Qual é o tipo de corrente produzida pelos geradores das usinas hidrelétricas?

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Usina hidrelétrica

Da água à energia renovável: funcionamento e tipos de usinas hidrelétricas.

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Usina hidrelétricas: 1. Pullinque (Chile) | 2. Rock Creek (Estados Unidos) | 3. Moyopampa (Peru)

No Brasil, devido a grande quantidade de rios e suas características geográficas a maior parte da energia elétrica produzida vem da origem de grandes usinas hidrelétricas onde são gerados cerca de 90% de toda energia elétrica produzida no país.

Atualmente, a usina hidrelétrica representa a principal fonte de geração de energia elétrica no mundo, onde corresponde a cerca de 17% de toda energia elétrica gerada. (ENERGIA..., 2010)

As usinas hidrelétricas convertem a energia potencial da massa de água em energia elétrica. No meio desse processo existe a conversão da energia potencial em energia mecânica e da energia mecânica em energia elétrica.

O conceito geral de uma usina hidrelétrica é fazer com que a água percorra um túnel gerando assim uma energia cinética e com isso fazendo girar turbinas que estão acopladas em geradores.

As usinas hidrelétricas podem ser classificadas em:

·      PCH: Pequenas Centrais Hidrelétricas onde possuem uma capacidade de geração de 1 a 30MW e com reservatório de área inferior a 3km2; e

·      GCH: Grandes Centrais Hidrelétricas onde possuem uma capacidade de geração acima de 30MW. (FARIA, 2010)

A maior usina hidrelétrica do Brasil é a usina Itaipu Binacional que possui uma capacidade de geração de 13.300 MW e contém 19 unidades geradores de 700 MW cada. Ela foi construída perante um acordo binacional envolvendo os países do Brasil e do Paraguai e encontra-se no rio Paraná.

De acordo com dados da Itaipu Binacional em 2006 a usina atingiu sua segunda maior produção de energia elétrica de sua história, gerando cerca de 92.689.936 MegaWatts/hora (MWh). Representando neste ano uma produção que atendeu a 20% do consumo total do Brasil e 95% do consumo do Paraguai. (ENERGIA..., 2010)

Nos Estados Unidos existem mais de 2.000 usinas hidrelétricas tornando a energia hidrelétrica a maior fonte de energia renovável nesse país. (COMO..., 2010)

Segundo a Agencia Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) o Brasil está entre os cinco maiores produtores de energia hidrelétrica no mundo.

A figura 01 apresenta os componentes básicos de uma usina hidrelétrica convencional.

Figura 3 – Componentes básicos de uma usina hidrelétrica convencional

Fonte – (BONSOR, 2010)

Como um rio não possui a mesma quantidade de água durante todo o ano devido a condições climáticas, para se obter o máximo de aproveitamento do fornecimento de energia de um rio é preciso regularizar sua vazão com o intuito da usina hidrelétrica ter uma contínua potencia de geração de energia elétrica.

A vazão da água pode ser regularizada utilizando do artifício de lagos artificiais, onde uma represa é construída normalmente de pedra, terra e cimento armado, fazendo com que as águas parem e formam um lago artificial. Com isso é criado um grande reservatório de água onde é possível obter água do rio mesmo em tempo de poucas chuvas mantendo a mesma potencia de geração.

Muitas vezes esse lago (represa) é utilizado para atividades de lazer pela população.

Quando a comporta (Porta de controle) da barreira se abre a água é puxada devida a gravidade através do duto que vai para a turbina, gerando pressão ao passar pelo duto.

A água com pressão chega até as turbinas fazendo girar suas lâminas. O tipo de turbinas mais utilizadas em usinas hidrelétricas é a Francis que parece com um grande disco com lâminas curvas. Segundo a Foundation for Water & Energy Education (FWEE), essa turbina pesa cerca de 172 toneladas e gira cerca de 90 rotações por minuto (rpm). Outras turbinas também utilizadas são as Pelton e Kaplan. A escolha do tipo da turbina dependa da altura da queda d’água e do tipo de operação da usina, as figuras 02, 03 e 04 apresentam essas turbinas.

Figura 4 – Turbina Francis

Fonte – (CANHOTO, 2010)

As turbinas Francis são adequadas para operar em quedas d’água de 40 a 400 metros. O controle da vazão é realizado no distribuidor ou sistema de pás móveis (TURBINAS, 2010).

As turbinas Francis funcionam com a diferença de pressão entre os dois lados do rotor. Na operação a água entra no rotor pela periferia, passam pelas pás diretrizes nas quais o guiam em um ângulo adequado para entrada das pás do rotor, deixando a mesma axial em relação ao eixo. Essas turbinas podem ser fabricadas para trabalhar verticalmente ou horizontalmente. (TIPOS..., 2010)

Figura 5 – Turbina Pelton

Fonte – (CANHOTO, 2010)

As turbinas Peltron são adequadas para operar em grandes quedas úteis variando de 350 a 1100 metros.

