Energia Hidrelétrica - Fontes de Energia

A demanda global por energia aumentou nos últimos 150 anos, acompanhando o

desenvolvimento industrial e o crescimento populacional. Especialistas preveem que a

sede por energia deve continuar a crescer em ao menos 50% até 2030, à medida em que

países em desenvolvimento como a china e a índia procurarem manter seu rápido

crescimento econômico.

Também tem aumentado a preocupação sobre o impacto ambiental desses combustíveis.

Os maiores especialistas em clima alertam que as emissões de gases do efeito estufa,

criados pela queima de combustíveis fósseis e por outras atividades humanas, precisam

ser reduzidas substancialmente para evitar mudanças climáticas perigosas.

As fontes alternativas ou renováveis de energia tem uma posição cada vezmais destacada na matriz energética que se planeja para nações eorganizações. Os exemplos mais comuns são a energia solar (através dopainel solar e das células fotovoltaicas), a energia eólica (através de turbinaseólicas e cata-ventos), a biomassa (matéria orgânica de origem vegetal) e aenergia hídrica (desde rodas de água, até as turbinas de hidrelétricas)

Existem ainda outras fontes renováveis de energia, como o hidrogênio,abundante na natureza e que pode produzir eletricidade em pilhas. Há aenergia geotérmica associada a fontes de vulcanismo, de uso extensivo nojapão devido a sua localização geológica, e ainda a utilização da energia dasmarés.

ENERGIA HIDRELÉTRICA - A GERAÇÃO HIDRELÉTRICA.Utiliza o movimento e queda d’água de rios para geração de energia elétrica.

Conversão HidroelétricaTurbina Gerador

Energia Cinética Energia Mecânica Energia Elétrica

A energia elétrica em uma usinahidroelétrica é gerada pela passagem daágua através de uma turbina, acoplada aum gerador síncrono de polos salientes,formando o conjunto turbo-gerador. Oconjunto, turbina gerador gira avelocidades relativamente baixas, de 50 a300 rpm, quando comparadas às turbinas avapor. O eixo da turbina está diretamenteligado ao eixo do rotor do gerador.

O número de par de Pólos dos geradores é relativamente grande:

n = 120f p

n → velocidade angular em rpm

f → freqüência em hz

p → número de pares de pólos.

A quantidade de energia produzida é proporcional à: - vazão da água - altura do nível do reservatório

P = ρ . Q . H . g . ɳ (kw)

P → potência em kw

ρ → densidade da água em kg/m3

Q → vazão da água em m3/s

H → altura da coluna d’água em m

g → aceleração da gravidade m/s2

ɳ → rendimento do sistema por unidade.

Para controlar a potência elétrica do conjunto, são usados reguladores: detensão que controlam a tensão nos terminais do gerador, atuando na tensãoaplicada (e, portanto, na corrente) no enrolamento do rotor (enrolamentode excitação, de velocidade, que controlam a frequência, através davariação da potência, atuando na válvula de entrada de água na turbina.

A água captada no lago formado pela barragem é conduzida até a casa deforça através de canais, túneis ou condutores metálicos. Após passar pelaturbina hidráulica, na casa de força, a água é restituída ao leito natural dorio, através do canal de fuga.

Uma planta hidrelétrica é formada por um conjunto de elementos, dentreos quais destacamos os elementos básicos.

Barreira ou represa:

Local onde fica armazenada a água que irá gerar a energia e é, na maioriadas vezes, aproveitada para atividades de lazer e para atividade pesqueirapela população local. Também é, ao mesmo tempo, o maior responsávelpelo impacto ambiental que uma usina causa.

Canal de passagem da água:

É por ode a água passa assim que a comporta de controle é aberta,enviando agua para o duto que a levará até as turbinas. O canal deve teraltura suficiente para que se tire proveito da energia cinética realizada pelaágua em queda.

Turbinas:

São as responsáveis diretas pela produção de energia. A água passa pelasturbinas, realizando movimento mecânico das turbinas. Elas possuem umasérie de ímãs que produzem corrente elétrica. As rotações mais comuns deuma turbina giram em torno de 90RPM. As formas das turbinas podemvariar de acordo com a vazão da água. Os tipos mais comuns são: Pelton,Francis, Kaplan e Bulbo.

Transformador elevador:

Utilizado para aumentar a tensão da corrente elétrica até um níveladequado à sua condução até os centros de consumo.

Fluxo de saída (ou tubo de sucção):

Canal que conduz a água da turbina até a jusante do rio.

Linhas de transmissão:

Linhas que distribuem a energia gerada até os centros de consumo.

Vertedouro:

Local por onde a água desce quando a represa está em sua capacidade dearmazenamento máximo, geralmente em dias de cheia ou em virtude daocorrência de chuvas intensas. Comandos acionam a abertura das portas dovertedouro para que a água excedente escoe para a outra parte do rio.

