Resumo basico sobre Usinas Hidreletricas - Bernardo Klosowski - UTFPR

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ 
BERNARDO KLOSOWSKI 
 
 
 
 
 
 
 
USINAS HIDRELÉTRICAS 
 
 
 
 
 
 
 
Trabalho apresentado como 
Atividade Prática Supervisionada ao 
professor Guilherme Samways com 
objetivo de obtenção de nota parcial na 
disciplina de Hidrologia do Curso de 
Engenharia Civil da Universidade 
Tecnológica Federal do Paraná. 
 
 
 
 
 
 
Curitiba 
2015 
 
1. Definição 
Uma usina hidrelétrica pode ser definida como um complexo arquitetônico 
ou conjunto de obras e de equipamentos, que tem finalidade de produzir 
energia elétrica através do potencial hidráulico existente em um rio. 
Basicamente, a vazão do rio em que a usina está instalada será usada para 
acionar turbinas e gerar energia elétrica para abastecimento de industrias e 
cidades. 
 
2. Tipologia 
Existem basicamente três tipos de projetos de usinas hidrelétricas: fio 
d’água, de acumulação, com armazenamento por bombeamento ou com 
reversão. Esta classificação existe para identificar as diferenças nos sistemas 
de reservatórios que são usados. A seguir, será discorrido mais sobre cada 
um destes tipos de usina. 
 
2.1 Fio d’água 
São aquelas que não dispõem de reservatório de água, ou seja, não 
existe um estoque de água a ser acumulado por uma barragem. Nestes 
casos, a produção de energia fica refém da vazão do rio, ou seja, da 
quantidade de precipitação do período. Quando isto ocorre, as vazões podem 
ser menores que a capacidade das turbinas, ocasionando ociosidade. Esta 
limitação faz com que o preço da energia produzida por usinas fio d’água seja 
maior do que as produzidas por grandes usinas de acumulação. 
Em geral, estas estruturas são instaladas em pequenos ou médios rios 
que tenham grandes desníveis em seu percurso, visto que, a produção de 
energia é proporcional à vazão e a altura de queda. 
 
2.2 De acumulação 
Usinas que contam com reservatórios de regularização são chamadas de 
usinas de acumulação. O fluxo de água do rio é acumulado nos reservatórios 
durante os períodos de cheia para que sejam utilizadas nos períodos de 
seca, mantendo mais regular a produção de energia. 
Este acúmulo permite fazer com que as turbinas trabalhem sempre em 
sua zona máxima de produção, resultando em menor ociosidade e custo. Por 
outro lado, teoricamente essas usinas tem maior custo de produção e 
impacto ambiental, este último tópico será tratado mais a fundo no decorrer 
do artigo. 
 
2.3 Com armazenamento por bombeamento ou com reversão 
Estas usinas utilizam dois reservatórios de água em sua estrutura. O 
maior destes reservatórios fica a montante, das mesma maneira com que 
ocorre nas usinas de acumulação, o segundo reservatório, menor, fica a 
jusante. 
É feita uma ligação entre estes dois reservatórios para que a água do 
reservatório inferior possa ser bombeada de volta para o superior quando for 
conveniente, portanto, esta água poderá passar duas ou mais vezes pelas 
turbinas. 
O funcionamento ocorre da seguinte forma: Em tempos de alta demanda 
energética ocorre a liberação da água do reservatório superior, que passa 
pelas turbinas e fica depositado no reservatório inferior. Quando a demanda 
energética diminui, parte da energia gerada pela usina é utilizada para 
alimentar a bomba que transporta a água de volta para o reservatório 
superior, mantendo estável a produção de energia. Desta forma, as secas 
passam a não afetar este tipo de usina. 
A construção deste tipo de usina deve ser feita em locais que tem 
declividade correta para que se possam ser feitos os dois reservatórios. Em 
função do custo da obra, estas usinas são menos utilizadas que as duas 
anteriores. 
 
3. Barragens 
Barragens são elementos estruturais construídos transversalmente ao 
fluxo de um rio para criação de um reservatório de água. São utilizadas em 
usinas para que se possa armazenar água e faze-la passar pelas turbinas 
que geram energia. Elas podem ser empregadas para outros usos como 
irrigação e controle de inundações. 
Existem diversos materiais que podem ser aplicados para a construção 
das barragens, a seguir serão listados os três principais tipos e seus detalhes 
mais relevantes. 
 
