora o objetivo geral da instituição fosse promover pesquisas científicas e tecnológicas em todas as áreas do conhecimento, o CNPq tinha responsabilidades específicas quanto ao desenvolvimento da energia nuclear, como estimular pesquisas sobre recursos minerais relevantes e expandir a industrialização da energia nuclear.



Álvaro Alberto da Mota e Silva, presidente do CNPq, 1951

Na perspectiva de Alberto, o desenvolvimento do setor nuclear no Brasil incluía a nacionalização das atividades nucleares e compensações específicas para a exportação de matéria prima estratégica. Desse modo, o Brasil tentou obter acordos comerciais que, em troca das matérias primas nacionais, incluíssem disposições que facilitassem o acesso a tecnologias sensíveis, e a treinamento para engenheiros nucleares brasileiros. O êxito dessa política foi visivelmente limitado, mas forneceu oportunidades de intercâmbio acadêmico e treinamento nos Estados Unidos para cientistas e engenheiros brasileiros.

O CNPq buscou obter tecnologia nuclear dos Estados Unidos e de outros países. Alberto solicitou a compra de um ciclotron da General Electric, o que permitiria ao Brasil conduzir experimentos avançados em física nuclear. Washington, porém, rejeitou o pedido. Alberto também iniciou negociações para a aquisição de ultra centrifugas da Alemanha Ocidental.

Em meados da década de 1950, o programa nuclear brasileiro não havia avançado muito, exceto pela compra, por 80000 dólares, de três centrífugas da Alemanha Ocidental. Embora as centrífugas tenham chegado ao Brasil em 1956, entraram em funcionamento apenas na década de 1970. Orçamentos limitados e instabilidade política causaram os atrasos.


Juarez Távora, Chefe gabinete militar governo Café Filho, 1954


Uma Comissão Parlamentar de Inquérito - CPI, estabelecida em 1956, descobriu que materiais atômicos haviam sido exportados de modo ilegal para os Estados Unidos. Também revelou que Juarez Távora, chefe do gabinete militar no início do governo Café Filho, em 1954, havia agido de acordo com as solicitações dos EUA, e adotado uma nova política nuclear, a qual considerava os EUA parceiro privilegiado do Brasil no âmbito da energia nuclear.

Após o fim da investigação, a CPI defendeu uma abordagem mais nacionalista para a política nuclear, retomando os planos defendidos por Alberto e pelo CNPq.


O presidente JK em visita à CNEN


O novo plano nuclear, adotado por Juscelino Kubitschek, pouco depois de sua eleição, criou a Comissão Nacional de Energia Nuclear - CNEN, sob supervisão presidencial. Além disso, cancelou todos os contratos relacionados à exportação de minerais atômicos.

Em 1957, o Brasil obteve seu primeiro reator para pesquisa, por meio do programa norte-americano ‘Átomos para a Paz’. O IEA-R1, como se tornou conhecido quando chegou ao Instituto de Energia Atômica - IEA, em São Paulo, foi o primeiro reator a entrar em funcionamento no hemisfério sul.

Em 1960, foi adquirido o reator de pesquisa TRIGA Mark 1, localizado no Instituto de Pesquisas Radioativas - IPR da Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG, o qual foi usado em atividades de treinamento e de pesquisa associadas à produção de radioisótopos.


1961 – 1972

Em 1965, entrou em funcionamento no Instituto de Engenharia Nuclear - IEN, sediado no Rio de Janeiro, o Argonauta, primeiro reator de pesquisa feito no país, cuja construção terminara em 1962. O Argonauta foi uma adaptação de um reator elaborado pelo Laboratório Nacional de Argonne, nos Estados Unidos.

Após a revolução de 1964, que depôs um governo eleito pelo voto popular, o regime militar, estabeleceu uma política nuclear baseada na aquisição de usinas nucleares, para gerar eletricidade, e criar condições para o estabelecimento de um complexo industrial nuclear autônomo no Brasil. 

