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INSTITUTO SUPERIOR DE TRANSPORTES E COMUNICAÇÕES - ______________________________________________________________________ ______________ CURSO: LICENCIATURA EM ENGENHARIA MECÂNICA E TRANSPORTES (LEMT) INSTALAÇÕES TÉRMICAS ANO: 3 O TURMA: M31 TRABALHO DE INVESTIGAÇÃO Energia Hidroelétrica DISCENTES: Hélio Afonso Bande Edson David Furvela DOCENTE:

Hidroelectric Energy

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Energia renovável - energia hídrica.

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INSTITUTO SUPERIOR DE TRANSPORTES E COMUNICAES ____________________________________________________________________________________

CURSO:

LICENCIATURA EM ENGENHARIA MECNICA E TRANSPORTES (LEMT)

INSTALAES TRMICAS

ANO: 3OTURMA: M31

TRABALHO DE INVESTIGAO

Energia Hidroeltrica

DISCENTES:Hlio Afonso BandeEdson David Furvela

DOCENTE:Dr. Brbaro Medina

Agosto de 2014, Maputo ndiceIntroduo2O que a energia hidroeltrica3Central hidroelctrica3Constituio da central hidroelctrica4Barragem4Gravticas4Em arco ou abobadada5Turbina5Pelton5Francis6Hlice (Kaplan)6Crossflow (Banki)6Gerador elctrico7Converso de energia7Principais vantagens e desvantagens9Vantagens9Desvantagens9Impactos Scio - Econmicos e Ambientais10Concluso11Bibliografia12

ndice de figuras1. Componentes de uma central hidroelctrica42. Representao de uma central hidroctrica43. Barragem gravtica54. Barragem em arco ou abobadada55. Turbina tipo Pelton56. Turbina tipo Francis67. Turbina tipo Hlice (Kaplan)68. Turbina tipo Crossflow (Banki)69. Gerador elctrico710. Transformao de energia711. Tipos de queda de gua8

Introduo

J na antiguidade a civilizao mostrava um peculiar interesse pela gua e uma prova deste facto que a maior parte da populao se concentrava junto s margens dos rios. Este recurso era de tal forma importante que se chegaram a desenvolver diversas disputas entre as naes por causa da gua dos rios, pois, de facto, a gua um recurso valiosssimo para a humanidade, sendo parte fulcral das mais diversas actividades desde a alimentao produo de energia. Inicialmente, usava-se a gua para fazer trabalhar vrias mquinas como as rodas de gua, mas a ambio da humanidade aliada tecnologia desenvolveu vrias formas de aproveitamento da gua, entre elas, a produo de energia atravs das barragens. Aps a inveno do primeiro gerador elctrico e do desenvolvimento de turbinas mais eficientes, no sculo XIX, comea-se a produzir energia hidroelctrica em Centrais de pequena e mdia dimenso com o intuito de alimentar as redes elctricas locais e regionais. Mas face necessidade de produzir mais energia, no incio do sculo XX, surgem Centrais hidroelctricas de grandes dimenses.

O que a energia hidroeltrica

A energia hidreltrica a energia, gerada pelo aproveitamento do fluxo das guas em uma usina na qual as obras civis que envolvem tanto a construo quanto o desvio do rio e a formao do reservatrio so to ou mais importantes que os equipamentos instalados. Por isso, ao contrrio do que ocorre com as usinas termeltricas (cujas instalaes so mais simples), para a construo de uma hidreltrica imprescindvel a contratao da chamada indstria da construo pesada.A primeira hidreltrica do mundo foi construda no final do sculo XIX quando o carvo era o principal combustvel e as pesquisas sobre petrleo ainda estavam em estgio muito lento junto s quedas dgua das Cataratas do Nigara. At ento, a energia hidrulica da regio tinha sido utilizada apenas para a produo de energia mecnica.Central hidroelctrica

Consiste numa estrutura destinada produo de energia elctrica atravs da energia contida numa massa de gua, pela imagem podemos ter uma noo exacta de como uma central hidroelctrica e quais os seus constituintes:

Legenda: 1. Reservatrio; 2. Paredo da Barragem; 3. Grelhas de Filtrao; 4. Canalizao forada; 5. Turbina e Alternador; 6. Turbina hidrulica; 7. Eixo; 8. Gerador Elctrico; 9. Transformadores; 10. Linhas de transporte de energia elctrica.

