segunda-feira, 15 de setembro de 2008

ATLAS ENERGÉTICO 12 - HIDRELÉTRICAS - TECNOLOGIAS DE APROVEITAMENTO

FONTE

O aproveitamento da energia hidráulica para geração de energia elétrica é feito por meio do uso de turbinas hidráulicas, devidamente acopladas a um gerador. Com eficiência que pode chegar a 90%, as turbinas hidráulicas são atualmente as formas mais eficientes de conversão de energia primária em energia secundária.

As turbinas hidráulicas apresentam uma grande variedade de formas e tamanhos. O modelo mais utilizado é o Francis, uma vez que se adapta tanto a locais com baixa queda quanto a locais de alta queda. Como trabalha totalmente submerso, seu eixo pode ser horizontal ou vertical (RAMAGE, 1996).

Entre outros modelos de turbinas hidráulicas, destacam-se o Kaplan, adequado a locais de baixa queda (10 m a 70 m), e o Pelton, mais apropriado a locais de elevada queda (200 m a 1.500 m). A Figura 4.3 apresenta um exemplo de turbina hidráulica para cada um dos três modelos citados.

Os seguintes aspectos podem ser usados na classificação das usinas hidrelétricas (RAMAGE, 1996): i) altura efetiva da queda d'água; ii) capacidade ou potência instalada; iii) tipo de turbina empregada; iv) localização, tipo de barragem, reservatório etc. Contudo, esses fatores são interdependentes. Geralmente, a altura da queda determina os demais e uma combinação entre esta e a capacidade instalada determina o tipo de planta e instalação.

Não há limites muito precisos para a classificação do tipo de queda e, portanto, os valores variam entre fontes e autores. O Centro Nacional de Referência em Pequenas Centrais Hidrelétricas - CERPCH, da Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI, considera de baixa queda uma instalação com altura de até 15 m; instalações com alturas superiores a 150 m são consideradas de alta queda e instalações com altura entre esses dois valores são consideradas de média queda (CERPCH, 2000).

Segundo a referida fonte, os locais mais favoráveis às instalações de alta queda se encontram geralmente nas ribeiras de grandes declives, formados por rápidos ou cascatas. Nesse caso, as obras de tomada d'água e de prevenção de enchentes são, em geral, de dimensões limitadas e custos reduzidos. A maioria dos investimentos de construção civil é constituída pelo conduto hidráulico. A turbina mais adequada é a do tipo Pelton, com o uso de geradores de alta velocidade, cujas dimensões e preços unitários são sensivelmente mais baixos do que das máquinas mais lentas.

FIGURA 4.3 Exemplos de turbinas hidráulicas (Pelton, Kaplan e Francis, respectivamente).
Fonte: GE Power Systems. General information. Disponível em: www.gepower.com/hydro.

No Brasil, um exemplo típico desse tipo de aproveitamento hidráulico é a Usina Hidrelétrica de Henry Borden (Figura 4.4), localizada no Rio Pedras, município de Cubatão, Estado de São Paulo. O primeiro grupo gerador (seção externa) foi construído em pouco mais de um ano e entrou em operação em 1926, com potência nominal de 35 MW. Em 1952, iniciaram-se as obras da seção subterrânea, que entrou em operação em 1956. Atualmente, a capacidade instalada nas duas seções é de 889 MW, o suficiente para atender à demanda de uma cidade com cerca de dois milhões de habitantes. Seu sistema adutor capta água do Reservatório do Rio das Pedras, e a conduz até o pé da Serra do Mar, em Cubatão, aproveitando um desnível de cerca de 720 m (EMAE, 2001).

Em instalações de média queda (maioria dos projetos hidrelétricos brasileiros), os principais componentes da construção civil são a tomada d'água, as obras de proteção contra enchentes e o conduto hidráulico. As turbinas mais utilizadas são do tipo Francis, com velocidades de rotação entre 500 rpm e 750 rpm. No caso de velocidades mais baixas, pode-se usar um multiplicador de velocidade, a fim de se reduzirem os custos dos geradores.

Um exemplo desse tipo de barragem é o da Usina Hidrelétrica de Itaipu (Figura 4.5), a maior hidrelétrica em operação no mundo, com uma potência instalada de 12.600 MW (18 unidades geradoras de 700 MW). As obras civis tiveram início em janeiro de 1975, e a usina entrou em operação comercial em maio de 1984. A última unidade geradora entrou em operação em abril de 1991. Atualmente, estão sendo instaladas mais duas unidades geradoras, o que aumentará sua capacidade nominal para 14.000 MW (ITAIPU, 2001).

FIGURA 4.4 Usina Hidrelétrica de Henry Borden (Cubatão - SP)
Foto: EMPRESA METROPOLITANA DE ÁGUAS E ENERGIA DO ESTADO DE SÃO PAULO - EMAE. 2001. (...) Disponível em www.emae.com.br.

Um modelo interessante e particular de barragem de média queda é o da Usina Hidrelétrica de Funil (Figura 4.6), localizada no Rio Paraíba do Sul, Município de Itatiaia - RJ. Construída na década de 60, a barragem é do tipo abóbada de concreto, com dupla curvatura, única no Brasil. Com uma capacidade nominal de 216 MW, sua operação teve início em 1969 (FURNAS, 2001).

Em instalações de baixa queda, a casa de força é integrada às obras de tomada d'água ou localizada a uma pequena distância. As turbinas são do tipo Kaplan ou Hélice, com baixa velocidade (entre 70 e 350 rpm). As obras civis podem ser reduzidas pelo uso de grupos axiais do tipo bulbo e o custo dos geradores também pode ser reduzido, com o uso de multiplicadores de velocidade.

No Brasil, um exemplo típico de aproveitamento hidrelétrico de baixa queda é o da Usina Hidrelétrica de Jupiá (Figura 4.7), localizada no Rio Paraná, Município de Três Lagoas - SP. Com reservatório de 330 km2, a usina possui 14 turbinas Kaplan, totalizando uma potência instalada de 1.551 MW.

FIGURA 4.5 Vista panorâmica da Usina Hidrelétrica de Itaipu
Foto: ITAIPU. 2001. Disponível em: www.itaipu.gov.br/empresaport.

FIGURA 4.6 Usina Hidrelétrica de Funil (Itatiaia - RJ)
Fonte: FURNAS CENTRAIS ELÉTRICAS. Parque gerador. 2001. Disponível em www.furnas.com.br.

FIGURA 4.7 Usina Hidrelétrica de Jupiá (Três Lagoas - SP)

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