Segundo o plano, o Brasil deveria, no longo prazo, procurar adquirir todas as tecnologias necessárias para o domínio do ciclo de produção do combustível nuclear. Com relação aos padrões internacionais que limitavam as explosões nucleares pacíficas (Peaceful Nuclear Explosions, PNE), a política nuclear dos militares afirmava que renunciar ao direito de condução independente das PNE representava ‘um preço demasiado alto a pagar’, pois:

1. O projeto de tratado mundial não representa um compromisso de desarmamento para os países já detentores de armas nucleares.

2.      A França e a China não participam das negociações.

3.    São grandes perspectivas de utilização de explosivos nucleares em mineração, abertura de portos, canais e terraplanagem, como comprovam as experiências levadas a efeito pelos EUA no programa ‘Plowshare’.

4.  O conhecimento da técnica que leva à fabricação de explosivos nucleares, desde que sujeita à fiscalização internacional, e limitada a objetivos específicos de desenvolvimento econômico, não constituem proliferação de armas nucleares, nem a estimulam necessariamente.




Presidente Costa e Silva, 1967

Consequentemente, numa reunião do CSN, o presidente Costa e Silva expôs argumentos a favor da condução de ‘pesquisa, mineração e construção de artefatos que possam explodir’ e adicionou: ‘Não vamos chamar de bomba, vamos chamar de artefatos que possam explodir’.

Em 1968, uma nova CPI avaliou os recursos minerais existentes no Brasil para o programa nuclear. Dois anos depois, a comissão parlamentar completou seu trabalho, e concluiu que o grande crescimento da indústria brasileira implicava aumento na demanda por eletricidade no país, confirmando que a energia nuclear era necessária.

Também em 1968, o governo formulou secretamente o ‘Conceito Estratégico Nacional’, argumentando que a aquisição da ciência e da tecnologia nuclear, era um meio para a superação da posição periférica do Brasil nas questões internacionais. 

De acordo com essa perspectiva, o Brasil não poderia aceitar o Tratado de Não-Proliferação Nuclear - TNP, um acordo internacional percebido pelo Brasil como um instrumento para cercear o desenvolvimento da energia nuclear, em países não nuclearmente armados, não resolvendo o problema das armas nucleares.

Impulsionado por seu grande crescimento econômico, o Brasil convidou diferentes empresas e consórcios a apresentarem projetos para a construção de sua primeira usina nuclear. Após receber cinco propostas diferentes, optou-se pela oferta feita pela empresa baseada nos EUA Westinghouse Electric Company, envolvendo reatores de água pressurizada (PWR).

Simultaneamente, o Brasil dialogou com a Alemanha Ocidental, e um acordo de cooperação nuclear entre Brasília e Bonn foi assinado. Enquanto a CNEN finalizava os detalhes do contrato com a Westinghouse, entre maio de 1971 e abril de 1972, a Comissão de Energia Atômica dos Estados Unidos - USAEC aprovou o fornecimento de combustível nuclear para a primeira usina nuclear do Brasil, Angra 1. O contrato entre a CNEN e a Westinghouse foi assinado em abril de 1972, e logo começou a construção de Angra 1.


1973 – 1978

Os militares continuaram estimulando o desenvolvimento do setor nuclear. A ambição do governo era adquirir todas as fases do ciclo nuclear por meio de cooperação internacional. Com isso em mente, em 1974, a Companhia Brasileira de Tecnologia Nuclear - CBTN foi fortalecida e tornou-se Empresas Nucleares Brasileiras S/A - Nuclebrás.



Paulo Nogueira Batista


Chefiada por Paulo Nogueira Batista, um diplomata de carreira, a Nuclebrás foi encarregada de implementar o programa nuclear, promovendo a criação de empresas autônomas para a construção de partes e o fornecimento de serviços para as usinas nucleares.

