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ENERGIA GEOTÉRMICA Atualidade, perspetivas e potencial

FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO

Equipa: 1M06 03 Supervisor: Abílio Jesus

Monitor: Rúben Madureira

Estudantes & autores: Álvaro Joel Rodrigues Pêgas – 201605063 João Carlos Carreira Martins - 201605373 Bárbara Gomes de Azevedo Neto Brites - 201605266 Rui Manuel Oliveira Castro – 201605584

Isaque Luís Jardim Camacho - 201604824

2016-2017 – 1º Ano de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

Coordenadores gerais: Coordenador do curso:

Manuel Firmino e Sara Ferreira Teresa Duarte

Energia Geotérmica: Atualidade, Perspetivas e Potencial

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Resumo

Neste trabalho pretende-se analisar o impacto que a energia geotérmica pode exercer

na sociedade, quer num âmbito recreativo, medicinal, ou mesmo em necessidades mais

simples, como a climatização de um edifício.

O aproveitamento da energia geotérmica está limitado a certas zonas geográficas

devido às condicionantes do potencial geotérmico do local. No caso concreto do território

Português, a potencial utilização da mesma está limitada à região dos Açores, onde é feita a

exploração desta fonte de energia através de centrais geotérmicas, e em Portugal continental

às zonas de baixas temperaturas e termais, onde é possível aproveitar a energia da Terra para

aquecer edifícios, para lazer ou para fins medicinais.

Torna-se então necessário perceber e mostrar quais são as vantagens e desvantagens

do aproveitamento desta fonte de energia, e consequentemente perceber os métodos mais

eficientes para a exploração da mesma de acordo com as condicionantes dos locais. O carácter

restrito do seu uso torna premente a procura de alternativas e de formas de ultrapassar e

superar as respetivas limitações.

A tecnologia é sem dúvida um dos pilares essenciais que permitem a exploração

sustentável das energias renováveis, categoria em que se enquadra a energia geotérmica. A

engenharia mecânica marca presença neste tema, e a relevância do papel dos profissionais da

área deve ser enfatizada e explorada para o seu melhor entendimento.


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Conteúdo

Resumo ........................................................................................................................................1

Conteúdo .....................................................................................................................................2

1.Introdução .................................................................................................................................3

2.Métodos de obtenção de Energia Geotérmica..........................................................................4

2.1. Bomba de Calor .....................................................................................................................4

2.1.1. Vantagens ...................................................................................................................4

2.1.2. Componentes .............................................................................................................5

2.1.3. Formas de captação de energia ..................................................................................5

2.2. Método de obtenção direta ..................................................................................................6

2.3. Centrais de Energia Geotérmica ....................................................................................7

2.3.1. Vapor direto ou vapor seco ........................................................................................7

2.3.2. Central de “Vapor flash” .............................................................................................8

2.3.3. Central de Ciclo Binário ..............................................................................................8

3.Vantagens e Desvantagens da energia geotérmica ...................................................................9

4. Aplicações da energia geotérmica em território português ...................................................11

5. Papel da Engenharia Mecânica no contexto da Geotermia ....................................................13

6. Conclusão ...............................................................................................................................14

7. Bibliografia .............................................................................................................................15


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1.Introdução

Desde que pela primeira vez foi gerada, com recurso a energia geotérmica, eletricidade, em Larderello, Itália, a 1904, que o uso da energia geotérmica para eletricidade cresceu a nível mundial para aproximadamente 7,000 megawatts por ano em vinte e um países em todo o mundo. Só os Estados Unidos produzem 2700 megawatts por ano de eletricidade a partir de energia geotérmica – para produzir a mesma quantidade de eletricidade com recurso a petróleo, seriam necessário sessenta milhões de barris de petróleo por ano.

O calor geotérmico é usado há milhares de anos por várias nações, em contextos como a gastronomia. Nos Açores, é bem conhecido o cozimento de alimentos com recurso ao calor do subsolo. Na atualidade, em Portugal e no mundo, a utilização de energias renováveis é cada vez mais necessária devido ao seu grande potencial e carácter ilimitado.

