central hidroeléctrica
INTRODUÇÃO
O
presente trabalho abordarei sobre “Central Hidroeléctrica” em posteriormente o adjectivo
hidroeléctrico (a) qualifica aquilo que pertence ou que é relativo à
hidroelectricidade. Este termo está relacionado com a electricidade obtida
através da energia hidráulica, que é o tipo de energia gerada pelo movimento da
água. A energia hidráulica ou hídrica, por conseguinte, aproveita a energia
cinética e potencial das quedas de água, das marés e das correntes de água, no
âmbito das energias renováveis, uma vez que não se esgotam com o uso.
CENTRAL
Usina
hidrelétrica, ou central hidroelétrica, é um complexo de projetos de
engenharia civil, elétrica e mecânica, compreendendo as áreas de hidráulica,
estruturas de concreto, geotécnica, geológica, de tecnologia do concreto, de
computação, de controle, de automação, ambiental, florestal, de solos, de
fundações, de materiais, de montagem eletromecânica, etc. Um conjunto de obra e
equipamentos, que tem por finalidade produzir energia elétrica através do
aproveitamento do potencial hidráulico existente em um rio.
As
usinas hidroelétricas funcionam através da pressão da água que gira a turbina,
transformando a energia potencial em energia cinética. Depois de passar pela
turbina o gerador transforma a energia cinética em energia elétrica. Através de
fios e cabos a energia é distribuída, e antes de chegar nas casas e comércios é
transformada em baixa tensão.
As
áreas inundadas para formação do reservatório (lago) a montante e o barramento
do rio, em algumas casos, podem prejudicar pontualmente a fauna e
a flora.
Todavia, os problemas ambientais, na maioria dos casos, são equacionados
satisfatoriamente. A energia hidroelétrica é ainda um tipo de energia mais
barata do que outras, como por exemplo a energia nuclear, e
menos agressiva ambientalmente do que a do petróleo ou
a do carvão,
por exemplo. A viabilidade técnica de cada caso deve ser analisada
individualmente por especialistas em engenharia ambiental e especialista
em engenharia hidráulica, que geralmente para
seus estudos e projetos utilizam modelos
matemáticos, modelos físicos e modelos geográficos.
O
cálculo da potência instalada
de uma usina é efetuado através de estudos de hidro energéticos que são
realizados por engenheiros civis, mecânicos e eletricistas. A energia
hidráulica é convertida em energia mecânica por meio de uma turbina hidráulica, que por sua vez é
convertida em energia elétrica por meio de um gerador,
sendo a energia elétrica transmitida para uma ou mais linhas de transmissão que
é interligada à rede de distribuição.
Um
sistema elétrico de energia é constituído por uma rede interligada por linhas
de transmissão (transporte). Nessa rede estão ligadas as cargas (pontos de
consumo de energia) e os geradores (pontos de produção de energia). Uma central
hidrelétrica é uma instalação ligada à rede de transporte que injeta uma porção
da energia pelas cargas.
A Usina Hidrelétrica de Tucuruí,
por exemplo, constitui-se em uma das maiores obras da engenharia mundial, no
entanto, a UHE Belo Monte, no rio Xingu no estado do Pará, é a maior usina 100%
brasileira em potência instalada, já que a Usina de Itaipu é binacional — tendo esta sido
considerada uma das "Sete Maravilhas do Mundo Moderno" pela American
Society of Civil Engineers (ASCE).
O vertedor de
Tucuruí é o maior do mundo com sua vazão de projeto calculada para a enchente
de camilenar de 110.000 m³/s, pode, no limite dar passagem à vazão de até
120.000 m³/s. Esta vazão só será igualada pelo vertedor da Usina de Três Gargantas na
China. Tanto o projeto civil como a construção de Tucuruí e
da Usina de Itaipu foram totalmente realizados por firmas brasileiras,
entretanto, devido às maiores complexidades o projeto e fabricação dos
equipamentos eletromecânicos, responsáveis pela geração de energia, foram
realizados por empresas multinacionais.
TURBINA
Turbina é
instruída para captar e converter energia mecânica e térmica contida em um
fluido em trabalho de eixo. Os principais tipos encontrados são:
A
forma construtiva básica é a mesma para todos os tipos: um rotor dotado
de um certo número de pás ou palhetas ligado
a um eixo que gira sobre um conjunto de mancais de deslizamento ou mancais de pastilha (mancais de rolamento,
por questões de durabilidade não são usados).
As
turbinas podem ser usadas para movimentar um outro equipamento mecânico
rotativo, como uma bomba, compressor ou ventilador, ou podem ser usadas para a
geração de eletricidade, e nesse caso são ligadas a um gerador.
Também têm aplicação na propulsão naval e aeronáutica.
Todos
os tipos podem ter uma rotação fixa ou variável, dentro de uma determinada
faixa. Contudo, quando são usadas para geração de energia elétrica a rotação
costuma ser mantida num valor fixo para manter a frequência da rede constante.
A
principal diferença entre os diversos tipos é o fluido de trabalho. Em
decorrência disso, é claro, há outras, tais como a temperatura máxima de
operação, a potência
máxima, a vazão mássica de fluido, a pressão de
trabalho, os detalhes construtivos e as dimensões.