1. Componentes de uma central hidroelctrica

Constituio da central hidroelctrica:

2. Representao de uma central hidroctrica

As principais componentes de uma central hidroelctrica so: a turbina, a barragem e o gerador.Barragem uma estrutura macia ou oca normalmente de beto ou com enchimento de terra, a qual retm a gua. O topo da barragem, designado como crista, pode suportar uma via pedonal ou de veculos. A barragem possui uma fundao no fundo do rio e apoios na margem para resistir a esforos horizontais. As barragens podem ser classificadas como:

Gravticas: construdas em beto ou terra que resiste pelo prprio peso presso da gua e transmite os esforos fundao. A utilizao de contrafortes a jusante permite aligeirar o paredo da barragem;

3. Barragem gravtica

Em arco ou abobadada: (simples ou dupla curvatura): construdas em beto sendo que a sua forma em curva faz com que as presses sejam transferidas para as ombreiras. A barragem em arco construda em vales mais apertados, podendo desta forma a altura ser maior que a largura. 4. Barragem em arco ou abobadada

Turbina A turbina hidrulica a principal componente de um aproveitamento hidroelctrico. Este componente mecnico converte a energia da queda de gua em energia mecnica. A seleco da mesma depende essencialmente de trs factores: altura da queda, caudal e velocidade de rotao.

As turbinas podem ser divididas pelo seu princpio de operao em: turbinas de aco e turbinas de reaco.

Pelton: consiste numa roda com uma srie de semi-baldes ao longo da sua periferia. Um ou mais jactos de alta velocidade so direccionados tangencialmente contra a roda. O jacto atinge o balde dividindo-se em dois, movimentando a roda. A gua deflectida nos baldes acaba por cair no canal de descarga. O uso adequado para locais onde haja altas quedas e pequeno caudal e apresenta bons rendimentos onde h grande variao de carga, podendo ser operadas entre 10 e 100% de sua potncia mxima. 5. Turbina tipo Pelton

Francis: este tipo de turbina uma modificao das turbinas de reaco, onde a gua flui radialmente accionando o rotor e emerge axialmente. O rotor montado normalmente em caixa em espiral com ps para orientao do fluxo de gua. So turbinas adequadas para operao com condies intermdias de queda e de caudal. Apresentam um alto rendimento (80% a 90%), tanto mais alto quanto maior for a potncia. As turbinas de reaco em geral so menos flexveis a variaes de caudal, sendo que o mximo de eficincia sempre prximo do valor de caudal de projecto, no entanto podem operar com alturas abaixo dos 10 m. 6. Turbina tipo Francis

Hlice (Kaplan): o princpio semelhante ao da hlice de um barco mas funcionado de forma inversa. Neste tipo de turbinas uma da caractersticas bsicas para aumentar a eficincia originar rotao no fludo antes de entrar na turbina atravs de guias fixas ou varveis. As turbinas de hlice no so regulveis, este tipo de turbinas permite pouca variao no caudal (apenas controlado pelo distribuidor). So usadas para grandes caudais e baixas quedas. Existem diversas configuraes, a principal a Kaplan, onde as ps podem ser ajustadas que apesar dos custos, permitem aumentar a eficincia para maiores gamas de caudais. 7. Turbina tipo Hlice (Kaplan)

Crossflow (Banki): este tipo de turbinas consiste num rotor com forma de tambor com um disco slido em cada extremidade e ps dispostas radialmente unido os dois discos. O jacto de gua entra na parte superior do rotor atravs das ps curvas emergindo na outra extremidade do rotor, passando assim duas vezes pelas ps. O seu rendimento inferior aos das restantes turbinas, mas mantm-se num valor elevado ao longo de uma extensa gama de caudais. O seu campo de aplicao atende quedas de 3 a 100 metros, vazes de 0,02 a 2,0 m3/s e potncia de 1 a 100 kW.8. Turbina tipo Crossflow (Banki)

Gerador elctrico

Para converso da energia mecnica gerada na turbina em energia elctrica so utilizados geradores os quais possuem uma srie de manes dentro dos mesmos. Estes manes rodam no meio de rolamentos de cobre (bobines) produzindo corrente elctrica de elevada tenso. A maior parte dos geradores so trifsicos de corrente alterna, podendo ser equipados com alternadores sncronos ou assncronos. Esta tenso posteriormente elevada atravs de transformadores e transportada at aos consumidores.

