Aula 18 - Geração de energia Hidroelétrica

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FONTES DE ENERGIA
Aula 8 – GERAÇÃO HIDRELÉTRICA
Aspectos Gerais
Principais Configurações
Potência Gerada e Energia Produzida 
Consumo por Fonte: Mundo
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Oferta de Energia Elétrica por fonte: 
BRASIL
Histórico:
– 1889 – construção da primeira hidrelétrica do Brasil, em MG;
– A década de 1940, marca o início da construção de uma
série de usinas hidrelétricas, o que tornou o Brasil um dos
maiores produtores de energia renovável do mundo, junto
com o Canadá;
– Foi também nessa época que, diante do crescimento de
consumo e da estiagem prolongada, o governo brasileiro
iniciou a construção de grandes represas, para evitar o
desabastecimento.
Usinas Hidrelétricas
• As Usinas Hidrelétricas (ou hidroelétricas) são sistemas
que transformam a energia contida na correnteza dos
rios em energia elétrica.
• A construção das usinas hidrelétricas se dá sempre em
locais onde podem ser aproveitados os desníveis
naturais dos cursos dos rios, e deve-se ter uma vazão
mínima para garantir a produtividade.
• 2 tipos de aproveitamento:
– Fio d´água (sem reservatório)- usa a própria vazão do rio.
– Com reservatório: a água acumulada age como regulador
da vazão - Atende às variações da demanda de consumo.
Quanto à Potência:
De acordo com o potencial de geração de energia
podemos classificar as hidrelétricas em:
• Micro: P < 100 kW
• Mini: 100 kW < P < 1000 kW
• PCH`s ou Pequenas Centrais Hidrelétricas:
» 1 MW < P< 30 MW
Reservatório de área inferior a 13 km²;
• GCH’s ou Grandes Centrais Hidrelétricas:
potências acima de 30 MW.
Grande Central Hidrelétrica
Barragem:
-198 m da altura
-7.700 m de extensão
Potência
-(20 x 700) MW
Lago
-16 municípios
-170 km de extensão
Itaipu gera uma energia correspondente a da queima de 434 mil barris / dia
Usina de Corumbá
Potência Gerada: 375 MW
Área do reservatório: 65 km2
H = 90 metros
Localização: Caldas Novas (GO)
Geração Hidrelétrica: Configurações
• Utiliza a energia potencial hidráulica que e transmitida por 
uma turbina para geração de energia rotativa e em seguida 
energia elétrica.
Condutos
Turbinas
Destaque: Pequenas Centrais 
Hidrelétricas
• Opera com fio d´água;
• Geração elétrica descentralizada – não integradas;
• O reservatório não permite a regularização do fluxo 
d´água. 
– na estiagem, a vazão disponível 
pode ser menor que a capacidade 
das turbinas, causando ociosidade. 
– se vazão maior que a capacidade
de engolimento das máquinas, vai 
ocorre a passagem da água pelo 
vertedouro.
Por esses motivos o 
custo da 
eletricidade 
produzida pelas 
PCH´s é maior que 
de uma usina de 
grande porte
Configurações: PCH’s
• Nas centrais a fio d’água, o desnível do trecho do curso
d’água e aproveitado para gerar o potencial
hidraulico. Parte da água do rio é desviada de seu leito
natual, uma vez que a casa de máquinas se localiza
afastada da barragem. A barragem nesse caso, tem a 
função de permitir a captação e pequena preservação
da água para operação da central.
PCH´s no estado 
de Santa Catarina
(Bacia do Atlântico 
Sudeste – Sub-Bacia
do Tubarão, Capivari)
• Curiosidades
– Usina Hidrelétrica de Itaipu - Rio Paraná, 14.000 MW - Paraná
– Usina Hidrelétrica de Belo Monte - Rio Xingu, 11.233 MW - Pará
– Usina Hidrelétrica São Luiz do Tapajós - Rio Tapajós, 8.381 MW - Pará 
– Usina Hidrelétrica de Tucuruí - Rio Tocantins, 8.370 MW - Pará
– Usina Hidrelétrica de Jirau - Rio Madeira, 3.450 MW - Rondônia
– Usina Hidrelétrica de Ilha Solteira - Rio Paraná, 3.444 MW - São 
Paulo e Mato Grosso do Sul
– Usina Hidrelétrica de Xingó - Rio São Francisco, 3.162 MW - Alagoas 
e Sergipe
– Usina Hidrelétrica Santo Antônio - Rio Madeira, 3.150 MW -
Rondônia
– Usina Hidrelétrica Paulo Afonso IV - Rio São Francisco, 2.462 MW -
Bahia
– Usina Hidrelétrica Jatobá - Rio Tapajós, 2.338 MW - Pará
Empreendimentos em Operação:
Configurações:
É uma máquina hidráulica, que, recebendo em sua porta de entrada 
energia mecânico-hidráulica de um fluido, converte essa energia em 
energia mecânico-motriz.
