Conversão de Energia Hidraulica em Energia Elétrica - Fontes de Energia e Tecnologias de Conversão

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Fontes e Tecnologias de Conversão 
 
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Universidade de Brasília – Faculdade UnB Gama 
Fontes de Energia e Tecnologias de Conversão 
Professor: Augusto Brasil 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Conversão de Energia Hidraulica em Energia 
Elétrica 
 
 
 
 
 
 Equipe: Matrícula 
 Paulo Henrique Alves dos Reis 10/0118640 
 Gislane Tamara 10/0102930 
 Filipe Nogueira 10/0101445 
 Jéssica Nascimento de Castro 10/0013619 
 Alysson Felipe de Sousa Rodrigues 10/0091261 
 João Paulo Alves dos Santos 10/0107397 
 
 Brasília, Dezembro de 2011 
 
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2 
 
 
 
 
 
 
 
Sumário 
 
 
Resumo.............................................................................................................. 3 
Introdução......................................................................................................... 3 
Objetivos........................................................................................................... 8 
Métodos............................................................................................................ 8 
Memorial de Cálculos......................................................................................... 8 
Conclusões........................................................................................................ 8 
Referências Bibliográficas.................................................................................. 8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Resumo 
 
A água é um dos recursos mais ricos da terra. Não só ajuda o crescimento dos seres humanos, 
fabrica e animais, mas é uma fonte de produção energética, podemos afirmar que há 
importância na água. 
Energia hidrelétrica refere-se a uma energia alternativa que resulta do ciclo biológico da água. 
É a potencia atrás da geração de energia através do uso da força gravitacional da água que cai. 
O fluxo ou queda de água determinam o montante da energia disponível. É importante 
entender que um grande rio com a água fluente rápida pode fornecer um enorme montante 
da energia, da mesma forma que a água que cai rapidamente de uma alta posição como as 
quedas de água, transporta uma grande quantidade de energia. 
No mundo inteiro, a força hidroelétrica é uma das formas de energia renovável usadas 
geralmente e uma das fontes de energia mais antigas. A sua principal aplicação é a geração de 
eletricidade e o seu principal beneficio é não produzir nenhum resíduo direto. 
 
 
 
Introdução 
 
A energia hidrelétrica é a obtenção de energia elétrica através do aproveitamento do potencial 
hidráulico de um rio. Para que esse processo seja realizado é necessária a construção de usinas 
em rios que possuam elevado volume de água e que apresentem desníveis em seu curso. 
 
A força da água em movimento é conhecida como energia potencial, essa água passa por 
tubulações da usina com muita força e velocidade, realizando a movimentação das turbinas. 
Nesse processo, ocorre a transformação de energia potencial (energia da água) em energia 
mecânica (movimento das turbinas). As turbinas em movimento estão conectadas a um 
 
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gerador, que é responsável pela transformação da energia mecânica em energia elétrica. 
 
Normalmente as usinas hidrelétricas são construídas em locais distantes dos centros 
consumidores, esse fato eleva os valores do transporte de energia, que é transmitida por fios 
até as cidades. 
 
A eficiência energética das hidrelétricas é muito alta, em torno de 95%. O investimento inicial 
e os custos de manutenção são elevados, porém, o custo do combustível (água) é nulo. 
Atualmente, as usinas hidrelétricas são responsáveis por aproximadamente 18% da produção 
de energia elétrica no mundo. Esses dados só não são maiores pelo fato de poucos países 
apresentarem as condições naturais para a instalação de usinas hidrelétricas. As nações que 
possuem grande potencial hidráulico são os Estados Unidos, Canadá, Brasil, Rússia e China. No 
Brasil, mais de 95% da energia elétrica produzida é proveniente de usinas hidrelétricas. 
 
Apesar de ser uma fonte de energia renovável e não emitir poluentes, a energia hidrelétrica 
não está isenta de impactos ambientais e sociais. A inundação de áreas para a construção de 
barragens gera problemas de realocação das populações ribeirinhas, comunidades indígenas e 
pequenos agricultores. Os principais impactos ambientais ocasionados pelo represamento da 
água para a formação de imensos lagos artificiais são: destruição de extensas áreas de 
vegetação natural, matas ciliares, o desmoronamento das margens, o assoreamento do leito 
dos rios, prejuízos à fauna e à flora locais, alterações no regime hidráulico dos rios, 
possibilidades da transmissão de doenças, como esquistossomose e malária, extinção de 
algumas espécies de peixes. 
 