3.1 Terra homogênea ou zoneada 
Podem ser construídas de duas maneiras: Escavações de água ou 
deposição de grandes quantidades de terra nos cursos de água. Caso seja 
feita a deposição, é necessário que a terra seja posteriormente compactada 
por equipamentos mecânicos. 
No caso das barragens de terra homogênea, é utilizado apenas um 
material para sua construção, exceto os materiais utilizados na contensão de 
taludes. As barragens de terra zoneada são constituídas de um núcleo 
central impermeável que é envolvido por diversas camadas de mais 
permeáveis para proteção do núcleo. Podem ser utilizados areia, cascalho, 
fragmentos de rocha ou misturas destes materiais. 
 
3.2 Enrocamento 
São quatro as principais situações para o uso de barragens de 
enrocamento: 
• Custo muito elevado do concreto 
• Escassez de material terroso de características aceitáveis. 
• Excesso de rocha dura e resistente. 
• Rocha de fundação inadequada para barragens de concreto 
É necessário que as rochas utilizadas para construção de barragens de 
enrocamento sejam resistentes à ação do intemperismo físico e químico. 
 
3.3 De concreto 
Existem dois tipos de barragens de concreto: Gravidade e Arcos. Cada 
uma delas tem exigências específicas que fazem viável sua aplicação. 
 
3.3.1 Barragens de concreto – Gravidade 
É a barragem que apresenta menor custo de manutenção e maior 
resistência. Podem ser construídas em todos os locais, porém, dependem da 
resistência das fundações para terem grandes alturas. A ocorrência de solos 
constituídos de minérios menos resistentes faz com que em muitos casos 
seja mais vantajoso construir barragens de terra ou de enrocamento. Em 
comparação com estas duas, a barragem de concreto tem maior custo. 
 
3.3.2 Barragens de concreto – Arcos 
A limitação deste tipo de barragem é a proporção entre sua altura e 
comprimento, que deve ser pequena, portanto, é exigido que o terreno tenha 
vales com material rochoso adequado. Estas barragens são mais comuns na 
Europa, onde os vales são mais acentuados. 
 
4. Aspectos favoráveis e desfavoráveis 
É interessante que façamos a comparação da energia proveniente de 
usinas hidrelétricas com outras fontes para que seja possível julgar em quais 
casos se faz necessário a instalação deste tipo de estrutura. Os aspectos 
aqui considerados foram posicionados ao lado da energia proveniente do 
petróleo, carvão, fissão nuclear, sol e ventos para que pudéssemos 
classifica-los em favoráveis e desfavoráveis. 
 
4.1 Aspectos favoráveis 
4.1.1 O baixo custo da geração de energia 
O Brasil é um país cortado por rios de diferentes calibres que podem 
receber usinas dos diferentes tipos já citados aqui. Sendo a água um recurso 
renovável e com grande abundância em várias regiões do país, o custo para 
a produção da energia, depois de ter a usina pronta, é baixíssimo. 
 
4.1.2 A ausência de poluição do ar gerada diretamente 
Apesar de estudos relatarem a produção de gases provenientes da 
decomposição do material orgânico alagado nas represas, não existe 
produção de compostos tóxicos no ar durante a instalação de usinas 
hidrelétricas. 
 
 
4.1.3 Outros usos além do aproveitamento hidrelétrico 
O reservatório da usina pode ser utilizado para outros usos, como a 
irrigação, a navegação e o amortecimento de cheias. 
 
4.1.4 Crescimento do turismo na região. 
 
4.2 Aspectos desfavoráveis 
4.2.1 Destruiçãoda flora natural 
Em alguns casos ocorrem alagamentos de áreas que abrigavam florestas 
naturais, comprometendo ecossistemas. 
 
4.2.2 Assoreamento do leito dos rios 
Os rios transportam além de água pequenas partículas de material 
orgânico. Com a construção de barragens ocorre a filtração destes materiais, 
assim, o rio fica deficiente a jusante. Para compensar estas perdas o rio 
passa a absorver partículas do leito e das bordas, resultando em 
assoreamento das margens e aumento da profundidade do leito. 
 
4.2.3 Deslocamento de populações 
O alagamento causado pela construção de lagos artificiais pode ocasionar 
o deslocamento forçado das populações que vivem no local há muitos anos. 
Geralmente são populações ribeirinhas e indígenas que veem neste espaço 
não apenas o seu local de moradia, mas também um espaço afetivo. 
 
