Hidrelétricas e o Meio Ambiente - Princípios de Eletrotécnica

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
ENGENHARIA AMBIENTAL
Bruna Ricci Bicudo
Giselly Peterlini
Fábio kataoka
Mateus Conde Feitosa
Nathália Pravatto
HIDRELÉTRICAS E MEIO AMBIENTE: 
DA GERAÇÃO AOS IMPACTOS AMBIENTAIS 
LONDRINA
2014
INTRODUÇÃO
O avanço social e expansão das cidades acarretaram uma grande busca por parte do homem em criar novas fontes e novos modos de produção de energia. Com o aumento da demanda de energia, principalmente a elétrica, se fez necessário novos investimentos para suprir essas necessidades (QUEIROZ, et. al. 2013). Segundo Goldemberg e Lucon (2007), a geração de eletricidade no Brasil cresceu a uma taxa média anual de 4,2% entre 1980 e 2002 sendo que a energia hidráulica sempre foi predominante, devido à riqueza de recursos hídricos do Brasil. Além deste fato, Ferreira (2006) destaca a forte predominância de fontes hidráulicas por conta das políticas de gerenciamento do setor elétrico nas últimas décadas. 
Segundo Queiroz et. al. (2013), a grande disponibilidade de recursos hídricos, foi responsável por levar o Brasil a ser o terceiro maior potencial hidráulico do mundo, ficando atrás apenas do Canadá e China.
Piza e Bueno (2007) citam ainda que a capacidade de hidroeletricidade do Brasil é de cerca de 70.000 megawatts, com 433 usinas hidrelétricas em operação, 23 com capacidade maior do que 1.000 MW e possui uma das matrizes energéticas mais limpas do mundo Conforme publicado no Balanço Energético Nacional (2014), a energia de fonte hidráulica corresponde a 64,9% e energias não renováveis compõem 20,7%. A seguir é apresentada a estrutura da oferta interna de eletricidade no Brasil em 2013, onde o gráfico já inclui a importação de eletricidade.
Gráfico 1 - Oferta interna de energia elétrica por fonte.
GERAÇÃO DE ELETRICIDADE NAS HIDRELÉTRICAS
Para que uma hidrelétrica seja instalada em uma área, é necessário que estas estejam localizadas preferencialmente em regiões com características naturais favoráveis à maximização de produtividade e minimização de impactos negativos. A preferência é por locais onde já existam um desnível natural e uma grande vazão de água no curso do rio.
O princípio básico para a geração de energia elétrica por uma hidrelétrica é a utilização da força gerada pelo potencial gravitacional da diferença entre níveis de água para gerar eletricidade. Este potencial gravitacional faz com que a água proveniente do rio represado, passe com uma alta pressão pelas turbinas que por sua vez acionam os geradores responsáveis por produzir a energia elétrica.
Uma hidrelétrica é formada por alguns componentes essenciais a seu funcionamento e geração de eletricidade:
Barragem ou barreira: responsável por criar o reservatório onde a água fica armazenada, e por criar o desnível necessário para que o potencial gravitacional gerado seja suficiente para que a água obtenha uma velocidade e pressão adequadas para a geração de energia. Costumam serem os maiores causadores de impactos ambientais, tendo em vista que em grande número de casos, uma área considerável precisa ser alagada para a sua criação, afetando a fauna, flora e às vezes até populações humanas.
Vertedouros: responsáveis pela vazão segura da água que esta em excesso no reservatório da hidrelétrica, principalmente durante o período de chuvas. Faz com que o potencial gravitacional se mantenha sempre constante e adequado à geração de eletricidade, e ainda evita possíveis danos as barragens devido a energia cinética da água.
Comportas: responsáveis pelo controle de entrada de água para os canais/ condutos forçados.
Canal/ Conduto forçado: tubulação por onde a água do reservatório é levada até as turbinas. 
Turbinas: formadas por uma série de pás e responsáveis por transformar a energia cinética proveniente da água em energia mecânica por estarem ligadas ao gerados, devido a rotação de suas pás pela força da água. Podem ser de diversos tipos, de acordo com as características hidraúlicas de cada hidrelétrica.