 
Usinas hidroelétricas no Brasil. 
01* Usina Paulista Queluz de Energia - Rio Paraíba do Sul - 30 MW 
02* Usina Paulista Lavrinhas de Energia - Rio Paraíba do Sul - 30 MW 
03* Usina Hidrelétrica Irara - Rio Claro - 30 MW 
04* Usina Hidrelétrica de Jataí - Rio Claro - 30 MW 
05* Pequena Central Hidrelétrica Santa Rosa - Rio Grande - Cordeiro - Rio de Janeiro - 30 MW 
06* PCH Santa Fé - Rio Itapemirim – Braços Norte Direito e Norte Esquerdo (Espírito Santo) - 
29,6 MW 
06* PCH Jararaca - Rio da Prata (Rio Grande do Sul) - 28 MW 
06* Usina Hidrelétrica Jaguari - Rio Jaguari - Bacia do Rio Paraíba do Sul - 27,6 MW 
07* PCH da Ilha - Rio da Prata (Rio Grande do Sul) - 26 MW 
07* Usina Hidrelétrica de Porto Góes - Rio Tietê - 24,6 MW 
08* Usina Hidrelétrica Presidente Vargas - Rio Tibagi - 22,5 MW 
09* Usina Hidrelétrica de Rasgão - Rio Tietê - 22 MW 
09* PCH Alto Irani - Rio Irani (Santa Catarina) - 21 MW 
10* Usina Hidrelétrica Retiro Velho - Rio Prata - 20 MW (fase final de construção) 
11* PCH Paiol - Rio Suaçuí Grande (Minas Gerais) - 19,5 MW 
11* PCH Santo Cristo - Rio Pelotinhas - 19,5 MW 
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Usina_Paulista_Queluz_de_Energia&action=edit&redlink=1
http://pt.wikipedia.org/wiki/Rio_Para%C3%ADba_do_Sul
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http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Usina_Hidrel%C3%A9trica_Retiro_Velho&action=edit&redlink=1
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http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=PCH_Santo_Cristo&action=edit&redlink=1
http://pt.wikipedia.org/wiki/Rio_Pelotinhas
 