Energia geotérmica é a energia calorífica contida debaixo da superfície sólida da Terra, evidenciada pelo afloramento de água quente em fontes termais, fumarolas, erupções vulcânicas, entre outros. Geotermia é a ciência que estuda o calor terrestre, a sua origem, distribuição e aproveitamento. Abrange, portanto, os processos e técnicas utilizadas para a exploração, avaliação e aproveitamento da energia geotérmica. O uso da energia geotérmica é possível quando se recupera o calor acumulado de forma natural do subsolo, quer seja em águas subterrâneas como nas próprias rochas. Para isso a água pode ser retirada diretamente das nascentes, ou ser feita de forma mais artificial, com poços ou furos feitos com esse propósito. De onde provém este calor? Energia geotérmica é a energia adquirida a partir do calor que provêm da Terra, mais justamente do seu interior. A Terra é formada por grandes placas, que nos mantém isolados do seu interior, no qual encontramos o magma, que se resume de forma básica a rochas derretidas. Com o aumento da profundidade a temperatura vai acrescendo, no entanto, há zonas de intrusões magmáticas, onde a temperatura é muito maior. Essas são as zonas onde existe elevado potencial geotérmico e onde podemos encontrar a maior parte das centrais geotérmicas, que necessitam de temperaturas de subsolo mais altas.

A energia geotérmica divide-se em duas categorias: energia geotérmica de baixa entalpia e energia geotérmica de alta entalpia – caso a temperatura dos fluidos retirados da terra seja inferior ou superior, respetivamente, a 150°C. Hoje em dia, em Portugal continental, o aproveitamento deste recurso limita-se ao aquecimento de alguns edifícios e as suas ocorrências são de baixa temperatura (atingindo um máximo de 76°C nas Caldas de Chaves), variando consoante a origem e profundidade da água. Com a tecnologia atual não é necessária a presença da água para aproveitar o calor, embora só nos depósitos de temperatura muito baixa; nos restantes, a água é o veículo de transmissão do calor e, portanto, elemento imprescindível.

Na sociedade atual, o consumo de combustíveis fosseis é excessivo, e o seu carácter limitado faz com que a nossa dependência energética seja um problema ao qual acresce a grande fatura que o nosso planeta paga devido ao seu papel na poluição da atmosfera. Deste modo, o uso de energias alternativas, tais como a energia geotérmica, é uma solução para esse problema. Devido à necessidade de adquirir energia elétrica de uma forma mais limpa e em


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quantidades cada vez maiores, foi desenvolvido um modo de usufruir esse calor para a geração de eletricidade. [1] [7]

2.Métodos de obtenção de Energia Geotérmica

Há diferentes formas de utilização de energia geotérmica, nomeadamente através de

Bombas de Calor Geotérmicas, Utilização Direta e Centrais Geotérmicas. A tabela 1, organiza

as diferentes atividades segundo uma escala de temperaturas dos fluidos geotérmicos, onde

são aplicadas as diferentes formas apresentadas antes. [7]

2.1. Bomba de Calor

As bombas de calor geotérmico (BCG) baseiam-se no aproveitamento da variação de temperatura entre o solo e a temperatura do ar (ambiente). Dependendo da temperatura exterior é fornecido calor ou frio. Este método tem como base o princípio de que o fluido absorve/liberta calor quando evapora ou condensa. [2]

2.1.1. Vantagens

As bombas de calor geotérmico são uma tecnologia que pode ser utilizada para fins de aquecimento, este sistema tem em vista alcançar a substituição de caldeiras dada a sua

Tabela 1 – Diagrama de Líndal, adaptado. [7]


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utilidade extensa e capacidade de reduzir o consumo de combustíveis fósseis, e, por isso, estão a ser incorporadas tanto em novas construções como em projetos de renovação. A sua incorporação num edifício permite consumir menos 25% a 50% do que utilizando um sistema convencional de aquecimento central, e, além disso, são menos barulhentas, mais duradouras e precisam de muito pouca manutenção, uma vez que as peças são resistentes e instaladas em lugares pouco acessíveis, o que diminui o risco de vandalismo e o efeito de erosão provocado pelos elementos. Porém, em casos excecionais esta pode encontrar-se à superfície quando o solo é maioritariamente constituído por rochas e a sua perfuração dispendiosa.