Geradores: responsável pela geração de energia elétrica. Formado por uma série de imãs que giram com a movimentação das pás das turbinas. Os imãs giram dentro de uma espiral de fios de cobre de alta pressão, com campo magnético formado entre a espiral e os imãs é produzida a eletricidade.
Transformador: responsável por elevar a tensão da energia elétrica criada pelo gerador, para que seja distribuída para a sua condução até os centros de consumo.
Fluxo de saída: local por onde sai a água que já passou por todo o processo de geração de energia, e volta para o rio.
São encontradas também hidrelétricas conhecidas por “a fio d’água”, que são usinas que não necessitam que seja criado um reservatório para a geração de energia. Nestas usinas apenas a vazão do rio é utilizada para gerar eletricidade, não existindo um desnível grande no curso do rio. Possui todos os outros componentes de uma hidrelétrica convencional, porém costuma ser utilizada a turbina em forma de bulbo, que é indicada para baixas quedas de água e altas vazões.
TRANSMISSÃO DA ENERGIA
O transporte de energia elétrica é realizado através das redes de transmissão de alta potência, que também usam o processo de corrente alternada (CA). O processo de corrente alternada é usado devido à minimização da perda de energia pelo efeito Joule, decorrente nos fios que são usados para transportar a corrente de energia a longas distâncias. 
O processo de transmissão é ocorrente em corrente alternada devido a grande amperagem que é fornecida das usinas. Inicialmente as redes transformadoras elevam as tensões para evitar perda de energia e em decorrência do processo usam-se estações e subestações de redes transformadoras de energia, onde por sua vez aumentam ou diminuem sua voltagem, alterando a tensão elétrica de todo o transcurso. A partir do ponto em que a energia é transformada com tensões menores ela prossegue por vias aéreas ou subterrâneas ate o destino final no caso cidades e parques industriais. É evidente que a perda por efeito Joule nos fios deve ser a menor possível, com isso conclui-se que para reduzir as perdas por aquecimento nos fios transportadores, a energia elétrica deve ser transmitida com baixa corrente e alta voltagem, não se usam cabos com maior área devido ao custo e peso que poderia influenciar nas vias áreas e também pelo baixo custo beneficio que acarretaria no processo de energia.
IMPACTOS NEGATIVOS DA HIDROELETRICIDADE
Impactos Sociais
Dentre as questões sociais mais discutidas, está a desocupação de pequenas cidades e vilas e também de terras indígenas e a necessidade de deslocamento desses povos para outras áreas, levando perdas nas atividades econômicas e de identidades culturais desse povo.
Podemos citar como exemplos: a necessidade de supervisão para as Terras Indígenas Paquiçamba, Arara da Volta Grande do Xingu, e para a Área Indígena Juruna do km 17, apontadas pela Fundação Nacional do Índio (Funai) como terras Indígenas que estão na Área de Influência Direta (AID), afetadas pela redução da vazão do rio Xingu, rio onde está sendo instalada a Hidroelétrica de Belo Monte no Pará. Ou o total alagamento e transferência do povo da cidade de Alvorada de Iguaçu, que foi coberta por aguas devido ao represamento do rio Paraná pela Hidroelétrica de Itaipu	
Impactos Ambientais
Entre os impactos ambientais mais apontados é a imensa área alagada, bem como a alteração da fauna e da flora local. A inundação dessas áreas leva a uma grande perda da biodiversidade local e possível extinção de pequenas espécies de plantas. Pode-se citar também que há uma modificação no comportamento das aguas, que tem seus fluxos alterados durante as várias estações do ano.
Podemos citar outros pequenos impactos que não devem ser menosprezados, como a elevação do PH (potencial hidrogênio) da água pela grande massa biológica em decomposição e a consequente proliferação de algas, interferência no ciclo de migração e procriação dos peixes do rio, processode erosão das margens causada pelo depósito de sedimentos na barragem, deslocamento de pontos de parada aves e animais migratórios, e também a poluição visual da natureza.