Como as turbinas são máquinas hidráulicas reais, a energia 
disponibilizada em seu eixo mecânico é menor do que aquele fornecida 
pelo fluído.
Potência mecânico-motriz
Potência mecânico-hidráulica
𝜂 =
𝑃𝑀𝑇
𝑃𝐻
• Turbinas: são basicamente um eixo em torno do qual é montado um círculo
de pás. O impacto da água nas pás faz o eixo girar e o movimento aciona a
máquina;
• Vertedouro: controla o nível de água da represa, evitando transbordamentos;
• Casa de Máquinas: onde estão instalados os geradores acoplados às turbinas;
• Conduto: conduz a água do reservatório até a turbina;
• Reservatório ou Lago: surge a partir do fechamento da barragem;
Turbinas Hidráulicas:
• As turbinas hidráulicas são projetadas para transformar a energia 
hidráulica (energia cinética de um fluxo de água, em energia 
mecânica). São acopladas a um gerador elétrico, o qual é 
conectado à rede de energia.
• Tipos de Turbinas Hidráulicas
– Tipos principais:
• Pelton;
• Francis;
• Kaplan;
– Cada um destes tipos é adaptado para funcionar em
usinas com uma determinada altura media de queda
d’agua e vazão.
Turbina Pelton:
• São adequadas para operar entre quedas de 350 até 1.100m, 
sendo por isto muito mais comuns em países montanhosos;
Turbina Francis
– São adequadas para operar entre quedas de 40m até
400m;
– A Usina Hidrelétrica de Itaipu, Tucuruí, Furnas e outras no
Brasil funcionam com turbinas tipo Francis com cerca
de 100m de queda de água
Usinas de Goiandira e Nova Aurora,
Turbina Kaplan:
– São adequadas para operar para operar
entre quedas até 60m;
– -A Usina Hidrelétrica de Três Marias funciona
com turbina tipo Kaplan;
Produção de Energia Elétrica:
Curva de duração da vazão:
A energia disponível está 
relacionada com a área abaixo da 
curva, sendo a área de 
exploração determinada em 
função da turbina utilizada. 
A escolha da turbina depende da 
queda útil (h), da vazão (Q).
Potência Hidráulica:
• A potência hidráulica máxima que pode ser obtida 
dado um determinado desnível pode ser calculada pelo 
produto:
• P= 9,8 ρ.Q.H.η
• Em unidades do sistema internacional (SI):
– Potência (P): Watt(W) 
– Queda (h): m 
– Densidade (ρ): kg / m3
– Vazão volumétrica (Q): m3 / s
– η é a eficiência total da turbina. As turbinas modernas têm 
uma eficiência entre 85% e 95%, que varia conforme a vazão 
de água e a queda líquida.
PCH – Usinas reversíveis
• Utilizam turbina-bomba. 
• Possuem um reservatório a montante e outro a jusante. Operam
nos horário de maior consume de energia turbinando água do 
reservatório superior para o inferior. Nos horários de menor
consumo, funcionam bombeando parte da água turbinada de 
volta para o reservatório superior.
• Instalação que tanto gera quanto consome energia, conforme estiver 
turbinando ou bombeando água.
– Balanço de energia sempre negativo
• Atualmente no mundo: 127.000 MW instaladas.
• No Brasil: 2 usinas, ambas no rio Pinheiros.
• “O sistema elétrico precisa mais do que apenas energia. Precisa de 
recursos para que essa energia seja disponibilizada com qualidade e 
confiabilidade. Precisa de diversidade de fontes, pra 
sustentabilidade. É justamente para oferecer esse equilíbrio ao 
sistema, que a Usina Hidrelétrica Reversível (UHR) surge como 
alternativa. A maior vantagem da UHR é armazenar energia em 
horários de menor demanda e gerar energia nos horários de maior 
demanda. E por esse princípio, decorrem todos os outros benefícios 
que essa fonte de geração oferece”.
MME, 2014