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5 
12* PCH São Mateus - Rio Lava Tudo - 19 MW 
13* PCH João Borges - Rio Caveiras - 19 MW 
14* Usina Hidrelétrica de Piau - Rios Pinho e Piau - 18 MW 
15* PCH Coxilha Rica - Rio Pelotinhas - 18 MW 
16* Central Hidrelétrica do Oeste de Santa Catarina - Rio das Antas - 16,5 MW 
17* Usina Antas II - Rio das Antas (Poços de Caldas - MG) - 16,5 MW 
18* PCH Plano Alto - Rio Irani (Santa Catarina) - 16,2 MW 
19* PCH Barra do Rio Chapéu - Rio Braço do Norte - 15 MW 
20* PCH Arvoredo - Rio Irani (Santa Catarina) - 13,5MW 
21* PCH Antoninha - Rio Lava Tudo - 13MW 
22* Usina Hidrelétrica de Gafanhoto - Rio Pará - 13 MW 
23* Usina Hidrelétrica Bugres - Rios Santa Maria e Santa Cruz - 11,50 MW 
24* PCH Gamba - Rio Lava Tudo - 10,8 MW 
25* PCH Pinheiro - Rio Caveiras - 10 MW 
26* PCH Malacara - Rio Lava Tudo - 9,2 MW 
27* PCH Itararé - Rio Caveiras - 9 MW 
28* Usina Hidrelétrica de Peti - Rio Santa Bárbara - 9 MW 
29* Usina Hidrelétrica de Rio das Pedras - Rio das Velhas - 9 MW 
30* Usina Hidrelétrica de Poço Fundo - Rio Machado - 9 MW 
31* [[Usina Antas I - Rio das Antas (Poços de Caldas - MG) - 8,8 MW 
32* Usina Hidrelétrica de Garcia - Angelina -8 MW 
33* Usina Hidrelétrica de Joasal - Rio Paraibuna - 8 MW 
34* Usina Hidrelétrica de Tronqueiras - Rio Tronqueiras - 8 MW 
35* Usina Hidrelétrica de Martins - Rio Uberabinha - 8 MW 
36* Usina Hidrelétrica de Moji-Guaçu - Rio Moji-Guaçu - 7 MW 
37* Usina Hidrelétrica de Cajuru - Rio Pará - 7 MW 
38* Usina Hidrelétrica de São Bernardo - Rio São Bernardo - 7 MW 
39* Usina Hidrelétrica da Derivação do Rio Jordão - Rio Jordão - 6,5 MW 
40* Usina Hidrelétrica Capão Preto - Ribeirão dos Negros e Rio do Quilombo - 5,52 MW 
41* Usina Hidrelétrica Santana - Rio Jacaré-Guaçu - 4,32 MW 
42* Usina Hidrelétrica Caju - Rio Xanxerê - 4 MW 
43* Usina Hidrelétrica Capingüí - Rio Capingüí - 4 MW 
44* Usina Hidrelétrica de Paraúna - Rio Paraúna - 4 MW 
45* Usina Hidrelétrica de Pandeiros - Rio Pandeiros - 4 MW 
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http://pt.wikipedia.org/wiki/Rio_Lava_Tudo
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6 
46* Usina Hidrelétrica de Paciência - Rio Paraibuna - 4 MW 
47* Usina Hidrelétrica de Marmelos - Rio Paraibuna - 4 MW 
48* Usina Hidrelétrica Ernestina - Rio Jacuí - 3,70 MW 
49* Usina Hidrelétrica Passo Ajuricaba - Rio Ijui - 3,70 MW 
50* Usina Hidrelétrica Izabel - Rio Sacatrapo - 3,3 MW 
51* Usina Hidrelétrica de Tombos - Rio Carangola - 2,88 MW 
52* Usina Hidrelétrica Luiz Dias - Rio Lourenço Velho - 2,4 MW 
53* Usina Hidrelétrica Chibarro - Rio Chibarro - 2,28 MW 
54* Usina Hidrelétrica do Lobo - Rio do Lobo e Rio Itaqueri - 2,1 MW 
55* Usina Hidrelétrica de Dona Rita - Rio Tanque - 2 MW 
56* Usina Hidrelétrica de Salto de Morais - Rio Tijuco - 2 MW 
57* Usina Hidrelétrica de Sumidouro - Rio Sacramento - 2 MW 
58* Usina Hidrelétrica de Anil - Rio Jacaré - 2 MW 
59* Usina Hidrelétrica de Machado Mineiro - Rio Pardo - 2 MW 
60* Usina Hidrelétrica de Xicão - Rio Santa Cruz - 2 MW 
61* Usina Hidrelétrica Santa Rosa - Rio Santa Rosa - 1,90 MW 
62* Usina Hidrelétrica Guarita - Rio Guarita - 1,70 MW 
63* Usina Hidrelétrica Herval - Rio Cadeia - 1,40 MW 
64* Usina Hidrelétrica do Rio Novo - Rio Novo - 1,28 MW 
65* Usina Hidrelétrica Maurício - Rio Novo - 1,28 MW 
66* Usina Hidrelétrica Cachoeira do Salto - [Rio do Braço]] - 1,2 MW 
67* Usina Hidrelétrica Forquilha - Rio Forquilha - 1,10 MW 
68* Usina Hidrelétrica Toca - Rio Santa Cruz - 1,10 MW 
69* Usina Hidrelétrica Passo do Inferno - Rio Santa Cruz - 1,10 MW 
70* Usina Hidrelétrica Ijuizinho - Rio Ijuizinho - 1 MW 
71* Usina Véu das Noivas - Rio das Antas (Poços de Caldas - MG) - 0,9 MW 
72* Usina Bortolan - Rio das Antas (Poços de Caldas - MG) - 0,72 MW 
73* Usina Hidrelétrica Ivaí - Rio Ivaí - 0,70 MW 
74* Usina Hidrelétrica Sede - Rio Potiribu - 0,70 MW 
70* Usina Hidrelétrica de Bocaina - Rio Bravo - 0,62 MW 
71* Usina Hidrelétrica Monjolinho - Rio Monjolinho - 0,60 MW 
72* Usina Hidrelétrica Três Saltos - Rio Taló - 0,60 MW 
73* Usina Hidrelétrica de Sodré - Rio Piagui - 0,60 MW 
 