Uma bomba geotérmica típica tem um coeficiente de desempenho de 3.5 numa escala de até 4, o que significa que a sua eficiência é extremamente elevada. Um sistema de aquecimento convencional, a gás natural, tem um desempenho equivalente de 0.85, por exemplo. [2] [3] [4]

2.1.2. Componentes

Este sistema decompõe-se em três componentes:

- Ligação ao solo – trata-se de um sistema de tubos termoplásticos inserido na superfície do solo. Dentro destes circula água ou um fluido com característico anticongelante, que passará através de um permutador de calor, onde irá absorver calor ou libertá-lo. Em comparação, com o método direto faz circular um refrigerante através de tubos de cobre.

- Bomba de calor – este mecanismo utiliza o princípio básico de um refrigerador, ou seja, opera na premissa de que um fluido absorve calor quando evapora e que liberta calor quando condensa. A função deste fluido de trabalho é absorver calor no subsolo e libertá-lo na divisão desejada, quando se pretende fazer um aquecimento, enquanto que, caso queiramos arrefecer uma sala, o fluido de trabalho absorve calor da divisão e liberta-o no subsolo.

- Sistema de distribuição – é um conjunto de tubagens típicas que permitem conduzir e distribuir o ar na instalação. [3]

2.1.3. Formas de captação de energia

Os sistemas de captação que se aplicam às bombas de calor são o horizontal, vertical e em aquífero.

2.1.3.1 Captação horizontal

O primeiro caso é usado quando há uma área consideravelmente extensa disponível, o que torna mais rentável a sua instalação residencial, sendo que a sua colocação deverá ser feita antes da construção do edifício, pois chega a ocupar cerca de 150 m2 de terreno, variando com a quantidade de volume que se pretende aquecer ou arrefecer.

Havendo a necessidade de colocar umas sondas, estas são colocadas paralelas à superfície, numas espécies de trincheiras, com, por volta, de 60 cm de profundidade e

extensão de tubagem entre os 30 e os 120 metros. [3]

Figura 1 – Sistema fechado,

captação horizontal [3]


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Figura 4 – Diferentes métodos de obtenção de direta.[4]

[][1]

2.1.3.2. Captação Vertical

Neste tipo de captação as sondas são colocadas em furos pequenos e com profundidades entre os 25 e os 250 metros. Dado que a sua expansão é feita verticalmente, comparativamente com o método anterior, pode ser aplicado em locais que haja limitação de áreas de aproveitamento, no entanto, é mais dispendioso. É mais utilizado em grandes edifícios comerciais e escolas ou quando o solo é demasiado liso para abertura de trincheiras, fora a diminuição do transtorno na sua aplicação. Nestes furos há dois tubos que estão ligados

na parte inferior da estrutura onde estão instalados, com um para formar uma “volta”. As alças verticais são ligadas ao coletor, colocado em valas, que consequentemente está ligado à bomba de calor. [3]

2.1.3.3. Captação de Aquífero

Aqui a água é recolhida do subsolo num primeiro

furo, para depois de passar pela bomba de calor, ser

devolvida a jusante, mesmo que através de uma nova

perfuração. Neste caso, a bomba de calor tem como

função captar a energia não do solo mas da água que se

encontra entre 10 e 12 graus. Esta opção é praticada

apenas quando todas as normas e regulamentos de

descarga de águas subterrâneas locais são atendidas. [3]

2.2. Método de obtenção direta

O método de obtenção direta de energia geotérmica baseia-se no mesmo princípio que o método apresentado anteriormente, porém em vez de um fluido de trabalho é utilizado a própria água no estado líquido ou gasoso e não há conversão para energia elétrica.

Este método é aplicado através da execução de um furo junto a um reservatório geotérmico de forma a obter-se um fluxo constante de água quente. Desta forma, a água é orientada e transportada para a superfície de forma utilizar diretamente o seu calor para o fim pretendido. Para tal é usado um sistema mecânico composto por uma bomba subterrânea, cujo objetivo é direcionar o fluido para a superfície, e de uma rede de tubagens de aço mas que pode ser de fibra de vidro ou plástico (PVC) pode ser aplicado dado às

pequenas variações de temperatura.