As
maiores já construídas em termos de dimensões são as turbinas hidráulicas; as
que trabalham a maiores temperaturas são as turbinas a gás, e as que são
submetidas a maior pressão são as turbinas a vapor.
Todos
os tipos possuem aplicação em uma ampla faixa de potência, que pode variar de
300 kW,
para acionamento de ventiladores, até 1200 MW, estas últimas em instalações
nucleares.
As
turbinas tem 2 aspectos principais que as caracterizam:
·
Potência
·
Eficiência
GERADOR
Gerador é
um dispositivo utilizado
para a conversão da energia mecânica, química ou
outra forma de energia em energia elétrica.
CARACTERÍSTICAS
O tipo mais comum de gerador
elétrico, o dínamo
(gerador de corrente contínua) de uma bicicleta,
depende da indução eletromagnética para converter energia mecânica em energia
elétrica, a lei básica de indução eletromagnética é baseada na Lei de Faraday de indução combinada
com a Lei de Ampere que são
matematicamente expressas pela 3º e 4º equações de Maxwell respectivamente.
O
dínamo funciona convertendo a energia mecânica contida na rotação do eixo do
mesmo que faz com que a intensidade de um campo magnético produzido por umimã permanente que
atravessa um conjunto de enrolamentos varie no tempo, o que pela Lei da indução
de Faraday leva a indução de tensões nos terminais dos mesmos.
A energia mecânica (muitas vezes
proveniente de uma turbina hidráulica, à gás ou a vapor) é
utilizada para fazer girar o rotor, o
qual induz uma tensão nos terminais dos enrolamentos que ao serem conectados a
cargas levam a circulação de correntes elétricas pelos enrolamentos e
pela carga.
No
caso de um gerador que fornece uma corrente contínua, um interruptor mecânico
ou anel comutador alterna
o sentido da corrente de forma que a mesma permaneça unidirecional independente
do sentido da posição da força eletromotriz induzida pelo campo.
Os grandes geradores das usinas geradoras de
energia elétrica fornecem corrente alternada e utilizam turbinas
hidráulicas e geradores síncronos.
Há
muitos outros tipos de geradores elétricos. Geradores eletrostáticos como
a máquina de Wimshurst, e em uma escala
maior, os geradores de van de Graaff,
são principalmente utilizados em trabalhos especializados que exigem tensões muito altas, mas com uma
baixa corrente e potências não
muito elevadas. Isso se deve pelo fato de nesses tipos de gerador, a densidade
volumétrica de energia não é pequena, ou seja, para que se tenha uma grande
quantidade de energia sendo convertida é necessário um grande volume por parte
da estrutura do gerador.
O
mesmo não ocorre nos geradores que operam baseados em princípios
eletromagnéticos pois os mesmos permitem uma
concentração volumétrica de energia bem maior.
BARRAGEM
Uma barragem, açude ou represa,
é uma barreira artificial, feita em cursos de água para
a retenção de grandes quantidades de água. A sua utilização é sobretudo para o
abastecimento de água zonas residenciais, agrícolas, industriais,
produção de energia elétrica (energia hidráulica), ou regularização de
um caudal.
HISTÓRIA
As
barragens foram, desde o início da civilização,
fundamentais ao desenvolvimento da espécie humana. A sua construção visava
sobretudo a combater a escassez de água no período seco de
forma mais ou menos empírica. Em nível mundial, algumas das barragens mais
antigas de que há conhecimento situavam-se, por exemplo, no Egipto, Médio Oriente e Índia.
Na Índia,
apareceram barragens de aterro de perfil homogéneo
com descarregadores de cheias para
evitar acidentes provocados pelo galgamento das barragens. Com a Revolução Industrial, houve a necessidade
de se construir um crescente número de barragens, o que permitiu o progressivo
aperfeiçoamento das técnicas de projecto e construção. Apareceram, então, as
primeiras barragens de aterro modernas, assim como as barragens de betão.
IMPACTOS SOCIO AMBIENTAIS
As
barragens costumam inundar uma longa extensão de terras habitáveis. Isso faz
com que muitas pessoas sejam desalojadas e tribos indígenas,
fauna e flora completamente dizimadas. Por isso, deve haver a discussão sobre a
real necessidade das barragens, bem como formas de minimizar o seu impacto
socioambiental. É o que acontece atualmente, por exemplo, no caso da construção
da Usina Hidrelétrica de Belo Monte,
no Brasil.
ELEMENTOS DA BARRAGEM E ÓRGÃOS
HIDRÁULICA
·
Paramentos ou Barramentos
–
as superfícies mais ou menos verticais que limitam o corpo da barragem: o
paramento de montante, em contacto com a água, e o paramento de jusante.
·
Coroamento
–
a superfície que delimita superiormente o corpo da barragem.
·
Encontros
–
as superfícies laterais de contacto com as margens do rio.
·
Fundação
–
a superfície inferior de contacto com o fundo do rio.
