aula 1 geracao de energia eletrica com usinas hidroeletricas (1)

Unidade 3. Geração de Energia Elétrica com Centrais Hidroelétricas

Conteúdo: 1. Princípio da geração hidrelétrica. 2. Determinação da potência equivalente de um aproveitamento hidrelétrico. 3. Elementos da hidrologia básica aplicada à geração de energia elétrica. 4. Componentes das centrais hidrelétricas. 5. Classificação das Centrais hidrelétricas. 6. Turbinas hidráulicas e suas aplicações. 7. Controle de velocidade de usinas hidrelétricas.

A energia hidrelétrica é o resultado do aproveitamento do curso dos rios e seus desníveis, usando a força da água (energia potencial) para movimentar turbinas que geram energia mecânica, e é transmitida, por fios, à população em forma de energia

elétrica.

O Brasil tem hoje, nas hidrelétricas, sua principal fonte de energia, quase 95% da energia consumida no país é gerada por esse tipo de usina, o restante é proveniente de usinas nucleares e termelétricas. Com seus grandes rios, o país possui o terceiro maior potencial hidráulico do planeta, ficando atrás somente de países como China e Rússia.

As usinas hidrelétricas no Brasil podem ser classificadas quanto à sua potência para geração de energia, em dois tipos: As que produzem de 1 MW (Megawatt) a 30 MW e possuem reservatório com área menor que 3 km² são classificadas como Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH’s). Aquelas que produzem mais que 30 MW são classificadas como Grandes Centrais Hidrelétricas (GCH’s).

Geração de

energia elétrica:

hidrelétrica

http://www.mzweb.com.br/terna/web/images/energia_eletrica.jpg

Geração de

energia elétrica:

hidrelétrica

http://www.mzweb.com.br/terna/web/images/energia_eletrica.jpg

http://www.mzweb.com.br/terna/web/images/energia_eletrica.jpg

http://www.mzweb.com.br/terna/web/images/energia_eletrica.jpg

http://www.mzweb.com.br/terna/web/images/energia_eletrica.jpg

http://www.mzweb.com.br/terna/web/images/energia_eletrica.jpg

PARTES DAS CENTRAIS

PARTES DAS CENTRAIS

FUNCIONAMENTO DAS CENTRAIS

PRESA TUBULAÇÃO

FORZADA TURBINA ALTERNADOR

ENERGÍA

POTENCIAL

ENERGÍA

CINÉTICA

ENERGÍA

MECÁNICA

ENERGÍA

ELÉCTRICA

Classificação das Centrais Hidrelétricas

http://www.mzweb.com.br/terna/web/images/energia_eletrica.jpg

Usina de Balbina, Amazonas.

Usina de Balbina, Amazonas.

Vantagens das hidrelétricas

Apesar do alto custo para a instalação de uma usina hidrelétrica, o preço do seu combustível (a água) é zero. É uma fonte de energia renovável e não emite poluentes, contribuindo assim na luta contra o aquecimento global. E para um país como o Brasil, cortado por imensos rios, torna-se uma fonte de energia vantajosa e altamente sustentável.

Desvantagens das hidrelétricas

Apesar de ser uma fonte renovável e não emitir poluentes, as hidrelétricas causam grande impacto ambiental e social. Para a instalação desse tipo de usina e construção de barragens, que refreiam o curso dos rios, é necessário o alagamento de grandes áreas. Essa prática acaba acarretando problemas à fauna e flora local, como:

Desvantagens das hidrelétricas

a destruição da vegetação natural, assoreamento do leito dos rios, desmoronamento de barreiras, extinção de certas espécies de peixes e torna o ambiente propício a transmissão de doenças como malária e esquistossomose.

Desvantagens das hidrelétricas

Os impactos sociais também são visíveis com o deslocamento das populações ribeirinhas e indígenas, algumas que viviam na região há muitos anos, e são obrigadas a mudar-se por causa do alagamento para a construção dos lagos artificiais. E por serem geralmente construídas distante dos centros de consumo, o processo de transmissão de energia, que dá-se por fios, acaba

tornando-se mais caro.

Desvantagens das hidrelétricas

Quando o nível pluviométrico torna-se menor que o esperado, as hidrelétricas ficam com níveis de água abaixo do requisitado para a produção de energia normal e a geração de energia é transferida para outros tipos de usinas como as termelétricas e nucleares, encarecendo a conta do consumidor.

Desvantagens das hidrelétricas

E apesar de ser uma fonte limpa de energia, apenas 18% da energia mundial é produzida pelas hidrelétricas, pois a maioria dos países não possuem as condições naturais necessárias para a construção dessas usinas.