Após o seu aproveitamento, a água é devolvida para o subsolo ou libertada para um depósito através do sistema de eliminação. Contudo, se o furo for artesiano não será necessária a utilização da bomba, uma vez que a água ascende naturalmente derivada às diferenças drásticas de pressão. Porém, se for um sistema de larga escala a sua utilização é indispensável.

Figura 3 - Sistema aberto,

captação de aquífero [3]

Figura 2 – Sistema fechado,

captação vertical [3]


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O fluido usado é água, mas em diferentes estados, nomeadamente, no estado líquido, gasoso, ou uma mistura de duas fases, ou seja, vapor e água líquida, também designado, em termodinâmica, por vapor húmido.

No caso de o fluido ser vapor húmido, é dirigido pelas tubagens para uma zona onde esta é sujeita à separação do vapor e da água líquida. No entanto, existe um problema, do ponto de vista da engenharia, que se coloca no sistema de tubagens responsável pela condução dos fluidos é a variação brusca de temperatura notória entre o subsolo e a superfície, problema que se torna cada vez mais relevante quando a fonte geotérmica se encontra a distâncias muito grandes do local onde a energia é utilizada.

Para transferir a energia calorífica são usados permutadores onde se colocam em contacto a água quente e um fluido de ponto de ebulição inferior ao da água, deste modo este evapora, percorrendo as tubagens que são distribuídas pela instalação que se pretende climatizar; isto permite assim aquecer as divisões da casa com recurso ao calor proveniente do solo. [4] [8] [12]

2.3. Centrais de Energia Geotérmica

A energia geotérmica pode ser convertida em energia elétrica, o que é normalmente efetuado nas centrais geotérmicas, instalações dedicadas exclusivamente à exploração e conversão de energia calorífica proveniente do interior da terra. Este processo de obtenção de energia elétrica liberta menos de 1% do dióxido de carbono produzido por uma central elétrica que use combustíveis fósseis, e são bastante eficientes, uma vez que graças a uma reciclagem de fluidos, que são enviados de novo para a Terra após a sua energia calorífica ser aproveitada, as centrais de energia geotérmica podem funcionar quase sem interrupções. [5]

Existem três tipos de tecnologias típicas nas centrais geotérmicas, que dependem sobretudo do estado do fluido que é possível aproveitar na zona em questão, e da temperatura a que este se encontra. [4]

2.3.1. Vapor direto ou vapor seco

As centrais geotérmicas de vapor seco retiram vapor do subsolo, a aproximadamente 150°C, através de um poço de indução e direcionam-no diretamente para uma turbina, que, por estar acoplada a um gerador, converte a energia mecânica proveniente da rotação da turbina em energia elétrica que pode ser utilizada para diversos fins. Quando o vapor arrefece, existe um canal, o poço de injeção. Esta tecnologia apenas liberta vapor de água em excesso e uma quantidade irrisória de outros gases. [2] [4] [10]

Figura 5 – Esquema de funcionamento de uma

central de energia a vapor direto. [11]


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Figura 6 - Esquema de funcionamento de

uma central de energia de flash de vapor. [12]

Figura 7 - Esquema de funcionamento de uma

central de energia de ciclo binário. [11]

2.3.2. Central de “Vapor flash”

Outras centrais utilizam uma tecnologia

chamada de vapor flash, ou de reevaporação,

permite aproveitar o calor de líquidos

geotérmicas a temperaturas relativamente

elevadas, ou seja, a mais de 180°C. Estes fluidos

são retirados do subsolo através de um poço de

indução, como no método anterior, mas são

direcionados para o chamado tanque “flash”,

que tem uma pressão mais baixa que a pressão

do fluido, que é alta, uma vez que provém do

subsolo. [4]

O vapor flash é libertado de um

condensado quente quando a pressão é

reduzida de forma muito drástica, uma vez que

a pressões baixas o ponto de vaporização da água baixa também. Água a 20°C poderia

evaporar se a pressão a que está submetida fosse suficientemente reduzida. No tanque

