Universidade de Coimbra Faculdade de Cincias e Tecnologia Departamento de Engenharia Electrotcnica e de Computadores

Sustent Desenvolvimento Sustentvel

HidroelectricidadeProfessor Anbal Traa de Almeida

Energia HdricaA energia hidrulica fluvial existente na natureza fornecida pelas precipitaes atmosfricas, que resultam da condensao do vapor de gua, sob a forma de chuva, neve, etc. Sendo o resultado das precipitaes, esta forma de energia renovvel e no poluente.

Nas centrais hidroelctricas, a energia potencial gravtica da gua transformada em energia cintica e de presso a qual por sua vez transformada nas turbinas hidroelctricas em energia mecnica que finalmente ser transformada em energia elctrica nos geradores. Para que se possa instalar uma central hidroelctrica para a produo de energia necessrio que se encontrem as condies geogrficas ideais, e ainda que se respeitem certas condies ambientais e outras como por exemplo conservao de patrimnio.

ParmetrosCaudal (vazo, dbito) quantidade de gua que atravessa, por unidade de tempo, uma seco desse curso de gua (m3/s); Caudal Caracterstico Mdio valor cuja durao garantida em 100 dias por ano; Caudal Mximo valor mximo registado num certo perodo de tempo; Caudal Mximo de 10 dias valor em relao ao qual os caudais s so superiores, no mximo, 10 dias em cada ano; Caudal de Estiagem valor em relao ao qual os caudais s so inferiores 10 dias em cada ano; Queda Total diferena entre as cotas mxima e mnima do desnvel, local onde se inicia a queda e onde se realiza a descarga; Queda til queda efectivamente aproveitada pelas turbinas.

ndice de Produtividade HidroelctricaO ndice de produtibilidade hidroelctrica (IPH) mede a relao entre o valor das energias turbinveis afluentes ao conjunto do sistema electroprodutor hdrico num dado ano e o valor mdio das mesmas energias calculado para o conjunto dos 30 regimes hidrolgicos histricos.

IPH >1 ano hmido,

IPH 10 < 10 250 50 h 250 h < 50 m

Classificao Quanto ao Caudal

Designao Grande Caudal Mdio Caudal Pequeno Caudal

Q (m3/s) Q > 100 10 Q 100 Q < 10

Tipos de AproveitamentosOs aproveitamentos hidroelctricos podem ser divididos em dois grandes grupos em funo da sua capacidade de armazenamento de gua. Os aproveitamentos de albufeira os quais possuem um reservatrio onde se pode armazenar uma considervel quantidade de gua e os aproveitamentos a fio de gua cujo reservatrio tem dimenses reduzidas ou no existe. Aproveitamento de fio de gua a barragem no permite armazenar grandes quantidades de gua, as guas que afluem ou so turbinadas ou no so aproveitadas, caudais inconstantes. Aproveitamento de albufeira permitem o armazenamento de grandes volumes de gua, regularizao dos caudais potncias mais ou menos constantes. Aproveitamento com bombagem - dotadas de duas albufeiras a cotas distintas tais que aquela que possui menor cota armazena parte da gua que sai da albufeira de maior cota, a qual j foi turbinada, para mais tarde ser bombeada de novo para esta. Nas horas de maior solicitao de energia, a gua da bacia superior turbinada e depois retida na albufeira inferior e nas horas de vazio bombeada para a bacia superior usando a turbina como motor, se esta for reversvel, ou ento o prprio alternador.

Fio de gua

Durao do esvaziamento menor que 100 horas

Valeira

Passagem de uma cheia por uma barragem de fio de gua e o consequente afogamento dos grupos.

Valeira

Albufeira

Durao do esvaziamento maior ou igual a 100 horas

Alto Lindoso

Alto Lindoso

Albufeira com Bombagem

1 Reservatrio Superior 2 Barragem 3 Galeria de Conduo 4 Chamin de Equilbrio 5 Tubagem Forada 6 Central 7 Turbinas e Geradores 8 Descarga da gua 9 Linhas de Transporte 10 Reservatrio Inferior

Aguieira

Aguieira

Raiva

Raiva

Tipo de Barragens

Gravidade Macia

Gravidade com Contrafortes

Arco-Cpula

Arco Simples

Duplo Arco

Tipo de Comportas

Plana

Plana com Rodas

Plana em Plano

De Segmento

TurbinasAs turbinas so mquinas primrias que tm por misso converter a energia (potencial gravtica e/ou cintica) armazenada na gua ou em qualquer outro fludo em energia mecnica. As turbinas hidrulicas podem ser classificadas em turbinas de aco (funcionam ao ar livre) - Pelton - e turbinas de reaco (funcionam no seio da gua turbinada) - Francis e Kaplan. A escolha da turbina crucial para o bom rendimento da central devendo ser feita de acordo com a altura til da queda, o caudal e a velocidade especfica da turbina. As turbinas necessitam de uma grande manuteno peridica uma vez que sofrem um grande desgaste devido aco da gua, deixando em alguns anos de funcionar de forma rentvel.

Escolha da Turbina

A escolha da turbina resulta da interaco de trs parmetros queda, caudal e potncia.