Vale ressaltar, que a empresa designada para a construção da usina deverá investir milhões em programas de proteção e recuperação ambiental para tentar diminuir os impactos causados pela hidrelétrica e também ajudar nos custos da remoção e construção de novas vilas e ou áreas indígenas.
VANTAGENS DA HIDROELETRICIDADE
Os impactos ambientais causados pela implantação de centrais hidrelétricas são amplamente difundidos e, em geral, a ênfase quando se fala em energia hidrelétrica se dá justamente nesses impactos, além dos impactos sociais e culturais. É fato, que essa atividade gera grandes mudanças nos ecossistemas naturais, no entanto, deve-se considerar algumas vantagens que as hidrelétricas oferecem no que se refere ao meio ambiente, sociedade e economia. Segundo Ferreira (2006), parte dos impactos da implantação de projetos hidrelétricos, podem ser minimizados através de estudos topográficos, critérios de ordem econômica, social e ambiental a fim de dimensionar adequadamente o reservatório, evitando ao máximo o deslocamento de populações. 
De acordo com a empresa Itaipu Binacional, uma das vantagens na construção de usinas hidrelétricas é o fato de esta ser uma fonte de energia renovável e limpa, sem a produção de poluentes. Também destaca o baixo custo do megawatt e o desenvolvimento econômico e sustentável. Já o Jornal Ambiente Brasil, mostra o aumento do potencial de água potável, a reserva de recursos hídricos, a retenção de água nas regiões das centrais, a criação das possibilidades de recreação e turismo, o aumento da produção de peixes e da aquicultura como alguns efeitos positivos das usinas hidrelétricas, além do potencial de irrigação, melhorias da navegação e transporte, regulação de fluxo e inundações, geração de emprego para a população local e o mais importante é claro, a produção de energia elétrica.
ATENUAÇÃO DOS IMPACTOS AMBIENTAIS
Segundo Ferreira (2006), um dos impactos mais perceptíveis nos reservatórios é o afogamento da vegetação da bacia. Nos primórdios dos reservatórios, a qualidade da água é baixa e prejudicial às formas de vida, por isso é feita a remoção prévia da vegetação e essas ações além de serem autorizadas pela legislação, são obrigatórias. Como uma solução para esse problema, são criadas pelas empresas unidades de conservação protegidas, como parques nacionais, reservas biológicas, áreas de proteção ambiental, estações ecológicas, reflorestamento e principalmente matas ciliares no entorno do reservatório, onde é feito todo o estudo prévio sobre florestas da região. 
Também existem ações para a fauna terrestre dessas áreas, onde são propiciadas condições para que sejam conservados os ecossistemas e, de maneira correta, esses animais sejam resgatados e recambiados para outras regiões. Já para a fauna aquática, são feitos programas de conservação que incluem sistemas para transposição da população, como escadas de peixes, estações hidrobiológicas, proteção de locais de desova, entre outros. 
AS MAIORES GERADORAS DE ENERGIA ELÉTRICA
USINA DE TRÊS GARGANTAS 
Localizada no Rio Yang Tsé e um custo de US$25 bilhões, a Usina de Três Gargantas teve sua construção iniciada em 1993 e concluída em 2012, neste ano a usina teve uma produção de 98,11 milhões de MWh. Seu projeto teve como principais funções os seguintes aspectos: 
Geração de energia;
A prevenção de enchentes, causadas pela dinâmica fluvial da região;
Facilitar o transporte fluvial ao longo do Yang Tsé por meio da construção de eclusas, que permitiram as navegações subir e descer o rio, ajudando a economia, fazendo com o que antes considerado um rio de navegação perigosa, tivesse o volume de carga transportada dobrada;
Apesar de ser a maior hidrelétrica do mundo, a Usina de Três Gargantas não é a maior produtora de energia, isso ocorre porque o volume do Yang Tsé, ainda não permite que seja utilizada toda a capacidade instalada da usina. Contudo, a construção de 4 hidrelétricas rio acima deverá aumentar a vazão e, consequentemente, levará mais água para as turbinas, havendo a maior produção de energia. A construção de Três Gargantas obrigou 1,13 milhões de chineses a mudar de casa. Além disso, inundou 140 sítios arqueológicos. 