“flash”, que tem uma pressão mais reduzida que a do fluido, há uma parte do fluido que

evapora, e é dirigido para a turbina, onde gera eletricidade. No entanto, isto faz com que o

fluido perca energia, e, assim, a única maneira de o vaporizar é submete-lo a um rápido

decréscimo de pressão. O condensado é dirigido para a turbina onde a pressão é muito baixa,

e evapora por isso de uma maneira muito rápida – mudança de estado brusca que é então

designada por “flash” – girando novamente a turbina acoplada a um gerador que converte

energia mecânica em elétrica. O vapor arrefece e ao condensar é dirigido de novo para o

subsolo. Este método apresenta a vantagem de formar vapor de forma muito rápida a partir

de líquidos geotérmicos, e permitindo aproveitar toda a energia do fluido. [2] [7] [11]

2.3.3. Central de Ciclo Binário

Por último, existem centrais geotérmicas que aproveitam a energia do solo através de um processo denominado ciclo binário. Este método difere dos dois processos referidos anteriormente porque a água ou o vapor provenientes do reservatório geotérmico nunca chega a entrar em contacto com a turbina ou com o gerador. [4] Fluidos geotérmicos a temperaturas inferiores a 200°C e um fluido secundário, tipicamente o pentano, o isobutano ou o amoníaco, com um ponto de vaporização muito inferior ao da água passam por um permutador de calor, onde a energia calorífica é transferida de um líquido para o outro. Este calor faz com que o fluido secundário evapore de forma bastante rápida, o que permite movimentar as turbinas e assim os geradores.

As tubagens utilizadas neste sistema são fechadas, ou seja, o líquido geotérmico circula apenas entre o subsolo e o permutador enquanto o fluido secundário apenas entre o permutador e a turbina. Isto é relevante uma vez que permite que, em teoria, os únicos gases


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emitidos para a atmosfera sejam vapor de água. Isto mostra o quão limpa pode ser a energia obtida com recurso ao geotermismo. [2] [4] [11]

3.Vantagens e Desvantagens da energia geotérmica

A energia geotérmica tem muitas vantagens, no entanto o seu aproveitamento é extremamente limitado pelas suas desvantagens. Assim, torna-se necessário perceber quais os problemas a ultrapassar para maximizar o processo de aproveitamento do calor da Terra, assim como os motivos que há para o fazer, efetivamente.

A energia geotérmica é uma energia renovável, pelo que partilha as vantagens genéricas desta categoria de energia. Assim, é praticamente inesgotável, o que motivou o investimento de muitos países fulcrais nas questões de sustentabilidade energética e de inovação tecnológica, como os Estados Unidos da América, a Rússia, o Japão, e ainda de outros países como a Islândia, Noruega, Dinamarca, Coreia do Sul, Paquistão, Israel, Índia, França, China e África do Sul.

No entanto, distingue-se de outras energias renováveis porque é completamente independente das condições climáticas. A sua exploração pode ser feita 24 horas por dia, desde que a central tenha essa capacidade de exploração, e em qualquer clima ou estação, dando assim a possibilidade de obter energia de uma forma contínua ao longo de todo o ano. E, embora as zonas de alta entalpia sejam bastante limitadas, a maior parte das zonas do globo podem, com recursos adequados, explorar de forma constante as energias geotérmicas de baixa entalpia, pelo que os recursos são imensos e divididos pelo planeta. Isto significa ainda que a sua exploração está livre de influências políticas ou económicas, ao contrário do que acontece com, por exemplo, o petróleo, cuja significância e reduzida disponibilidade permitem o controlo de grande parte dos mercados financeiros.

O facto de a sua exploração a nível industrial poder ser feita com recurso a bastante poucos equipamentos implica ainda que é necessária pouca mão de obra, reduzindo assim os custos de exploração a longo prazo. O número reduzido de máquinas significa também que a maior parte das centrais são bastante seguras e estáveis, e ainda que os custos de manutenção e, consequentemente, de obtenção de energia, são bastante reduzidos. A energia geotérmica é, assim, uma energia barata.