Enquanto a Nuclebrás cuidava da implementação e do financiamento, a CNEN era responsável pela inspeção, regulação e planejamento nuclear. Além disso, a CNEN continuou sendo o órgão de assessoramento do Ministério das Minas e Energia para assuntos nucleares nacionais e internacionais.

Após a Índia testar um artefato nuclear em 1974, no entanto, os EUA reduziram e, logo, suspenderam, a cooperação nuclear com o Brasil.

Além disso, na sequência da crise energética de 1973, a USAEC sujeitou o fornecimento de combustível para outros países à disponibilidade interna. Desse modo, o Brasil privilegiou as negociações com a França e com a Alemanha Ocidental, tendo assinado com esta um acordo em 27 de junho de 1975, o qual previa a transferência de conhecimento operacional sobre reatores.

O acordo representou a mais ampla transferência de tecnologia estabelecida, entre um país desenvolvido e um país em desenvolvimento. Bonn se comprometeu a exportar entre quatro e oito reatores, ao longo de 15 anos. Da mesma forma, empresas da Alemanha Ocidental concordaram em estabelecer o ciclo completo do combustível nuclear no Brasil: prospecção e mineração de urânio; enriquecimento de urânio (usando o processo jet-nozzle); produção de rods de combustível nuclear e reprocessamento de rods usados.

Para a indústria nuclear da Alemanha Ocidental, esse foi o contrato mais importante a ser assinado, cujo valor estimado chegaria a 10 bilhões de marcos (cerca de 4 bilhões de dólares). Além disso, esse foi o maior pedido individual de exportação na história da Alemanha.

O acordo motivou intensas reações internacionais. Um dos aspectos mais controversos era o fato de a Alemanha, signatária do TNP, comprometer-se a transferir tecnologia nuclear para o Brasil, à época governado por uma ditadura militar, e não signatário do TNP.

Nos anos seguintes ao acordo, o Brasil e a Alemanha Ocidental enfrentaram fortes pressões, vindas não só dos EUA, como também do Reino Unido, Canadá, França e União Soviética—países que apoiavam a restrição à venda de materiais nucleares, e que se opunham fortemente à exportação de tecnologia nuclear avançada, como usinas de reprocessamento de combustíveis.

Para superar as crescentes suspeitas e após várias negociações, foi estabelecido um acordo tripartite sobre salvaguardas nucleares, entre o Brasil, a Alemanha Ocidental, e a Agência Internacional de Energia Atômica - AIEA.




Presidente Ernesto Geisel


Pouco depois, o presidente (General) Ernesto Geisel anunciou o Livro Branco sobre a política nuclear brasileira. O documento que tinha por objetivo esclarecer ao público aspectos das decisões nucleares do Brasil, afirmava a natureza pacífica do programa e justificava a opção nuclear, com base na crescente demanda por energia no país.


Em cooperação com a Alemanha Ocidental, a construção do reator de Angra 2 teve início em 1976. No entanto, o projeto enfrentou atrasos na construção e aumentos de custos, os quais motivaram profundas críticas no Brasil, ensejando a criação de outra CPI em 1978, a qual investigou o acordo nuclear entre o Brasil e a Alemanha Ocidental.


Atualmente e energia nuclear corresponde a cerca de 3% da matriz energética do Brasil, e cerca de 40% da matriz energética do Estado do Rio de Janeiro, sendo produzida por dois reatores de água pressurizada na Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto, em Angra dos Reis.

A construção de um terceiro reator teve início em junho de 2010, estava previsto para entrar em funcionamento em maio de 2018, porém, em decorrência de interrupção das obras, o início das operações foi adiado para 2024.

A empresa brasileira encarregada de produzir energia nuclear é a Eletronuclear.










Fonte: Marcelo Viana, diretor-geral do Instituto de Matemática Pura e Aplicada, ganhador do Prêmio Louis D,  Institut de France ,  FSP  |  WP  |  Dvs





(JA, Jan20)



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