USINA DE ITAIPU
	A Usina Hidrelétrica de Itaipu é binacional localizada no Rio Paraná, na fronteira entre Brasil e Paraguai. Construída por ambos os países no período de 1975 a 1982. Atualmente, a maior usina hidrelétrica do mundo em geração de energia, com 20 unidades geradoras e 14.000 MW de potência instalada, fornece cerca de 17% da energia consumida no Brasil e 75% do consumo paraguaio.
	Das 20 unidades geradoras, dez geram em 50 Hz, que é a frequência paraguaia, e dez em 60 Hz, frequência utilizada no Brasil. Existe uma estação conversora, no lado brasileiro, para transformar em 60 Hz a energia gerada em 50 Hz que não é utilizada pelo Paraguai. Itaipu produziu em 2013 um total de 98,63 milhões de MWh.
O reservatório da Itaipu é apenas o sétimo maior do Brasil, o que mostra o melhor índice de aproveitamento das águas para produzir energia, isso ocorre porque a vazão do rio Paraná é bastante elevada (8 mil m³/s).
COMPARAÇÃO 
	Na tabela 1, como se pode observar foram agrupados os dados de cada usina para ter uma melhor visualização das características e, assim, ter uma comparação mais eficiente das mesmas.
Tabela: Comparação entre a Usina Itaipu e a Usina de Três Gargantas
	Itaipu
	Três Gargantas
	Turbinas
	20
	32 (6 subterrâneas)
	Capacidade instalada
	14.000 MW
	22.400 MW
	Produção
	98,63 milhões de MWh
	98,11 milhões de MWh
	Geração/Área do reservatório
	73 GWh/km²
	78 GW/km²
	Comprimento da barragem
	7.744 metros
	4.149 metros
	Área do reservatório
	1.350 km²
	1.084 km²
	Armazenamento do Reservatório
	29 bilhões m³
	39,3 bilhões m³
	Número de pessoas reassentadas
	40 mil
	1,13 milhão
Segundo a empresa Itaipu Binacional, em termos de capacidade instalada a usina chinesa de Três Gargantas é 60% maior que Itaipu. No entanto, em termos de produção de energia elétrica, a usina Itaipu é a maior usina geradora do planeta. 
CONCLUSÃO
Após apresentação das informações sobre a maior fonte de energia da matriz energética brasileira, pode-se concluir que a utilização desse tipo de energia tende a crescer cada vez mais no Brasil, pelo fato de ser mais barata e ser considerada renovável e limpa. A introdução em larga escada das demais energias renováveis, embora seja muito desejada, não apresenta competitividade considerável com as fontes convencionais de energia. Porém deve-se acelerar o desenvolvimento da adoção das outras formas de energia renováveis
Os impactos causados, tanto ambiental quanto social, pela sua implantação são inúmeros, no entanto, medidas de mitigação desses impactos devem compor o projeto de construção dessas centrais. A capacidade da natureza em se recuperar ao receber impactos já é de conhecimento da sociedade, no entanto, isso não pode isentar-nos de elaborar planejamentos responsáveis para minimizar os impactos sobre a flora, fauna terrestre e aquática, ao solo, ao clima, e todos os fatores atingidos, para assim, permear a idéia de que a energia hidráulica é ainda uma fonte limpa e renovável, que contribui para o desenvolvimento sustentável do nosso país. 
REFERÊNCIAS
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USP. Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica. Disponível em: <http://educar.sc.usp.br/licenciatura/2001/energia/transmissaoedistribuicaodaenergiaeletrica.htm> Acesso em: 01 dez 2014.
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VIEIRA, F. VAINER, C. Os Impactos Sociais e Ambientais. Disponível em <http://www.maternatura.org.br/hidreletricas/guia/LeiaMais_Osimpactosambientaisesociais.pdf> Acesso em 01 dez 2014.
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BONSOR, K. Como funcionam as hidrelétricas. How stuff works. Disponível em: http://ciencia.hsw.uol.com.br/usinas-hidreletricas5.htm. Acesso em 30 de nov de 2014.
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