É uma área na qual têm sido feitos muitos avanços tecnológicos, o que não deixa obsoletas as tecnologias do passado; a central geotérmica mais antiga está em funcionamento desde 1913.

Além disso, as aplicações desta energia em escala mais reduzida continuam a ser muito válidas até em zonas onde a atividade geotérmica é mais reduzida; as bombas de calor geotérmico, que serão referidas neste projeto, permitem aproveitar temperaturas geotérmicas tão baixas como 15°C.

A energia geotérmica pode também desempenhar um papel importante na crise global de alimentos na sua utilização para aquecimento de estufas, uma vez que esta fonte de calor pode duplicar o rendimento dos cultivos. As emissões de CO2 e SO2 nas centrais geotérmicas de alta temperatura são ainda menores que as das que utilizam combustíveis fósseis convencionais, enquanto que a energia geotérmica de baixa temperatura não é poluente e são apenas necessários algumas centenas de metros quadrados para as instalações, caso estejamos a usar captadores horizontais, ou apenas o espaço ocupado por um poço, no caso dos captadores verticais. Assim concluímos que a energia geotérmica tem poucas


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consequências nefastas a nível ambiental, e bastantes consequências positivas a nível económico.

No entanto, a utilização da energia geotérmica ainda não se encontra bem disseminada pelo planeta todo devido a algumas desvantagens que comporta. Por exemplo, as zonas de alta entalpia, que são aquelas que permitem um maior rendimento energético, só existem em zonas muito específicas do planeta, onde a atividade tectónica é mais dominante. E mesmo nestas zonas, a temperatura do vapor é relativamente baixa, ultrapassando muito raramente os 200°C. Isso provoca um rendimento reduzido no processo de conversão.

Se a zona é de baixa entalpia, o consumo de energia tem de ser numa zona muito próxima da zona de captação, uma vez que quando os fluidos percorrem as tubagens que os transportam até à superfície perdem calor. Se o percurso for muito elevado, o fluido chega a uma temperatura inutilizável ao local de uso.

Podemos também reparar que a natureza corrosiva e o odor desagradável do ácido sulfúrico, muito associado à exploração geotérmica uma vez que este é uma substância típica da atividade sísmica na qual o geotermismo se baseia, são um problema para as localidades circundantes de uma central geotérmica. O odor do ácido pode causar náuseas e acarretar problemas de saúde, apesar de não ser poluente quando libertado na atmosfera. Além disso, a água que se encontra nos depósitos geotérmicos de alta temperatura de alto teor em sal e em gases, o que a torna bastante reativa; apesar de este problema ser resolvido de forma rápida injetando novamente a água no solo, é necessário referir que isto acarreta normas de segurança adicionais. A reatividade deste fluido significa também que a drenagem pode provocar sismicidade de baixa intensidade na zona, provocando abalos de intensidade até 2 na escala de Richter.

Os aquíferos convencionais que se encontrem no subsolo de uma exploração, quer seja a nível particular quer seja a nível industrial, devem ser devidamente protegidos, uma vez que a ascensão de fluidos geotérmicos pode provocar a contaminação desta água pura e potável. Devemos também notar que é necessário um investimento que comporta riscos e investimentos elevados. Se uma projeção falhar e for feita uma exploração de energia geotérmica em zonas onde a entalpia não seja suficientemente alta, a viabilidade do projeto fica extremamente comprometida, pelo que é necessário tempo, fundos e estudos aprofundados para permitir a construção de uma central geotérmica. [1] [13]


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Figura 8 – Pontos de geotermismo relevantes, em Portugal Continental [12]

4. Aplicações da energia geotérmica em território português

Em Portugal, a energia geotérmica é explorada de diferentes formas, caso estejamos a falar de Portugal continental ou dos Açores. Aqui, mais especificamente na Ilha de São Miguel, funciona uma central geotérmica desde a década de 70 que aproveita as altas entalpias da zona, únicas em território português.