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http://pt.wikipedia.org/wiki/Rio_Novo_(rio_de_Minas_Gerais)
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Usina_Hidrel%C3%A9trica_Cachoeira_do_Salto&action=edit&redlink=1
http://pt.wikipedia.org/wiki/Usina_Hidrel%C3%A9trica_Forquilha
http://pt.wikipedia.org/wiki/Rio_Forquilha
http://pt.wikipedia.org/wiki/Usina_Hidrel%C3%A9trica_Toca
http://pt.wikipedia.org/wiki/Rio_Santa_Cruz
http://pt.wikipedia.org/wiki/Usina_Hidrel%C3%A9trica_Passo_do_Inferno
http://pt.wikipedia.org/wiki/Rio_Santa_Cruz
http://pt.wikipedia.org/wiki/Usina_Hidrel%C3%A9trica_Ijuizinho
http://pt.wikipedia.org/wiki/Rio_Ijuizinho
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Usina_V%C3%A9u_das_Noivas&action=edit&redlink=1
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Rio_das_Antas_(Po%C3%A7os_de_Caldas_-_MG)&action=edit&redlink=1
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Usina_Bortolan&action=edit&redlink=1
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Rio_das_Antas_(Po%C3%A7os_de_Caldas_-_MG)&action=edit&redlink=1
http://pt.wikipedia.org/wiki/Usina_Hidrel%C3%A9trica_Iva%C3%AD
http://pt.wikipedia.org/wiki/Rio_Iva%C3%AD
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Usina_Hidrel%C3%A9trica_Sede&action=edit&redlink=1
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Rio_Potiribu&action=edit&redlink=1
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Usina_Hidrel%C3%A9trica_de_Bocaina&action=edit&redlink=1
http://pt.wikipedia.org/wiki/Rio_Bravo
http://pt.wikipedia.org/wiki/Usina_Hidrel%C3%A9trica_Monjolinho
http://pt.wikipedia.org/wiki/Rio_Monjolinho
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Usina_Hidrel%C3%A9trica_Tr%C3%AAs_Saltos&action=edit&redlink=1
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Rio_Tal%C3%B3&action=edit&redlink=1
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Usina_Hidrel%C3%A9trica_de_Sodr%C3%A9&action=edit&redlink=1
http://pt.wikipedia.org/wiki/Rio_Piagui
 
Fontes e Tecnologias de Conversão 
 
7 
Energia Potencial. 
É a energia que um objeto possui em virtude da posição relativa que encontra-se dentro do 
sistema. Um martelo levantado, uma mola comprimida ou esticada ou um arco tensionado de 
um atirador, todos possuem energia potencial. Esta energia está pronta para ser transformada 
em outras formas de energia e será transformada, mediante a realização de trabalho, tão logo 
a configuração espacial do sistema que contém a energia potencial mude: quando o martelo 
cair, pregará um prego; a mola, quando solta, fará andar os ponteiros de um relógio; o arco 
disparará uma flecha. Assim que ocorrer algum movimento, a energia potencial 
da fonte diminui, enquanto se transforma nos casos citados em energia de movimento 
(energia cinética). Ao contrário, levantar o martelo, comprimir a mola e esticar o arco são 
processos onde a energia cinética transforma-se em energia potencial. 
Normalmente atribui-se a energia potencial ao objeto que ocupa uma dada posição dentro do 
sistema ao qual pertence, como feito anteriormente. Ressalva-se explicitamente entretanto 
que a energia não pertence exclusivamente ao objeto como parece à primeira vista. Esta 
encontra-se em verdade armazenada no sistema como um todo, composto pelo objeto e suas 
demais partes. Muitas vezes não faz-se referência explícita ao resto do sistema, mas este 
sempre figura, se não de forma explicita, pelo menos adequadamente substituído por um 
campo bem determinado, que responde pela interação do objeto com o sistema em questão, 
mesmo que o faça de formaimplícita. Fala-se assim da energia potencial gravitacional de um 
avião - no campo de gravidade da Terra -, de energia potencial de um elétron - no campo 
elétrico gerado pelos pólos de uma bateria -, e assim por diante. 
Uma consideração importante sobre a energia potencial refere-se à sua medida. Não se 
determina fisicamente o valor absoluto da energia potencial de um sistema em uma dada 
configuração, mesmo porque isto não faria muito sentido. O que é fisicamente mensurável é a 
variação da energia potencial observada quando o sistema muda sua configuração, indo de um 
estado inicial para um estado final. Nestes termos é usual atribuir-se uma energia potencial 
nula (zero) para o sistema em uma dada configuração espacial inicialmente especificada, e 
então medir-se a energia potencial de qualquer outra configuração do sistema em relação a 
este estado de referência, sendo a energia potencial de uma configuração qualquer igual à 
energia que teve que ser transferida ao sistema para levá-lo do estado de referência até esta 
configuração final, mantidas as energias cinéticas associadas às partes integrantes do sistema 
constantes de forma que toda a energia entregue ao sistema seja inteiramente armazenada na 
forma de energia potencial. 
A energia potencial é assim dependente de um referencial a se escolher no início do problema 
- e que deve ser mantido durante todo o problema sobre risco de obter-se uma solução 
incorreta. A energia potencial de uma lâmpada em relação ao piso de um apartamento de 
cobertura é certamente diferente da energia potencial da mesma lâmpada se a referência 
adotada for o solo, em nível do andar térreo. 
No cotidiano encontram-se presentes diversos tipos de energia potencial, dos quais se 
destacam: a elástica, a gravitacional e a elétrica. 
” A energia potencial é a energia associada a um determinado corpo devido à posição que este ocupa. 
A água no alto do paredão tem maior energia potencial do que quando encontra-se embaixo. A energia 
cinética é a energia associada ao movimento deste corpo: água em movimento possui energia cinética; 
parada, não. Há ainda a energia radiante, que permitiu que esta fotografia fosse tirada.” 
 