Escolha da TurbinaAs turbinas hlice so no regulveis e por isso de constituio mais simples e robusta, so mais baratas, e tm menor manuteno. Em contrapartida, no tm a flexibilidade proporcionada pelas turbinas Kaplan, que so regulveis. Esta regulao pode ser dupla mobilidade das ps da roda e do distribuidor ou simples apenas uma possibilidade de regulao. Neste ltimo caso, usual a opo pela regulao das ps da roda, por esta proporcionar uma curva de rendimentos mais plana. Outro factor a ter em conta a variao da queda, que particularmente significativa nos aproveitamentos de baixa e mdia queda. As turbinas Francis e Kaplan so, tambm sob este ponto de vista, melhores do que as turbinas hlice. As primeiras suportam variaes de queda entre 65% e 125% da queda nominal, enquanto a gama de variao da ltima de apenas 90% a 110%.

Turbinas PeltonSo turbinas de aco porque utilizam a velocidade do fluxo de gua para provocar o movimento de rotao. A sua constituio fsica consiste numa roda circular que na sua periferia possui um conjunto de copos ou conchas sobre os quais incide(m), tangencialmente, um(s) jacto(s) de gua dirigido(s) por um ou mais injectores distribudos de forma uniforme na periferia da roda. A potncia mecnica fornecida por estas turbinas regulada pela actuao nas vlvulas de agulha dos injectores. Estas turbinas podem ser de eixo vertical ou horizontal e so utilizadas em aproveitamentos hidroelctricos caracterizados por pequenos caudais e elevadas quedas teis (250 a 2500 m). So turbinas caracterizadas por terem um baixo nmero de rotaes, tendo, no entanto, um rendimento at 93%.

Tipos de Turbinas

Turbinas Pelton

Turbinas PeltonTurbina Pelton com eixo Horizontal Turbina Pelton com seis Injectores

Turbina Pelton com dois injectores

Turbinas PeltonUma turbina Pelton no seu local de trabalho.

Turbina Pelton com eixo vertical

Hdroelctrica equipada com Turbina Pelton

Turbinas FrancisSo turbinas de reaco porque o escoamento na zona da roda se processa a uma presso inferior presso atmosfrica. Esta turbina caracterizada por ter uma roda formada por uma coroa de aletas fixas, as quais constituem uma srie de canais hidrulicos que recebem a gua radialmente e a orientam para a sada do rotor numa direco axial. A entrada na turbina ocorre simultaneamente por mltiplas comportas de admisso dispostas ao redor da roda, e o trabalho exerce-se sobre todas as aletas ao mesmo tempo para fazer rodar a turbina e o gerador. Os outros componentes desta turbina so a cmara de entrada, a qual pode ser aberta ou fechada com uma forma espiral, o distribuidor constitudo por uma roda de aletas fixas ou mveis que regulam o caudal e o tubo de sada da gua. Estas turbinas utilizam-se em quedas teis superiores aos 20 metros, e possuem uma grande adaptabilidade a diferentes quedas e caudais. As turbinas Francis, relativamente s Pelton, tm um rendimento mximo mais elevado, velocidades maiores e menores dimenses.

Turbinas Francis

Algumas turbinas Francis

Turbinas FrancisPrincpio de funcionamento da turbina Francis

Turbina Francis com cmara de carga em espiral.

Hidroelctrica Equipada com Turbina Francis

Turbinas KaplanSo turbinas de reaco, adaptadas s quedas fracas e caudais elevados. So constitudas por uma cmara de entrada que pode ser aberta ou fechada, por um distribuidor e por uma roda com quatro ou cinco ps em forma de hlice. Quando estas ps so fixas diz-se que a turbina do tipo Hlice. Se as ps so mveis o que permite variar o ngulo de ataque por meio de um mecanismo de orientao que controlado pelo regulador da turbina, diz-se que a turbina do tipo Kaplan. As turbinas Kaplan so reguladas atravs da aco do distribuidor e com auxlio da variao do ngulo de ataque das ps do rotor o que lhes confere uma grande capacidade de regulao. As turbinas Kaplan e Hlice tm normalmente o eixo vertical, mas podem existir turbinas deste tipo com eixo horizontal, as quais se designam por turbinas Bolbo.

Turbinas Kaplan

Princpio de funcionamento das turbinas Kaplan.

Turbinas Kaplan

Hidroelctrica Equipada com Turbina Kaplan

Turbinas Banki-MitchellUm outro tipo de turbina de aco usado principalmente na gama das baixas potncias, a turbina BankiMitchell. O seu rendimento inferior aos das turbinas de projecto convencional, mas mantm-se num valor elevado ao longo de uma extensa gama de caudais. Esta caracterstica torna-a adequada operao num espectro largo de caudais.

Aproveitamentos Nacionais

Aproveitamentos Nacionais

Aproveitamentos Nacionais

Potncia Instalada no SEN

Energia Produzida no SEN

Potncia Instalada no SEN em 2000

Potncia Instalada no Sistema Hdrico

Diagrama de Carga - Regime Seco

Diagrama de Carga - Regime Hmido

Precipitao na Pennsula Ibrica

Potencial Aproveitado e Disponvel