10. Transformao de energia9. Gerador elctrico

Converso de energia

A energia disponvel resulta da transformao da energia potencial de uma massa de gua em energia cintica, ao haver um deslocamento h uma cota inferior. Isto pode ser traduzido por:

P = g Q HE = Px t

onde: P a potncia mecnica produzida no veio da turbina [Watts]; a eficincia hidrulica da turbina; a densidade da gua [kg/m];g a acelerao da gravidade [m/s]; Q o caudal de gua que passa pela turbina [m/s]; H a diferena de cotas tendo em conta o atrito nas tubagens condutoras (cerca de 20% de perdas) ou altura de queda disponvel.E a energia em [Kwh];t o tempo em [h].

Para a converso em energia elctrica a energia cintica da gua transformada em energia cintica de rotao da turbina hidrulica, e esta energia mecnica da turbina finalmente em energia elctrica. A cada processo estar associado um rendimento na ordem dos 80% a 90%, dependendo da tecnologia empregue.

EnergiaEnergiaEnergiaEnergia potencial cintica cinticaelctricada guada guade rotao

A maior parte dos aproveitamentos hidroelctricos utilizam barragens num rio para armazenar gua num reservatrio. Este armazenamento feito em forma de energia potencial, e como referido acima, a energia potencial transformada em energia cintica quando a gua libertada do reservatrio, fluindo atravs da turbina para produo de energia elctrica. Nem sempre necessria a utilizao de grandes barragens para a produo hidroelctrica. Diversos aproveitamentos utilizam condutas que canalizam a gua do rio atravs da turbina o que acontece normalmente em pequenas aplicaes.

11. Tipos de queda de guaExistem ainda centrais hidroelctricas que, para alm de converterem em electricidade a gua turbinada, podem bombear a gua que j passou pelas turbinas para o reservatrio a montante usando energia elctrica, de forma a armazenar energia potencial, estas so as chamadas barragens reversveis. Este tipo de solues habitualmente utilizado quando existe excesso de energia elctrica na rede, aumentado assim a flexibilidade do sistema elctrico. A disponibilidade anual deste recurso depende da quantidade de gua disponvel para turbinar, sendo factores determinantes a pluviosidade e a bacia hidrogrfica.

Em Moambique, de toda a gama de energias renovveis que produzem energia para a populao, verificamos que a maioria dessa energia produzida pelas centrais hidroelctricas nacionais, (Ex: Cahora Bassa) que tem tambm o pontencial de fornecer a outros paises vizinhos.

Principais vantagens e desvantagens

A energia hidroelctrica considerada uma energia limpa, ou seja, renovvel. Por isso traz muitas vantagens para o meio ambiente em comparao com as energias no renovveis, os conhecidos combustveis fsseis. Mas, em comparao com as outras energias renovveis existentes, a energia hidroelctrica a que comporta mais desvantagens a nvel ambiental.

