Paulo Moiss Almeida da CostaProduo de Energia ElctricaEscola Superior de Tecnologia de Viseu - 1999

Produo de Energia ElctricaA energia hoje, sem qualquer dvida, um bem essencial e indispensvel ao ser humano.

De entre os diferentes tipo de energia que o homem utiliza, a energia elctrica tem, sem sombra de dvida, uma preponderncia acentuada.

A maior quantidade da energia elctrica produzida em instalaes prprias para o efeito a que se d o nome de centrais de produo de energia elctrica.

Uma central elctrica uma instalao capaz de converter energia mecnica obtida a partir de outras fontes de energia primria em energia elctrica.

A energia primria pode advir da energia armazenada na gua, (potencial gravtica e cintica), da combusto de carvo, gs natural, fuel, resduos florestais, ou qualquer outro combustvel adequado, do vento, do mar, do sol, da fisso nuclear

A produo da energia elctrica fica a cargo de geradores elctricos, que podem ser de corrente contnua ou de corrente alternada. De entre os ltimos, temos as mquinas sncronas e as mquinas de induo.

Sem dvida que a grande maioria da energia elctrica produzida no mundo produzida pelas mquinas sncronas.

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Produo de Energia ElctricaAs mquinas geradoras de energia elctrica so accionadas pelas mquinas primrias ou turbinas, as quais podem ser hidrulicas, de gs,

Ao conjunto Turbina-Gerador d-se o nome Grupo Gerador.

Existem diversos tipos de centrais produtoras de energia elctrica, umas mais convencionais, outras de tecnologia mais recente e que procuram aproveitar novas formas de produzir energia de forma mais econmica e/ou mais ecolgica que a queima de combustveis fsseis.

Neste ltimo ponto incluem-se os aproveitamentos elicos, solares, geotrmicas, maremotrizes, hidrulicos de dimenso reduzida (micro-aproveitamentos e pequenos aproveitamentos), cogerao,

O aproveitamento de outras formas de energia prende-se tambm com problemas ligados com a diversificao e reduo da dependncia energtica de determinados pases bem como com o futuro desaparecimento dos combustveis fsseis.

Portugal um pas muito dependente do exterior em termos de energia, importando cerca de 80% da energia que necessita , sendo o petrleo responsvel por cerca de 85% dessas importaes.

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Produo de Energia ElctricaPara alm dos custos financeiros e de risco que tm os combustveis fsseis para pases como Portugal, em termos ambientais esta uma fonte de energia altamente poluidora, alm de no renovvel.

Os custos de risco para pases como Portugal ligam-se com eventuais crises petrolferas como as sucedidas na dcada de 70.

Tendo em conta o exposto perfeitamente compreensvel que o nosso pas procure diminuir a sua dependncia do petrleo diversificando as fontes primrias de energia.

Com tal intuito, tm-se vindo a introduzir em Portugal o gs natural, bem como a apoiar (financeiramente) a construo de pequenos aproveitamentos hidroelctricos e de cogerao, bem como aproveitamentos de outras formas de energia.

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Produo de Energia ElctricaCentrais Hidroelctricas:

Nas centrais com grandes albufeiras, a energia potncia gravtica da gua transformada em energia cintica a qual por sua vez transformada nas turbinas hidroelctricas em energia mecnica que finalmente ser transformada em energia elctrica nos geradores.

As albufeiras das centrais hidroelctricas so construdas sobre o leito de rios, mas o edifcio onde se instalam os equipamentos produtores de energia podem estar mais ou menos afastados da albufeira.

A albufeira que pode ter maior ou menor capacidade de armazenamento de gua a qual ser depois turbinada.

Note-se que, 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.

So as centrais em que se aproveita a energia potencial gravtica e/ou cintica da gua.

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Produo de Energia ElctricaA figura que se segue mostra uma central hidroelctrica onde se pode observar que o edifcio onde esto instaladas as mquinas produtoras de energia se encontra relativamente afastado da albufeira.

Este procedimento, justifica-se pela necessidade de aumentar a queda til da gua, a qual directamente influncia a quantidade de energia que se pode produzir, como veremos.

Obviamente, a distncia entre os grupos geradores e a albufeira pode assumir um qualquer valor de entre aqueles que so tcnico-economicamente aceitveis.

No podemos esquecer-nos que a abertura de um tnel para conduo da gua at aos grupos geradores representa custos muito elevados, que tm de ser compensados pelo aumento da energia contida na gua resultante de uma maior queda.

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Produo de Energia ElctricaNote-se tambm que, a conduta de ligao entre a albufeira e os grupos geradores pode no ser constituda por um tnel subterrneo mas sim por uma conduta metlica (ao), superfcie.

A albufeira de uma central hidroelctrica um sistema de armazenamento de energia, uma vez que a gua s ser turbinada consoante as necessidades do sistema a que a central se interliga.