Tomada d’água:

Destinada a captar a água necessária ao funcionamento das turbinashidráulicas. A tomada d’água deve conter dispositivos para eliminar ou retero material sólido transportado pela água que poderiam danificar asturbinas. As tomadas d’água podem ser de superfície ou afogadas. Faz parteda tomada d’água: adutores (condutos forçados), comportas, stop logs esistema de acionamento.

TURBINAS HIDRELÉTRICASDe acordo com a queda d’água os principais tipos de turbina hidráulica sãorespectivamente: -

Pelton;

Francis;

Kaplan;

Bulbo

As turbinas hidráulicas podem ser classificadas como:

− TURBINAS DE AÇÃO (OU IMPULSO): Aquela em que o trabalho mecânico éobtido pela obtenção da energia cinética da água em escoamento através do rotor. Asturbinas de ação são as do tipo pelton.

− TURBINAS DE REAÇÃO (OU PROPULSÃO): São turbinas em que o trabalhomecânico é obtido pela transformação das energias cinéticas e de pressão da água emescoamento através do rotor. As turbinas de reação são as do tipo francis e kaplan.

MAQUINA DE AÇÃO PELTON

O escoamento surge de um oríficio, fazendo com que toda a energia setransforme em velocidade, atingindo o rotor na forma de um jato.

MÁQUINAS DE REAÇÃO – FRANCISO ESCOAMENTO PASSA ENTRE AS PÁS, CRIANDO UM CAMPO DE PRESSÃO.

TURBINAS PELTON:

São turbinas de ação porque utilizam a velocidade do fluxo de água paraprovocar o movimento de rotação. São adequadas para operar entre quedasde 350 m até 1100 m, sendo por isto muito mais comuns em paísesmontanhosos. Este modelo de turbina opera com velocidades de rotaçãomaiores que os outros, e tem o rotor de característica bastante distintas.

TURBINA FRANCIS:

Tem sido aplicada largamente, pelo fato das suas características cobriremum grande campo de rotação específica. Atualmente se constroem paragrandes aproveitamentos, podendo ultrapassar a potência unitária de 750MW. É uma típica turbina de reação, pois recebe água sob pressão nadireção radial e descarrega numa direção axial, havendo transformaçãotanto de energia cinética como de energia de pressão em trabalho.

TURBINA KAPLAN E HÉLICE:

São turbinas de reação, adaptadas às quedas fracas e caudais elevados. Sãoconstituídas por uma câmara de entrada que pode ser aberta ou fechada,por um distribuidor e por uma roda com quatro ou cinco pás em forma dehélice. Quando estas pás são fixas diz-se que a turbina é do tipo hélice. Se aspás são móveis, o que permite variar o ângulo de ataque por meio de ummecanismo de orientação que é controlado pelo regulador da turbina, diz-seque a turbina é do tipo kaplan.

Turbinas bulbo

Operam em quedas abaixo de 20 m. Foram inventadas na década de 30 eaplicadas na década de 1960, na França, para a usina maremotriz de la rancee depois desenvolvidas para outras finalidades. Possui a turbina similar auma turbina kaplan horizontal, porém devido à baixa queda, o geradorhidráulico encontra-se em um bulbo por onde a água flui ao seu redor antesde chegar às pás da turbina.

UMA DAS TURBINAS DE ITAIPU SENDO INSTALADA

Todo dispositivo cuja finalidade é produzir energia elétrica à custa deenergia mecânica constitui uma máquina geradora de energia elétrica (diz-se também, impropriamente, máquina geradora de eletricidade.

O funcionamento dessas máquinas se baseia ou em fenômenoseletrostáticos (como no caso do gerador Van de Graaff), ou na induçãoeletromagnética (como no caso do disco de Faraday).

Nas aplicações industriais a energia elétrica provém quase exclusivamentede geradores mecânicos cujo princípio é o fenômeno da induçãoeletromagnética (e dos quais o disco de Faraday é um simples precursor); osgeradores mecânicos de corrente alternante são tambémdenominados alternadores; os geradores mecânicos de corrente contínuasão também denominados dínamos.

Numa máquina elétrica (seja gerador ou motor), distinguem-se essencialmenteduas partes, a saber: o estator, conjunto de órgãos ligados rigidamente à carcaça eo rotor, sistema rígido que gira em torno de um eixo apoiado em mancais fixos nacarcaça. Sob ponto dê vista funcional distinguem-se o indutor, que produz ocampo magnético, e o induzido que engendra a corrente induzida.

No dínamo o rotor é o induzido e o estator é o indutor; nos alternador dá-segeralmente o contrario.

A corrente induzida produz campo magnético que, em acordo com a lei de lenz,exerce forças contrárias à rotação do rotor; por isso em dínamos e alternadores, orotor precisa ser acionado mecanicamente. O mesmo concluímos do princípio deconservação da energia: a energia elétrica extraída da máquina, acrescida deeventuais perdas, é compensada por suprimento de energia mecânica.