Vantagens: um tipo de energia renovvel, ou seja, obtm-se esta energia atravs de um recurso renovvel a gua. Para alm disso, uma energia no poluente, no h, portanto, emisso de gases poluentes e que contribuem para o efeito de estufa e aquecimento global. A reteno de gua leva a uma maior produo de peixe em aquacultura, uma vez que possvel a transposio dos peixes que ficam retidos. uma energia de baixo custo e, para alm disto, o preo da electricidade constante. Uma vez que no existe dependncia dos combustveis fsseis, j no se depende do preo destes combustveis no mercado e da sua importao (principalmente em pases sem reservas de petrleo). Apesar do grande investimento inicial na construo de uma central hidroelctrica, as centrais hidroelctricas tm uma vida longa, podendo estar em funcionamento durante muitos anos.Desvantagens: O aproveitamento deste tipo de energia est sujeito a um grande investimento inicial e a infra-estruturas de grandes dimenses que alteram substancialmente a paisagem e isso pode prejudicar vrias espcies de seres vivos. Com as barragens, existem alteraes no curso normal dos rios, existem interferncias na migrao dos peixes, o que pode contribuir para a extino de vrias espcies de peixes a longo prazo. Alm de alteraes na fauna e na flora dos rios, h tambm grande interferncia no transporte de sedimentos, impedindo que estes sigam o seu percurso natural, ficando depositados a montante da barragem o que poder trazer complicaes no futuro, como por exemplo a diminuio da quantidade de gua armazenada no reservatrio.Em suma, a produo de energia hidroelctrica, apesar de ser muito rentvel e trazer vrios benefcios ambientais, traz tambm vrios prejuzos ao ambiente, principalmente na fauna e na flora dos rios, devido construo das barragens. Segundo o site Alentejo Litoral (1. Bibliografia), por causar impactos ambientais, por vezes, considera-se que esta uma energia no renovvel.Impactos Scio - Econmicos e Ambientais Apesar de todas as funcionalidades e mais-valias que a hidroelectricidade representa para o sistema electroprodutor, no poderemos esquecer os impactes ambientais e scio culturais positivos e negativos que esto associados construo e explorao dos aproveitamentos hidroelctricos. A hidroelectricidade apresenta tambm um conjunto alargado de benefcios sociais relacionados com a utilizao das albufeiras e que potenciam o uso sustentvel da gua. Na realidade, aps a sua criao, qualquer aproveitamento hidroelctrico assume algumas das utilizaes dos aproveitamentos designados como de fins mltiplos. Desde a criao de melhores condies para a captao de gua para abastecimento urbano, agricultura e indstria, da possibilidade de regularizao / amortecimento de cheias, de ajuda ao combate de incndios florestais, e de oportunidades de melhoria para a navegao, com fins ldicos ou comerciais, e para o turismo. Em muitas situaes, face sua localizao em locais remotos e difcil acessibilidade, a construo dos aproveitamentos hidroelctricos representa uma melhoria nas condies de vida das populaes da zona, nomeadamente atravs da criao de emprego e de vias de comunicao. Contudo, esta melhoria nas condies de vida forada, uma vez que a deslocao desta populao inevitvel pois os seus terrenos agrcolas e habitaes ficam submersos com o aumento do caudal do rio a montante da barragem. Hoje invivel criar um processo de licenciamento para a construo de um empreendimento hidroelctrico que no tenha tido um estudo detalhado de avaliao de potenciais impactes ambientais, quer a montante, quer a jusante da sua localizao. Tendo a hidroelectricidade uma histria longa e sendo uma tecnologia com provas dadas, com conhecimento acumulado ao longo deste perodo, haver que analisar e apresentar, caso a caso, quais as medidas mitigadoras a desenvolver, no decurso das diferentes fases do projecto, de forma a minimizar os seus impactes negativos.Concluso

A produo de energia hidroelctrica no poluente, mas no por isso que se deva considerar esta energia como isenta de efeitos ambientais adversos. Quando nos referimos s pequenas centrais, de facto, o nico inconveniente que associamos resume-se fase de construo. Mas no uma desvantagem isolada! Por mais pequena que seja, pode levar ao desalojamento de uma parte da populao, captura de animais, alterao do curso natural de um rio, entre outras. Tm-se unido esforos para diminuir as consequncias desvantajosas da construo de centrais hidroelctricas, porque as vantagens deste tipo de energia so bastante encorajadoras e solucionam alguns problemas com os quais o pas se tem vindo a deparar, nomeadamente a dependncia em combustveis fsseis. E porque passado algum tempo da entrada em funcionamento da central, as desvantagens so praticamente insignificantes quando comparadas com o grande leque de vantagens.

Bibliografia

Projecto FEUP , Recursos Hidroelctricos como Fonte Geradora de Energia, sem ano IES Villalba Hervs, Tecnologa Industrial (Energia hidralica), 1 Bachillerato, sem ano.2 | pgina