Por vezes a albufeira funciona tambm como reserva estratgica, no s de energia como tambm de gua para regas e consumo humano. Escavao de um tnel para instalao de conduta forada uma central hidroelctrica.Vista area da represa Caonillas en Utuado, Porto Rico, onde se v a albufeira e direita, a conduta forada superfcie.

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Produo de Energia ElctricaExistem centrais hidroelctricas dotadas de uma capacidade especial que consiste na possibilidade de bombearem parte da gua j turbinada de novo para a albufeira.

Estas centrais so 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.

A Aguieira, aqui bem perto de ns

Imagem retirada do site da EDP, cujo endereo : http://www.edp.pt/edp/grupo_edp/grupomain.htm

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Produo de Energia ElctricaComo j referimos, as centrais hidroelctricas transformam a energia potencial gravtica da gua em energia elctrica.

Mas afinal como se pode estimar a quantidade de energia de uma determinada quantidade de gua?

A quantificao da energia que se estima produzir atravs de construo de um aproveitamento hidroelctrico depende do valor da potncia a instalar e do nmero de horas que se estima para o funcionamento da central.

Por outro lado, a potncia a instalar depende do valor da queda, ou desnvel topogrfico conseguido na implantao da obra, e do caudal, o qual, como bvio varia com o tempo.

Deve-se assim estudar com adequado rigor a conjugao destas duas variveis, de forma a garantir que a sua combinao proporcione valores de potncia e de energia teis que justificam, do ponto de vista econmico a construo de um determinado aproveitamento hidroelctrico.

Como sabemos das leis da fsica, uma massa de gua m, situada a uma altura h, possu, uma energia potencial gravtica dada pela expresso: Ep = m*g*h

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Produo de Energia Elctricaonde m a massa de gua, g a acelerao da gravidade e h a altura bruta da queda de gua. Teoricamente, a potncia a instalar seria:

onde Pt a potncia terica a instalar, V o volume de gua, r a massa volumica da gua e dV/dt = Q o caudal.

Claro que a potncia til no igual ao valor da potncia terica, uma vez que o sistema tem perdas de energia no circuito hidrulico (nas condutas, grelhas, e nas turbinas), as quais so expressas atravs da diminuio do valor da queda bruta, obtendo-se um novo valor de queda a que se designa por queda til.

Alm disso, o prprio gerador tem tambm perdas.

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Produo de Energia ElctricaAssim, a potncia til Pu dada pela expresso:

Pu = r * g * * hu * Q

onde o rendimento do gerador e hu a queda til.

A queda til dada pela expresso:

hu = h - hpem que hp representa a perda de energia ao longo do circuito hidrulico, incluindo a turbina.

Assim a energia ser quantificada por :

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Produo de Energia ElctricaComo facilmente nos apercebemos, a partir do exposto anteriormente, a potncia e a produo de energia de uma central hidroelctrica depende dos caudais ocorridos e da queda til do empreendimento.

Mais ainda, no estudo para implementao de uma central deste tipo no basta caracterizar a variabilidade de ocorrncia dos caudais no que respeita sua magnitude, mas tambm o intervalo de tempo em que os mesmos ocorrem.

Fcil de compreender que uma caudal de grande magnitude no bom se ocorrer durante perodos de tempo muito curtos.

O estudo tcnico-econmico que antecede a construo de uma central hidroelctrica tem, forosamente que incluir uma parte dedicada evoluo dos valores dos caudais.

Se admitirmos que a massa volmica da gua de 1000 Kg/m3, que a acelerao da gravidade de 10 m/s2 e que o rendimento global do sistema de 80 %, temos que:

Pu = 8000*Q*h (W) = 8*Q*h (kWh)

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Produo de Energia ElctricaA partir desta expresso, podemos com facilidade concluir que para um mesmo caudal, a potncia ser tanto maior quanto maior for a queda.

Assim se justifica que por vezes se tenham de abrir condutas subterrneas, ou constru-las superfcie, ficando os grupos geradores mais ou menos afastados da albufeira em funo dos estudos tcnico-econmicos, das condies geogrficas e eventualmente outras.

A figura que se segue apresenta, em corte, a estrutura bsica de uma central hidroelctrica:

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Produo de Energia Elctrica.Imagem digitalizada a partir de um folheto promocional da ABB

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Produo de Energia ElctricaMais uma representao em corte de uma hidroelctrica, onde se destaca a conduta forada. Fonte: http://www.fe.up.pt/~leec2002/cadeiras/see1/see.html

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Produo de Energia ElctricaA imagem que se segue mostra a estrutura de uma hidroelctrica equipada com uma turbina peltonFonte: http://www.fe.up.pt/~leec2002/cadeiras/see1/see.html

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Produo de Energia ElctricaIdem mas com turbina Francis.Fonte: http://www.fe.up.pt/~leec2002/cadeiras/see1/see.html

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Produo de Energia ElctricaIdem com uma turbina Kaplan.Fonte: http://www.fe.up.pt/~leec2002/cadeiras/see1/see.html