 
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Objetivo 
 
Este relatório tem por objetivo o estudo da conversão de energia hidráulica em elétrica, tanto 
do ponto de vista físico como matemático, assim como o aprendizado dos meios de conversão 
e análise sistemática do rendimento obtido. 
 
Métodos 
 
Os métodos matemáticos foram feitos com base em pesquisas em artigos científicos na 
internet e auxílio do professor. Os Materiais e métodos do experimento estão no roteiro ao 
final do trabalho. O movimento do carrinho foi desconsiderado. 
 
Memorial de Cálculos 
𝜂 = 𝐸. 𝑒𝑙𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎/Energia 𝐻𝑖𝑑𝑟á𝑢Lica. 
 
Energia elétrica =5,4*0,07 
 
Energia hidráulica= 𝜌𝑄ℎ𝑔 
 Q= 0,00029m³/s 
H= 1,10 
G=9,8m/s² 
 
 
𝜂 =
0,378
3,1262
= 
𝜂 = 0,1209 
 
 
Conclusão 
 
A partir dos das informações obtidas pode-se concluir que o da energia hidroelétrica e grande 
se houver um bom planejamento, pois como vemos no trabalho a eficiência de usinas 
hidroelétricas podem chegar a 95%, basta haver um planejamento ligado a todos os fatores, 
visando assim aproveitar todo o potencial que a agua fornece. 
 
 
Referências Bibliográficas 
 
http://www.brasilescola.com.br/geografia/hidroeletrica. 
 
Carlos Ker, João. Latossolos do Brasil Uma Revisão.GEONOMOS, 5(1);17-40. Disponível 
em: http://www.igc.ufmg.br 
 
Ibrahim Chaff, Laureano. Museu de Topologia Departamento de Geodésia IG/UFRGS. 
 
Fontes e Tecnologias de Conversão 
 
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Disponível em: http://www.ufrgs.br/museudetopografia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
http://www.ufrgs.br/museudetopografia
 
Fontes e Tecnologias de Conversão 
 
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Universidade de Brasília – Faculdade UnB Gama 
Fontes de Energia e Tecnologias de Conversão 
Professor: Augusto Brasil 
 
 
 
 
 
 
 
 
Roteiro 
 
 
 
 
 
 Equipe: Matrícula 
 Paulo Henrique Alves dos Reis 10/0118640 
 Gislane Tamara 10/0102930 
 Filipe Nogueira 10/0101445 
 Jéssica Nascimento de Castro 10/0013619 
 Alysson Felipe de Sousa Rodrigues 10/0091261 
 João Paulo Alves dos Santos 10/0107397 
 
 
 
 
 
 Brasília, Dezembro de 2011 
 
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Materias usados: 
• 24 cm de cano pvc, 40mm 
• Cola quente 
• Serra, para cortar o cano 
• Um eixo de alumínio, pois e mais leve. 
• Um motor 
• Uma polia (retirada de um vídeo k7) 
• Borracha 
• Baldes 
• Medidores de volume 
• Trena 
• Mangueira 
• Multímetro 
• Lâmpadas 
• Celular para gravação. 
Métodos 
• Recorte o cano de 24 cm em 3 pedaços de 8cm. Corte 2 desses tubos em 4 
partes, como uma pizza, de modo a formar palhetas, cole essas palhetas em torno 
do tubo que restou, fazendo ele de eixo principal da “usina”. 
 
 
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• Pegue a “usina” feita nos passos anteriores, e fixe ela no eixo de alumínio, em 
seguida fixe a polia no eixo e use a borracha em forma de circunferência na 
polia e depois no motor para que haja a transferência de força. 
 
• Eleve um balde, com agua, e conecte uma mangueira que vai do balde elevado, a 
usina, que devera estar em um nível mais baixo que o do balde. 
 
• Deixe a agua fluir, já com o metrônomo conectado nos terminais do motor, de 
modo que a energia produzida seja medida. 
 
• Para calcular a eficiência você devera medir a vazão da agua, a quantidade de 
agua, e a altura que o balde que foi elevado, assim você determinara a energia 
contida na agua do balde. Pegue a energia medida e divida pela energia total da 
agua.