usinas hidrelétricas

USINAS HIDRELÉTRICAS

Antônio João – Carlos Alberto

Construção

No mundo todo, as usinas hidrelétricas produziram

19% da eletricidade consumida em 2005, segundo o

Renewables Global Status Report 2006. As usinas

hidrelétricas produzem um total de 930 mil

megawatts, energia equivalente a cerca de 5 bilhões

de barris de petróleo.

Construção

O Brasil está entre os cinco maiores produtores de

energia hidrelétrica no mundo, segundo Banco de

Informações da Geração(BIG) da Aneel.

Atualmente operam no país 159 usinas

hidrelétricas, que produzem um total de 74,632 mil

MW (novembro/2008).

Em novembro de 2008, as usinas hidrelétricas,

independentemente de seu porte, respondem,

portanto, por 75,68% da potência total instalada

no país, de 102,262 mil MW

Construção

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.

Construção

O cálculo da potência instalada de uma usina éefetuado através de estudos energéticos que sãorealizados por engenheiros mecânicos, eletricistas ecivis. A energia hidráulica é convertida em energiamecânica por meio de uma turbina hidráulica, que porsua vez é convertida em energia elétrica por meio deum gerador, sendo a energia elétrica transmitida parauma ou mais linhas de transmissão que é interligada àrede de distribuição.

Construção

Primeiro, é necessário desviar o rio de seu curso

natural e secar seu leito, para depois iniciar o

trabalho de erguer a barragem e a usina de força.

Nessas realizações, geralmente a quantidade de

mão de obra empregada é muito grande.

Área alagada

com a construção

da Usina

Hidrelétrica de

Jirau.

Construção

A hidrelétrica de Itaipu, por exemplo, na fronteira

entre o Brasil e o Paraguai, mobilizou cerca de

80.000 pessoas, desde operários, técnicos e seus

familiares, até comerciantes e outros profissionais.

Construção

A construção dessa usina (com capacidade para

gerar 12,6 milhões de quilowatts, obtidos através

do represamento de uma área de 1400 km2 )

exigiu sete anos de trabalho, a cooperação entre o

Brasil e o Paraguai, e um investimento de mais de 2

bilhões de dólares.

Construção

Para transformar a força das águas em energia

elétrica, a água represada passa por dutos

forçados, gira a turbina que, por estar interligada

ao eixo do gerador, faz com que este entre em

movimento, gerando a eletricidade.

Tipos de turbinas hidráulicas.

A turbina hidráulica possui uma grande

variedade de formas e tamanhos, efetua a

transformação da energia hidráulica em

energia mecânica. E dividem-se entre quatro

tipos principais: Pelton, Francis, Kaplan, Bulbo.

Tipos de turbinas hidráulicas.

Cada um destes tipos é adaptado para funcionar em

usinas, como uma determinada faixa de altura de

queda. As vazões volumétricas podem ser igualmente

grandes em qualquer uma delas, mas a potência será

proporcional ao produto da queda (H) e da vazão

volumétrica (Q).

16

Tipos de turbinas hidráulicas.

Em todos os tipos há alguns princípios de

funcionamento comuns. A água entra pela

tomada d´àgua, a montante da usina que está

numa nível maior, e é levada através de um

conduto forçado até a entrada da turbina.

17

Tipos de turbinas hidráulicas.

Lá a agua passa por um sistema depalhetas guias móveis, que controlam avazão volumétrica fornecida à turbina.Para se aumentar a potência aspalhetas se abrem, para diminuir apotência elas se fecham. Após passarpor este mecanismo a água chega aorotor da turbina.

18

Classificação dos Tipos de turbinas

hidráulicas.

De acordo com a queda dágua os principais tipos deturbina hidráulica são respectivamente:

Pelton

Francis

Kaplan

Bulbo19

Turbina Pelton.

Essa turbina foi idealizada por volta de 1880

pelo americano Pelton de onde se originou o

nome.

São adequadas para operar entre quedas de

350 m até 1100 m, sendo por isto muito

mais comuns em países montanhosos.

20

Turbina Pelton.

Este modelo de turbina opera com

velocidades de rotação maiores que os

outros, e tem o rotor de característica

bastante distintas. O que se vê é o rotor ao

centro, cercado por bocais.

21

Turbina Pelton.

Cada um bocal é controlado por um servo

motor e tem uma válvula na forma de

agulha para o controle da vazão. Os jatos

de água ao se chocarem com as "conchas"

do rotor geram o impulso.

22

Turbina Pelton.

Um dos maiores problemas destas turbinas, devido à altavelocidade com que a água se choca com o rotor, é aerosão provocada pelo efeito abrasivo da areiamisturada com a água, comum em rios de montanhas. Asturbinas pelton, devido a possibilidade de acionamentoindependente nos diferentes bocais, tem uma curva geralde eficiência plana, que lhe garante boa performance emdiversas condições de operação.