·
Descarregador
de cheia ou Vertedouro – o órgão hidráulico para
descarga da água em excesso na albufeira em período de cheia, em caso de
atingir a cota máxima do reservatório
·
Tomadas
de água – os órgãos hidráulicos de extracção de água
da albufeira para utilização.
·
Descarregador
de fundo – o órgão hidráulico para esvaziamento da
albufeira ou manutenção do caudal ecológico a jusante da barragem.
·
Eclusas ou Comportas
–
órgão hidráulico que regula a entrada e saída de água entre a montante e a
jusante da barragem e permite à navegação fluvial vencer o desnível imposto
pela barragem.
·
Escada
de peixes – órgão hidráulico que permite aos peixes
vencer o desnível imposto pela barragem.
TIPOS DE BARRAGEM
As
barragens são feitas de forma a acumularem o máximo de água possível, tanto
através da chuva como também pela captação da água caudal do rio existente.
Faz-se a barragem unindo as duas |margens aprisionando a água
na albufeira(represa artificial das
águas correntes ou pluviais, para irrigação). As barragens são muito
importantes para o mundo moderno, pois são elas que permitem que haja água potável canalizada
nas grande metrópoles
mundiais. Contudo, toda a zona onde a barragem e a sua albufeira
se encontram e também a área circundante, nomeadamente a jusante,
por onde o rio passava, é afectada. É por esse facto que antes de se construir
uma barragem é necessário fazer estudos de impacto ambiental.
Dessa forma, a barragem deixa passar um caudal ecológico que tem como
função preservar os ecossistemas já
existentes no rio e respectivas margens.
A
construção de uma barragem tem sempre de passar por quatro etapas fundamentais:
o projecto, a construção, a exploração e a observação. No projecto é
determinado, após estudos no local e estudos relativos à rentabilidade da
barragem, o tipo de barragem a construir. Desta forma, podemos dividi-las em
dois grupos essenciais relativamente ao material de que são constituídas:
Barragem de betão
As
barragens de betão feitas em vales apertados pois a resistência do betão tem
algumas limitações relativamente ao comprimento da barragem. Apesar de muito
resistentes, estas barragens são também muito vulneráveis a certos tipos de
situações. Se houver algum erro de projecção e a barragem fender pode ter
consequências catastróficas. Já numa situação de galgamento pela água da
albufeira não é tão prejudicial. Podemos definir dois tipos de barragem de
betão tendo a forma como são construídas.
·
Barragem de gravidade: nesse tipo de
construção a força que mantém a barragem em vigor contra o impulso da água é a
gravidade da Terra.
·
Barragem em arco:
são construídas em vales mais apertados, podendo desta forma a altura ser maior
que a largura. A primeiro barragem desse tipo foi construído pelos romanos na França em
meados do século 1 a.C.
Barragem de aterro
Uma barragem
de aterro é, como o próprio nome indica, um aterro, ou seja, é uma
barreira de terra e/ou rocha que funciona de modo a reter a água. Ao contrário
de uma barragem de betão, uma barragem de aterro não suporta bem o galgamento
pela água e pode mesmo ter efeitos catastróficos. Já no caso de fendilhação, a
barragem de aterro fica mais estável que uma de betão.
FUNCIONAMENTO CENTRAL HIDROELÉCTRICA
As
centrais hidroeléctricas utilizam a água como fonte de energia. Esta é
produzida por meio do aproveitamento do potencial hidráulico existente nos
rios, utilizando desníveis naturais, como quedas de água, ou artificiais,
produzidos pelo desvio do curso original do rio (caso das barragens).
A
produção deste tipo de energia é principalmente efectuada através de centrais
hidroeléctricas, que consistem na construção de barragens, que desviam uma
parte do caudal do rio, para o devolver num local desnivelado, onde as turbinas
são instaladas. A água que corre sob pressão é transferida para as pás das
turbinas, fazendo-as mover, e estas, por sua vez, accionam os ímanes dos
geradores eléctricos. Estes transformam energia mecânica em energia eléctrica
que, posteriormente, é transportada para os diferentes locais, através das
linhas de transporte.
No
entanto, a construção de barragens apresenta a desvantagem de alterar o curso
natural de um rio, causando assim interferências nos ciclos naturais, como a
reprodução e dispersão de peixes e outros animais aquáticos.
Para
a produção de energia eléctrica em Portugal, obtida a partir das várias fontes
energéticas, a energia hídrica contribui com cerca de 30%.
CONCLUSÃO
Dá-se
o nome de central hidroeléctrica a qualquer infra-estrutura que utiliza a
energia hidráulica para produzir energia eléctrica. O seu funcionamento tem por
base uma queda de água que gera dois níveis de um leito: quando a água cai do
nível superior para o inferior, passa por uma turbina hidráulica que transmite
a energia para um gerador para depois a transformar em energia eléctrica.
A
exploração da energia hidráulica através de uma central hidroeléctrica pode
ocorrer de duas grandes formas. Por um lado, é possível desviar um rio para
aproveitar a velocidade do seu fluxo e gerar energia eléctrica. Por outro,
pode-se construir uma represa e interceptar a corrente de água.
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