No continente, não existem estas temperaturas de subsolo altas, ou seja, só há energia geotérmica de baixa entalpia. Ainda assim, os fluidos de temperatura moderada, de até 100°C que podem ser encontrados aqui, permitem um aproveitamento em várias áreas, nomeadamente a nível industrial, agrícola e de aquecimento. Recentemente, observou-se um acréscimo de interesse em projetos que fazem uso da energia geotérmica disponível. Estabelecimentos termais, unidades hoteleiras, piscinas e estufas agrícolas têm tentado aproveitar a energia calorífica do solo, e alguns desses projetos já se encontram em funcionamento. Dividem-se sobretudo em duas componentes: uma componente que se baseia no aproveitamento de recursos de pólos termais com temperaturas entre 20 e 76°C, e outra que explora aquíferos revelados por furos de reconhecimento petrolífero. Como podemos observar na Figura 8, existem imensos locais em Portugal Continental nos quais o geotermismo é apreciável.

Apesar destes serem projetos recentes, o geotermismo sempre foi premente em Portugal. Existem registos históricos que mostram que as termas e as águas termais tiveram uma grande importância para a Europa romana. Nos Açores, a energia geotérmica também foi sempre de grande importância, uma vez que grande parte da gastronomia local se baseia no cozimento de alimentos com recurso ao calor do solo.

Ainda assim, houve necessidade de desenvolver energias alternativas em Portugal, que permitissem uma certa independência de fontes de energia mais convencionais, como, por exemplo, o petróleo; assim foram


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criados projetos inovadores que aproveitam a energia geotérmica do território português nos casos onde ela é menos reconhecida, ou seja, em zonas onde a entalpia é baixa ou mesmo muito baixa.

De há uns anos a esta parte, tem-se observado uma maior curiosidade e interesse na investigação e realização de estudos tendo em vista o aproveitamento da energia geotérmica, como é exemplo o aquecimento de águas de piscinas, estabelecimentos termais e termas.

Devido aos inúmeros estudos e investigações, nestes últimos anos, têm-se notado grandes desenvolvimentos que possibilitam a melhor e mais eficaz utilização da energia geotérmica. Por outro lado, ainda há muito espaço por onde se poderá progredir.

Dito isto, apesar do desenvolvimento ao longo dos últimos anos, Portugal Continental ainda apresenta um aproveitamento geotérmico baixo, mas com casos específicos e que se destacam pelo que merecem ser referidos:

- No Hospital da Força Aérea foi efetuada uma operação geotérmica com um furo único, destinado à produção de água quente com fins sanitários, de climatização e para fornecer água potável fria. A partir deste furo de 1500 metros de profundidade conseguem-se águas a temperaturas de 50 graus. Foi executado em 1987 e durou aproximadamente nove anos, tendo sido descontinuado devido a problemas de funcionamento da captação da água.

- Nas Caldas de Chaves, foram criadas as Termas de Chaves, reconhecidas pelo facto de terem sido o primeiro projeto, em 1982, cujo uso do calor não teria como objetivo a balneoterapia. A água proveniente destas termas ronda os 73°C e é utilizado para o aquecimento não só da piscina municipal como também de estufas.

- Em S. Pedro do Sul, existe uma central geotérmica que se encontra em funcionamento desde 2001 e é responsável pelo aquecimento do balneário Rainha D. Amélia e de dois hotéis. É a partir de um furo de 500m de profundidade que um grande permutador de calor transfere a temperatura da água mineral natural para a água normal da rede (água não mineral). Para chegar aos consumidores, esta água não mineral aquecida vai para um “coletor de saída” e volta, já fria, através de um “coletor de retorno”, após ter sido utilizada através permutadores secundários dos consumidores, onde perde o seu calor. [14] [15]


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5. Papel da Engenharia Mecânica no contexto da Geotermia

O papel do engenheiro mecânico nas energias renováveis é bastante importante, sendo que este tem de ter desenvolvido as competências técnicas necessárias previamente ao projeto, para que seja capaz da execução, manutenção e funcionamento das máquinas e equipamentos.