Na turbina Peltron a água entra por um bocal injetor (tubeira) e passa pelo rotor que é dotado de conchas (pás). O formato das conchas desvia o fluxo da água em uma direção oposta a direção original (tubeira) resultando assim em uma força tangencial que aciona o rotor (motor). (FLUIDOS, 2010)

Figura 6 – Turbina Kaplan

Fonte - (CANHOTO, 2010)

As turbinas Kaplan são adequadas para operar em quedas de até 60 metros. Sua estrutura é muito parecida com a turbina Francis, onde a única diferença está no rotor. Na turbina Kaplan o rotor parece um propulsor de navio. O acionamento das pás é conjugado com o distribuidor. (TURBINA..., 2010)

Essas turbinas são acopladas nos geradores, onde os geradores possuem uma série de ímas que produzem corrente elétrica. Quando as lâminas da turbinas giram, movimenta também uma série de ímas dentro do gerador. Esses ímas produzem corrente alternada (AC) ao mover os elétrons. (FARIA, 2010)

O coração da usina hidrelétrica é o gerador, onde as usinas hidrelétricas possuem diversos geradores. Cada gerador é composto por alguns componentes básicos: eixo, excitador, rotor e estator, conforme pode ser visto na figura 05:

Figura 7 – Detalhe de um gerador

Fonte – (ENERGIA..., 2010)

O gerador funciona com base nas leis de indução eletromagnética, portanto quando a turbina gira automaticamente o excitador também gira enviando uma corrente elétrica para o rotor, esse por sua vez é uma série de grandes ímas que rodam dentro de uma espiral de fios de cobre chamado estator. O campo magnético gerado entre a espiral de fios de cobre e os ímãs geram uma corrente elétrica.

Essa corrente elétrica gerada no gerador é passada por um transformador que aumenta a tensão da corrente elétrica até um nível que seja adequado para sua condução através das linhas de transmissão. Essa tensão normalmente são valores altos de tensão variando de 150 kV a 400 kV.

A tensão normalmente gerada é cerca de 10 kV, pois valores mais altos são inadequados devido a isolação dos geradores, que para gerar tensões maiores deveriam apresentar dimensões enormes. E como os geradores possuem partes girantes não é usual aumentar suas dimensões para tal finalidade.

A potencia de uma fonte de energia elétrica é calculada multiplicando a tensão (em Volts V) pela corrente (em Ampéres A), com isso uma usina que tem a capacidade de gerar 2,5 kA com uma tensão de 10 kV possui uma potencia de 25 MW.

Essa energia fornecida durante uma unidade de tempo tem o nome de potencia e sua medida é Watt (W), devido a grande capacidade de uma usina gerar energia elétrica usa-se o múltiplo dessa unidade como o kiloWatts (kW) ou MegaWatts (MW) equivalendo respectivamente a 1000W e 1000000W.

Essa energia é transmitida ao mercado consumidor através de uma linha de transmissão utilizando normalmente quatro fios, onde três são fases e um é o fio neutro ou terra comum. Uma linha de transmissão pode transportar a mesma potencia de duas maneiras, utilizando tensão elevada e baixa corrente, ou tensão baixa e corrente alta.

A água ao passar pela turbina segue pelos tubos de sucção ou como é conhecido pelo fluxo de saída até voltar para o rio.

Existe também a usina hidrelétrica chamada de hidrelétrica de armazenamento bombeado (ou reversível). Nessa usina existem dois reservatórios o reservatório superior e o reservatório inferior.

O reservatório superior é composto por uma barragem parecida como uma usina hidrelétrica convencional, sendo assim a água desse reservatório passa pela turbina da usina com o intuito de gerar energia elétrica.

O reservatório inferior é composto por uma turbina reversível que bombeia a água de volta ao reservatório superior. Normalmente é realizado nos horários fora de pico, para que o reservatório superior fique com mais água durante os horários de pico. ([106])

As usinas hidrelétricas provocam grandes impactos ambientais, como:

·     inundações de áreas destruindo a flora e a fauna;

·     interferência no curso natural dos rios;

·     deslocamento de populações; (ENERGIA..., 2010)

·     mudança climática que os lagos podem causar, pois onde era floresta agora é um lago com isso a temperatura ambiente pode elevar e mudar o ciclo de chuvas. (BONSOR, 2010)

Para a construção de uma usina hidrelétrica é necessário um grande investimento inicial. E sua operação pode ser prejudicada pela falta de chuvas, dependendo da capacidade do reservatório.

A grande vantagem da usina hidrelétrica é que ela é uma fonte de energia renovável e que produz energia elétrica de forma limpa, não polui o ar atmosférico e é uma forma barata de geração de energia elétrica (desconsiderando os investimentos iniciais).

Qual o tipo de corrente produzida pelos geradores das usinas hidrelétricas?

Como é produzida a corrente elétrica nos geradores das usinas hidrelétricas?

Qual é a fonte de energia de uma usina hidrelétrica?

Qual a tensão que sai da hidrelétrica?