A água captada no lago formado pela barragem é conduzida até a casa de força

através de canais, túneis e/ou condutos metálicos. Após passar pela turbina hidráulica, na

casa de força, a água é restituída ao leito natural do rio, através do canal de fuga.

http://www.dee.feis.unesp.br/usinaecoeletrica/hidreletrica/conversao.htm

Geração de energia elétrica: hidrelétrica

Perfil esquemático de usina hidrelétrica

Atlas de Energia Elétrica do Brasil - ANEEL

Dessa forma, a potência hidráulica é transformada em potência mecânica

quando a água passa pela turbina, fazendo com que esta gire, e, no gerador - que

também gira acoplado mecanicamente à turbina - a potência mecânica é

transformada em potência elétrica.

A eletricidade produzida nas usinas é transmitida pelos fios até as grandes

cidades. É essa mesma eletricidade que acende os postes de luz e passeia escondida

pelos fios nas ruas.

A turbina hidráulica de impulsão é útil para aproveitar quedas d'água. A

força da água que bate contra a roda faz com que esta gire. Os tubos de pressão

conduzem a água até a turbina.

Geração de energia elétrica: hidrelétrica

Geração de energia elétrica: hidrelétrica

http://www.mzweb.com.br/terna/web/images/energia_eletrica.jpg

Geração de energia elétrica: hidrelétrica

Geração de energia elétrica: hidrelétrica

Geração de energia elétrica: hidrelétrica

Turbinas usadas nas Centrais Hidrelétricas

Aspectos Sócio-ambientais Energia Hidráulica

O aproveitamento de potenciais hidráulicos para a geração de energia elétrica exigiu a formação de grandes reservatórios e, conseqüentemente, a inundação de grandes áreas. Na maioria dos casos, tratava-se de áreas produtivas e (ou) de grande diversidade biológica, exigindo a realocação de grandes contingentes de pessoas e animais silvestres.

A formação de reservatórios de acumulação de água e regularização de vazões provoca alterações no regime das águas e a formação de microclimas, favorecendo certas espécies (não necessariamente as mais importantes) e prejudicando, ou até mesmo extinguindo, outras.

Turbina Pelton

Turbina Francis

Turbina Kaplan

Turbina Banki

TIPOS DE TURBINAS

TURBINA FRANCIS

ROTOR FRANCIS

ROTOR FRANCIS

EIXO FRANCIS

ROTOR KAPLAN

ROTOR KAPLAN

TURBINA TIPO BULBO

KAPLAN

TURBINA HÉLICE

TURBINA KAPLAN

TURBINA PELTON

PELTON AÇO INOX

EIXO PELTON

VERTEDOURO

MÁQUINAS HIDRÁULICAS

1 – INTRODUÇÃO AO ESTUDO DAS MÁQUINAS DE FLUXO ( BOMBAS, TURBINAS, VENTILADORES)

As máquinas que fornecem ou extraem energia de um fluído de modo contínuo, sob a forma de um conjugado de um eixo rotativo, são denominados máquinas de fluxo. As máquinas de fluxo podem ser classificadas segundo vários critérios. Citamos dois: a) Conforme o sentido da transformação de energia.

a1) O fluído cede energia à máquina, que transforma esta energia em trabalho mecânico – MÁQUINA MOTORA Ex.: turbinas, moinhos de vento, etc

a2) A máquina cede energia ao fluído, resultando um aumento de energia do fluído – MÁQUINA GERADORA Ex.: bombas, ventiladores.

OPERAÇÃO DAS MH

CLASSIFICAÇÃO DAS MH

b) Conforme direção do escoamento ( fig. 2 )

b1) RADIAIS: o escoamento é predominantemente radial Ex.: bombas centrífugas

b2) MISTAS: o escoamento é dito diagonal, isto é, parte axial e parte

radial. Ex.: turbina Francis.

b3) AXIAIS: o escoamento é axial. Ex.: ventiladores axiais, turbina hélices ou Kaplan. b4) TANGENCIAS: o escoamento é tangencial. Ex.: turbina Pelton

DIREÇÃO DO FLUXO

MÁQUINA TANGENCIAL

CLASSIFICAÇÃO DAS MH

Las turbinas empleadas en las centrales minihidráulicas se dividen en dos tipos: Turbinas de acción Turbinas de reacción

La turbina de acción es aquella que aprovecha únicamente la velocidad del agua, es decir su energía

cinética. El modelo más habitual es la Pelton, que consta de un disco circular o rodete que tiene montados

unos álabes o cucharas de doble cuenca. También existen otros modelos como la Turgo de inyección lateral y

la de Ossberger o Banki Michell de doble impulsión.Este tipo de turbina se emplea fundamentalmente para el

aprovechamiento hidroeléctrico de salto elevado y pequeño caudal.

La turbina de reacción aprovecha tanto la velocidad del agua como la presión que le resta a la corriente

en el momento de contacto.

Las más utilizadas entre las de reacción son la turbina Francis y la turbina Kaplan. Estas suelen tener cuatro

elementos fundamentales: carcasa o caracol, distribuidor, rodete y tubo de aspiración.

BOMBAS HIDRÁULICAS

FUNCIONAMENTO DE TURBINAS

FUNCIONAMENTO DE TURBINAS