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Produo de Energia ElctricaDiferentes tipos de reteno de gua...Fonte: http://www.fe.up.pt/~leec2002/cadeiras/see1/see.html

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Produo de Energia ElctricaA figura que se segue mostra uma central hidroelctrica com bombagem de gua: Fonte: http://www.fe.up.pt/~leec2002/cadeiras/see1/see.html

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Produo de Energia ElctricaOs 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. Fonte: http://www.edp.pt/edp/grupo_edp/grupomain.htm

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Produo de Energia Elctrica1Fonte: http://www.edp.pt/edp/grupo_edp/grupomain.htm

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Produo de Energia ElctricaO mapa que se segue mostra os grandes centros produtores de energia elctrica do nosso pas. (No se incluem os pequenos aproveitamentos independentes).Fonte: http://www.edp.pt/edp/grupo_edp/grupomain.htm

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Produo de Energia ElctricaCentrais trmicas convencionais:

As centrais trmicas so instalaes onde a energia mecnica necessria para colocar em movimento o rotor do gerador elctrico se obtm a partir do vapor formado na ebulio de gua numa caldeira.

O vapor gerado na caldeira tem uma presso elevada a qual aproveitada para, na expanso do vapor, accionar a turbina que converter a energia do vapor em energia mecnica.

A designao centrais trmicas convencionais surge para que estas possam ser distinguidas das centrais trmicas nucleares.

As centrais trmicas convencionais usam como fonte de energia o carvo, o fuel, gasleo, o gs natural,... cuja energia trmica, libertada na sua combusto, aproveitada para transformar gua no estado lquido em vapor.

Uma central trmica convencional bsica tem na sua constituio trs elementos essenciais que so a caldeira, a turbina e o gerador.

Facilmente se percebe que a caldeira um elemento essencial pois nela que se produz o vapor essencial ao processo.

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Produo de Energia ElctricaO princpio de funcionamento de uma central trmica pode, com facilidade ser compreendido atravs das figuras que se seguem:

TurbinasGerador

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Produo de Energia Elctrica.

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Produo de Energia ElctricaO condensador tambm um elemento importante na constituio de uma central termoelctrica, pois ele que permite efectuar um arrefecimento do vapor que circula no circuito fechado, aps este se ter expandido nas turbinas.

Como sabe das leis da termodinmica, o calor migra das zonas mais quentes (fontes) para as mais frias (sorvedouros), sendo tanto maior a transferncia de energia associada a esta migrao quanto maior for a diferena de temperatura entre a fonte e o sorvedouro.

Assim, o arrefecimento criado pelo condensador (sorvedouro) importante pois tal permite aumentar a energia associada ao vapor que se desloca do ponto de produo do vapor (fonte) para o ponto em que este recolhido e arrefecido (sorvedouro).

A figura que se segue mostra alguns condensadores em actividade:

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Produo de Energia ElctricaNote-se que o fumo que sai das torres que constituem os condensadores no mais que vapor de gua.

As figuras que se segue mostra uma central trmica, na qual se pode ver o condensador ao lado esquerdo.

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Produo de Energia ElctricaAS CENTRAIS TRMICAS E AS SUAS IMPLICAES AMBIENTAIS.

Uma central trmica uma instalao que transforma a energia libertada pela combusto de combustveis fsseis em energia trmica a qual ao accionar uma turbina se transforma em energia mecnica e esta, finalmente acciona o gerador elctrico.

Neste processo 65% da energia desperdiada sob a forma de calor e de contaminao.

Assim, s um tero da potncia inicial do processo utilizada como potncia elctrica.

Portanto, uma central trmica que possui uma potncia de 330 MW, na realidade a sua potncia trmica de aproximadamente 1000 MW.

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Produo de Energia Elctrica A contaminao destas centrais consiste na emisso de gases pelas chamins e posterior retorno ao solo a distncias impensveis bem como na libertao de grandes quantidades de gua de refrigerao no mar ou num rio.

Os gases contaminantes so:

Dixido de enxofre (SO2). xidos de nitrognio (Nox). Partculas de metais pesados. Dixido de carbono (CO2)

A tabela que se segue mostra os efeitos produzidos sobre a sade e sobre o meio ambiente.

ProdutosEfeitosSO2Chuva cida. Edemas pulmonares.Morte com alta exposioNOxProblemas respiratrios e pulmonaresPartculasProblemas respiratrios, renais,e sseosCO2Alteraes climticas.

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Links consultados:

http://www.cfe.gob.mx/internacional/fotos/foto9.htmlhttp://educom.sce.fct.unl.pt/~e4smaria/eaptindx.htmhttp://netdial.caribe.net/~jrbaspr/plantas.htmlhttp://www.edp.pt/edp/grupo_edp/grupomain.htmhttp://www.fe.up.pt/~leec2002/cadeiras/see1/see.html

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