É sabido que a Engenharia Mecânica é uma das áreas mais abrangentes ao nível do conhecimento bem como na prática, abrangendo áreas como a cinemática, dinâmica, termodinâmica, materiais, fluidos, energia, acústica, metodologia de projeto, metrologia, processos e métodos de fabricação, entre outras. O engenheiro mecânico tem de ser capaz de fazer o planeamento, desenvolvimento e fabricação de produtos, à semelhança da sua manutenção e assistência técnica.

É também o engenheiro mecânico quem desenvolve partes fulcrais de um projeto de aproveitamento de geotermia, uma vez que é este profissional quem estuda e dimensiona condutas, quem averigua a possibilidade de fugas de água, ou dimensiona as bombas e permutadores necessários às centrais geotérmicas.

Todas estas capacidades podem muito bem ser aplicadas e são bem úteis quando se trata da energia geotérmica onde as variações de temperaturas são instáveis, logo é preciso ter em vista a segurança, a qualidade e eficiência, além da certificação e documentação técnica dos sistemas utilizados.


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6. Conclusão

A energia geotérmica é uma fonte de energia renovável, sendo, por isso, inesgotável e uma alternativa muito válida aos combustíveis fósseis, cujo esgotamento se avizinha, segundo todas as previsões. No entanto, o seu aproveitamento comporta muitas limitações, que só podem ser ultrapassadas através de um trabalho exaustivo no qual os engenheiros desempenham um papel fulcral.

A energia geotérmica é uma fonte muito limpa de energia, libertando uma quantidade muito reduzida de poluentes para a atmosfera, e tem servido para usos deveras variados. Aquele que provavelmente detém mais importância a nível energético e económico passa pela conversão em energia elétrica. Não obstante, certas aplicações menos conhecidas desta fonte de energia, como a climatização de uma casa, se aplicadas em larga escala, poderão reduzir significativamente o custo das famílias e as emissões de gases poluentes implicadas pelo uso de energias convencionais. Apesar disso, há muitas limitações e desafios para a implementação da energia geotérmica na vida quotidiana do cidadão comum. Existem poucos pontos onde a temperatura do subsolo seja alta o suficiente para permitir o seu uso de forma recorrente sem precisar de projetos elaborados de aproveitamento de calor, e, mesmo em zonas de alta entalpia, as temperaturas relativamente baixas do vapor significam que o rendimento do processo de conversão efetuado nas centrais geotérmicas é muito baixo.

Apesar de todos estes desafios, desde 1904 que existem pessoas dedicadas a mudar o mundo através desta fonte de energia alternativa. Tendo nascido em Itália há mais de um século, o processo de conversão de energia calorífica em energia elétrica evoluiu imenso e expandiu-se a países líderes do panorama energético mundial, como os Estados Unidos da América, o Japão, a Rússia e a China. Verificamos assim que o interesse na energia geotérmica se expandiu tanto temporalmente como geograficamente, apesar das muitas dificuldades que o seu aproveitamento comporta, o que só mostra o enorme potencial que o mundo vê nela.

Tendo noção do potencial que a exploração do calor da terra tem, e da dificuldade que há em ultrapassar os desafios do seu aproveitamento eficaz, podemos inferir então que o engenheiro, e mais especificamente, o engenheiro mecânico, é um elemento chave para implementar a energia calorífica da Terra nas nossas vidas.

A energia geotérmica envolve o trabalho conjunto de muitos profissionais. Apesar disso, é a engenharia que possivelmente mais contribui para a inovação neste campo. Sabemos que o calor da Terra aumenta à medida que a profundidade aumenta. Então prova-se necessário encontrar maquinarias que permitam fazer perfurações mais fundas em menos tempo, de forma mais económica e sem riscos para o ambiente. Os permutadores de calor, as turbinas e conversores, as bombas de calor geotérmico são apenas partes de uma panóplia de engenhos sem os quais explorar a energia geotérmica seria completamente impossível, provando-se assim que o engenheiro mecânico é uma parte imprescindível do passado, presente e futuro do geotermismo.


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Energia geotérmicaprojfeup/submit_16_17/uploads/relat_1M06… · Energia geotérmica é a energia calorífica contida debaixo da superfície sólida da Terra, evidenciada pelo afloramento