23

Turbina Pelton.

24

Turbina Pelton.

25

Turbina Pelton.

26

Turbina Pelton.

27

Turbina Francis.

A turbina Francis foi idealizada em 1849, tendo o nome do

seu inventor, sendo que a primeira turbina foi construída

pela firma J.M. Voith em 1873, passando desde então por

aperfeiçoamentos constantes.

28

Turbina Francis.

Tem sido aplicada largamente, pelo fato das

suas características cobrirem um grande

campo de rotação específica. Atualmente se

constroem para grandes aproveitamentos,

podendo ultrapassar a potência unitária de

750 MW.

29

Turbina Francis.

A roda Francis apresenta um íntimo contato com aágua que percorre os seus canais, não sendo, poristo, recomendável o seu emprego em usinas cujaágua possua alto teor de sólidos em suspensão, queacarretam excessivo desgaste da roda por erosão.

As turbinas Francis podem ser instaladas de eixohorizontal ou vertical, sendo este último mais comumnas usinas de grande potencia.

30

Turbina Francis.

31

Turbina Francis.

32

Turbina Kaplan.

O conceito de máquinas Kaplan verticais é

possível dentro de uma faixa de queda entre

20 m e 70 m e rotores de 3 a 8 pás cobrem

toda esta faixa operacional.

33

Turbina Kaplan.

As turbinas deste tipo, com pás móveis no rotor,passaram a ser chamadas de turbinas Kaplan,enquanto as pás fixas receberam o nome deturbinas Hélice.

Cada pá está individualmente presa à ogiva,possuindo movimento de rotação em torno de seuspróprio eixo, mudando de ângulo. Este movimentoé simultâneo para todas as pás.

34

Turbina Kaplan.

35

Turbina Bulbo.

A turbina bulbo apresenta-se como umasolução compacta da turbina Kaplan, podendoser utilizada tanto para pequenos quanto paragrandes aproveitamentos. Se caracteriza por tero gerador montado na mesma linha da turbinaem posição quase horizontal e envolto por umcasulo que o protege do fluxo normal da água.

36

Turbina Bulbo.

É empregada na maioria das vezes para

aproveitamentos de baixa queda e quase

sempre a fio d’água. Sua concepção compacta

de uma turbina Kaplan reduz

consideravelmente o volume das obras civis,

tornando a mesma de menor custo.

37

Turbina Bulbo.

38

Custo de instalação da UHE

O preço de uma hidrelétrica pode variar muito, de

acordo com a localização da construção, a

capacidade de geração de energia, o tamanho do

vertedouro, a necessidade de terraplenagem entre

outras coisas, tendo em vista que uma hidrelétrica é

composta por diversas obras.

39

Custo de instalação da UHE Belo Monte

Os estudos de viabilidade técnica e econômica informam uminvestimento global, nos termos do Orçamento PadrãoEletrobrás (OPE), de R$ 17, 3 bilhões. Esse valor estavacotado a preços de dezembro de 2008, sem juros durantea construção e sem incluir custos do sistema de transmissão.A Empresa de Pesquisa Energética (EPE) definiu, em marçode 2010, o custo das obras em R$ 19 bilhões, valorratificado pelo Tribunal de Contas da União (TCU).

40

Custo do MWh

O preço do MWh a ser gerado em Belo está

associado, basicamente, ao custo da usina e do

correspondente sistema de transmissão de uso

exclusivo. Naturalmente, o preço final da energia,

nos centros de consumo, envolve também as tarifas

de uso dos sistemas de transmissão e distribuição

(TUST e TUSD).

41

Quanto mais distante estiver o aproveitamentohidrelétrico dos centros de consumo, maior será o custodo sistema de transmissão. O Brasil já utilizou osprincipais aproveitamentos hidrelétricos mais próximosaos centros de consumo. Com isso, a tendência é quehaja um aumento progressivo no valor devido aoaproveitamento de rios mais distantes. No caso da UHEde Belo Monte, o Ministério de Minas e Energia (MME)definiu o preço mínimo em R$ 83 por MWh.

42

UHE Jirau

Valor total do empreendimento foi definido em R$ 8,7

bilhões pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE)

O aporte de garantias dos investidores para

participação no leilão corresponde a 1% do valor do

investimento, ou seja, aproximadamente R$ 87 milhões.,

com data de referência de outubro de 2007.

43

Processo de geração

A energia potencial associada a um certo volumede água e a uma certa altura de queda éconvertida em energia cinética pela passagempor uma tubulação.

Ao incidir nas pás da turbina esta energia cinéticaé convertida em energia mecânica, resultando nomovimento rotativo do conjunto turbina-gerador.

44

Diagrama Geral de uma Usina Hidrelétrica

45

O Processo de Conversão de Energia

46

Energia Potencial Energia Mecânica

47

No gerador a energia mecânica é

transformada em energia elétrica por meio de

fenômenos eletromagnéticos.

48