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ELETROTÉCNICA Prof. Maurício Caldora Costa AULA 11 – Usinas Hidrelétricas INTRODUÇÃO Q Importante fonte de energia no mundo (19%) Q O Brasil está entre os cinco maiores produtores de energia hidrelétrica no mundo: Q Mais de 170 usinas hidrelétricas Q Mais de 75 GW Q Em torno de 40% da oferta interna de energia (Brasil) Q Possui certos aspectos positivos Q Produz diversos impactos ambientais HISTÓRIA Q A primeira usina hidrelétrica do mundo foi construída em 30 de setembro de 1882, no rio Fox em Appleton, Wisconsin, EUA (uso privado) Q Inspirada nos planos de Thomas Edison, que pretendia construir uma usina hidrelétrica para gerar eletricidade para Nova York HISTÓRIA Q A primeira usina hidrelétrica brasileira foi 1883, no construída em município de Diamantina no estado de MG, aproveitando as águas do Ribeirão do Inferno, afluente do rio Jequitinhonha (privado) Q A primeira hidrelétrica do Brasil, e da América do Sul, para serviços de utilidade pública foi a do rio Paraibúna, Usina de Marmelos, em1889, produzindo energia para a cidade de Juiz de Fora (MG) HISTÓRIA Q Em 1930, o Brasil já possuía algumas dezenas de usinas, entre hidrelétricas, térmicas e mistas Q Atualmente, o país possui mais de 100 usinas hidrelétricas de grande porte e mais de 70 usinas de médio porte e centenas de pequeno porte DEFINIÇÃO Q O que é uma usina hidrelétrica? Q Quais são os seus principais componentes? Q Como ela funciona? ! DEFINIÇÃO “Conjunto de obras e equipamentos cuja principal finalidade é a geração de energia Q O que é uma usina hidrelétrica? elétrica através do aproveitamento do potencial hidráulico de um rio” DEFINIÇÃO Q O potencial hidráulico é proporcionado pela vazão hidráulica e pelos desníveis existentes no curso do rio Q O aproveitamento do potencial hidráulico pode se dar: Q De forma natural: cachoeiras ou quedas d'água Q Por meio da construção de barragens Q Através de desvios do leito natural do rio COMPONENTES PRINCIPAIS USINAS Q As três maiores usinas do país: Q Usina de Itaipu (14 GW) Q Usina deTucuruí (8,4 GW) Q Usina de BeloMonte (11,2 GW) PRINCIPAIS USINAS Q A Usina Hidrelétrica de Tucuruí Q Localização: Pará Q Rio: Tocantins Q Período de construção:1974-1984 Q Proprietário: Eletronorte Q Capacidade: 8370 MW Q Barragem Q Altura: 78 m Q Extensão: 8005 m Q Área alagada: 2850 km2 PRINCIPAIS USINAS Q A Usina Hidrelétrica de Tucuruí Q O desnível da água varia com a estação entre 58 e 72 m Q O reservatório tem 200 km de comprimento e 2.850 km² de área quando cheio, ou seja 0,341 km² por MW instalado Q A vazão média do rio ao longo do ano nesse ponto é aproximadamente 11.000 m³/s; a máxima observada (março de 1980) foi 68.400 m³/s Q A usina está ligada à rede nacional pela linha de transmissão entre Presidente Dutra (Maranhão) e a Usina Hidrelétrica de Sobradinho, via Boa Esperança (estado do Piauí) PRINCIPAIS USINAS Q A Usina Hidrelétrica de Tucuruí Município de Tucurí Estado do Pará PRINCIPAIS USINAS Q A Usina Hidrelétrica de Tucuruí (Rio Tocantins) PRINCIPAIS USINAS Q A Usina Hidrelétrica de Tucuruí (Barragem) PRINCIPAIS USINAS Q A Usina Hidrelétrica de Tucuruí (Barragem) PRINCIPAIS USINAS Q A Usina Hidrelétrica de Tucuruí (área alagada) PRINCIPAIS USINAS Q A Usina Hidrelétrica de Itaipu Q Localização: Foz do Iguaçu Q Rio: Paraná Q Período de construção:1975-2007 Q Proprietário: Itaipu Binacional Q Capacidade: 14000 MW Q Barragem Q Altura: 196 m Q Extensão: 7700 m Q Área alagada: 1350 km2 PRINCIPAIS USINAS Q A Usina Hidrelétrica de Itaipu Q É um empreendimento binacional administrado por Brasil e Paraguai na seção de fronteira entre os dois países, a 15 km ao norte da Ponte da Amizade Q A usina possui 20 unidades geradoras fornecendo 700 MW. No ano de 2008, a usina atingiu seu recorde de produção, com 94,68 bilhões de quilowatts-hora (kWh), fornecendo 90% da energia consumida pelo Paraguai e 19% da energia consumida pelo Brasil PRINCIPAIS USINAS Q A Usina Hidrelétrica de Itaipu (sete quedas) PRINCIPAIS USINAS Q A Usina Hidrelétrica de Itaipu (construção) PRINCIPAIS USINAS Q A Usina Hidrelétrica de Itaipu (vista de topo) PRINCIPAIS USINAS Q A Usina Hidrelétrica de Itaipu (Turbina) PRINCIPAIS USINAS Q A Usina Hidrelétrica de Itaipu PRINCIPAIS USINAS Q A Usina Hidrelétrica de Itaipu PRINCIPAIS USINAS Q A Usina Hidrelétrica de Xingu (Belo Monte) Q Localização: Pará Q Rio: Xingu Q Proprietário: Eletronorte Q Capacidade: 11233 MW Q Barragem (em construção) PRINCIPAIS USINAS Q A Usina Hidrelétrica de Belo Monte Q A Usina Hidrelétrica de Belo Monte PRINCIPAIS USINAS Q A Usina Hidrelétrica de Belo Monte