4.2.4 Extinção de espécies e transmissão de doenças 
Além do comprometimento da flora, a fauna também pode ser 
prejudicada. Os alagamentos podem resultar em extinção de espécies, 
algumas delas, ainda nem catalogadas. Estas extinções tem potencial de 
resultar em aumento de outros organismos que são responsáveis por 
doenças. 
5. PCHs 
De acordo com a resolução 394 – 04-12-1998 da Agência Nacional de 
Energia Elétrica, toda usina hidrelétrica de pequeno porte, cuja capacidade 
instalada seja superior a 1 MW e inferior a 30 MW, com área de reservatório 
inferior a 3km2 é chamada de Pequena Centra Hidrelétrica, ou PCH. 
 Em geral, PCHs são usinas fio d’água, ou seja, sem reservatório. 
Como já foi comentado anteriormente, estas usinas não permitem que o fluxo 
seja regularizado, causando períodos de ociosidade ou perda de água pelo 
vertedor. 
 Existem vantagens propostas pelo Governo Federal para a construção 
deste tipo de usina. A ANEEL permite que a energia gerada em PCHs que 
entraram em operação até 2003 entre no sistema de eletrificação sem que o 
empreendedor tenha que pagar as taxas pelo uso da rede. Estas usinas 
ainda não são obrigadas a remunerar municípios e estados pelo uso dos 
recursos hídricos. 
 Outro incentivo ocorre no caso de destemas implantados na Região 
Norte, que podem receber fundos dos recursos da Conta Consumo de 
Combustíveis Fósseis, caso estejam substituindo geradoras térmicas a óleo 
diesel deste sistema. 
6. Leilões de Energia 
Um leilão de energia é o mecanismo utilizado pelo governo brasileiro para 
promover concorrência entre empresas do ramo de energia. É um processo 
licitatório com objetivo de obter energia elétrica em um prazo futuro, pré-
determinado em um edital, seja pela construção de novas usinas, linhas de 
transmissão ou mesmo proveniente de usinas já prontas e pagas. 
 Os leilões e o tipo de energia são divididos quanto ao tipo do 
empreendimento gerador de energia: se novo ou já existente. A energia 
proveniente de usinas a serem construídos é chamada “energia nova”, caso 
contrário, é chamada de “energia existente”. 
 Os leilões de energia existente são denominados A-1, pois terão prazo 
de um ano para serem concluídos. No caso de energias novas, podem ser 
leilões do tipo A-3 e A-5, com prazos de três e cinco anos, respectivamente, 
para serem entregues. No caso de energia existente proveniente de 
empreendimentos hidrelétricos com mais de trinta anos, os preços são 
regulados pela ANEEL, assim, não são feitos mais leilões deste tipo de 
energia. 
 Os contratos ainda são divididos em por disponibilidade ou por 
quantidade. Os contratos por disponibilidade são destinados a contratação de 
usinas termoelétricas e preveem um pagamento fixo independente da 
quantidade de energia gerada. Os contratos por quantidade preveem um 
fornecimento fixo por um determinado preço. Estes são aplicados geralmente 
em usinas hidrelétricas, assim, os geradores estão sujeitos a sobras ou 
déficits de energia. 
 A finalidade deste sistema é garantir a segurança do sistema elétrico 
no Brasil, ou seja, quando existem dificuldades no sistema hidráulico as 
companhias de energia termelétrica são acionadas para suprir as 
necessidades. 
 
7. Impactos sobre a hidrologia do rio 
Os rios carregam consigo um fluxo de sedimentos proveniente de rochas 
e do solo dos seus leitos. O maior impacto gerado pelas usinas é o efeito de 
filtro que ela gera. Este fluxo é interrompido pelas barragens e o rio passa a 
se comportar no sentido de recuperar estas partículas. Suas fontes de 
sedimentos são o leito e as margens dos rios. Como efeito colateral, ocorre 
um processo de alargamento das margens e aprofundamento do leito. A foz 
dos rios e a faixa costeira também podem sofrer com estre processo. Pode 
ocorrer um processo acentuado de erosão das marés. 
Outro impacto ocorre no nível dos rios, alterado pela barragem. Nas 
épocas de estiagem o rio fica quase seco a jusante, apesar de existirem leis 
proibindo esta situação. Isto não afeta apenas a biodiversidade, mas também 
o abastecimento de água da população e outras atividades econômicas.