PRINCIPAIS USINAS Q A Usina Hidrelétrica de Belo Monte PRINCIPAIS USINAS PRINCIPAIS USINAS Q A Usina Hidrelétrica de Belo Monte Q Desde seu início, o projeto de Belo Monte encontrou forte oposição de ambientalistas brasileiros e internacionais e de algumas comunidades indígenas Q Essa pressão levou a sucessivas reduções do escopo do projeto, que originalmente previa outras barragens rio acima e uma área alagada total muito maior. Em Nacional de Política Monte será a única 2008, o CNPE (Conselho Energética) decidiu que Belo usina hidrelétrica do Rio Xingu ASPECTOS POSITIVOS E NEGATIVOS ! ASPECTOS POSITIVOS E NEGATIVOS Q Quais são os aspectos positivos e negativos na geração de energia elétrica a partir de usinas hidrelétricas? Q Quais são as vantagens e desvantagens presentes neste tipo de geração? ! VANTAGENS Q Transformação limpa do recurso energético natural Q Não há resíduos poluentes Q São menos agressivas, em termos ambientais Q Baixo custo para a geração de energia elétrica Q Mais eficientes, limpas e seguras Q Menos emissões de gases causadores do efeito estufa Q Há a implementação de diversos projetos ambientais e sociais após a construção da usina. Itaipu, por exemplo, possui diversos projetos: Q Projeto cultivando água boa Q Projeto corredor da biodiversidade DESVANTAGENS Q Extinção da fauna e flora da região Q Aumento e alteração no nível dos rios Q Extinção de comunidades Q Aumento de epidemias Q Alterações climáticas Q Extinção de sítios arqueológicos Q Perda das áreas espeleológicas DESVANTAGENS COMPARAÇÃO COMPARAÇÃO Q Quais são os aspectos positivos e negativos na geração de energia elétrica a partir de usinas hidrelétricas quando comparados com as usinas térmicas e eólicas por exemplo? Q Comparando estas formas de geração, quais são as vantagens e desvantagens em termos de potência, custo, eficiência e impactos ambientais? ! COMPARAÇÃO Aspecto ou ponto considerado Hidrelétricas Eólicas Termelétricas Geração de Resíduos Não há resíduos Não há resíduos Há o descarte de resíduos pesados, tais como enxofre, a pirita, cinzas e emissões atmosféricas (SO2 e SO3) Potência Até GW (1000000000W) MW (1000000W) MW Eficiência 90 - 95% 30 - 40% 60 - 80% Custo Alto (construção: obra) Baixo Alto (uso: combustível) Impactos Sociais Extinção de comunidades nativas e de sítios arqueológicos Alteração no regime dos eventos e emissão de ruído de alta Freqüência Alteração na saúde da comunidade local como um todo Impactos ambientais Alagamento, alteração do leito do rio, extermínio da fauna e flora, por exemplo Morte de mamíferos, Insetos e aves Morte de animais, plantas, lagos e rios Tipos de Centrais Hidrelétricas Quanto ao uso das vazões naturais Centrais a fio d’água Centrais de acumulação Centrais reversíveis Central a Fio d’água Tem uma capacidade de armazenamento muito pequena e, em geral, dispõe somente da vazão natural do curso d´água PCH Paracambi (25 MW) Central de Acumulação Central Reversível Tipos de Centrais Hidrelétricas Quanto à potência micro P < 100 kW mini 100 < P < 1.000 kW pequenas 1.000 < P < 30.000 kW médias 30.000< P < 150.000 kW grandes P > 150.000 kW Tipos de Centrais Hidrelétricas Quanto à altura de queda d’água: baixíssima H < 10 metros baixa 10 < H < 50 metros média 50 < H < 250 metros alta H < 250 metros ENERGIA GERADA Potência = m.g.HQ m = massa que cai / seg g = aceleração da gravidade HQ = queda bruta Se a água que cai, vem de um rio com velocidade v’ P= m.g.H + 1/2 m.v’2 Obs: 1/2 m.v’2 em geral pode ser desprezada pois v’ é muita pequena Função de Produção = m/Q Q = volume de água que escoa por segundo através do tubo (vazão) P = g.H.Q g = aceleração da gravidade - 9,81m/s2 = 1.000 kg/m3 Potência = 9,81 HQ (kW) sendo H - metros e Q - m3/s Troca-se m/seg por Q (vazão) m3/s Hidrelétrica - Características Rendimento ou eficiência: Valores típicos são: 0 76 0 87, , TOT com 96,0h 88,094,0 t 0 97 0 90, , g gthTOT .. onde H - Rendimento do sistema hidráulico T - Rendimento da turbina g - Rendimento do gerador HQgP TOT ... horasFCPE 8760 FC - Fator de capacidade da usina onde E - Energia produzida no ano 𝑃 = 𝜌. 𝑔. 𝜂𝑡. 𝜂𝑔. 𝜂ℎ. 𝑄. 𝐻 [𝑊] Exercício No esquema de uma hidrelétrica que opera com metade de sua capacidade, a vazão que escoa pelo duto é de 20 m3/s e a altura máxima do nível da barragem é de 10m. Ao final do duto há um gerador com 90% de rendimento acoplado em uma turbina. Adotando a aceleração da gravidade como sendo 10 m/s2, a densidade da água igual a 1.000 kg/m3, e que os sistemas hidráulicos e da turbina apresentam perdas desprezíveis na conversão de energia, qual a energia gerada por hora desse sistema hidrelétrico? 900 kWh