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UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
FACULDADE DE ENGENHARIA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
DESTINAÇÃO DAS ÁGUAS DE DRENAGEM URBANA PARA A
MICROGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
ITRIO TRONCO WOODS DE FREITAS
JUIZ DE FORA
FACULDADE DE ENGENHARIA DA UFJF
2013
UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
DESTINAÇÃO DAS ÁGUAS DE DRENAGEM URBANA PARA A
MICROGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
ITRIO TRONCO WOODS DE FREITAS
JUIZ DE FORA
2013
Itrio Tronco Woods de Freitas
DESTINAÇÃO DAS ÁGUAS DE DRENAGEM URBANA PARA A
MICROGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
Trabalho Final de Curso apresentado ao Colegiado do Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Juiz de Fora, como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Civil. Área de Conhecimento: Engenharia - Tecnologia e Produção Orientador: D.Sc. Marconi Fonseca Moraes Co-orientador: D.Sc. Ana Maria Stephan
Juiz de Fora
Faculdade de Engenharia da UFJF
2013
DESTINAÇÃO DAS ÁGUAS DE DRENAGEM URBANA PARA A
MICROGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
ITRIO TRONCO WOODS DE FREITAS
Trabalho Final de Curso submetido à banca examinadora constituída de
acordo com o Artigo 9o do Capítulo IV das Normas de Trabalho Final de Curso
estabelecidas pelo Colegiado do Curso de Engenharia Civil, como parte dos
requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.
Aprovado em: ____/________/_____
Por:
_____________________________________
Prof. D.Sc. Marconi Fonseca Moraes
_____________________________________
Prof. D.Sc. Ana Maria Stephan
_____________________________________
Prof. D.Sc. Danilo Pereira Pinto
AGRADECIMENTOS
Agradeço à minha mãe pela força e entusiasmo, me amparando e
incentivando quando necessário. Agradeço ao meu pai por todo apoio durante
o curso e pelos conhecimentos de vida. Agradeço à Elaine, por todo amor,
carinho e dedicação, me orientando no desenvolvimento deste trabalho.
Agradeço ao meu orientador pelo pronto atendimento em aceitar o
desafio de empreender esta dissertação. Agradeço ao professor Leonardo
Willer pela ajuda e valorosos conselhos.
À minha querida Elaine, que como notas
musicais adentrou em minha vida, expressando
através de tons serenos e suaves sua beleza e
arte, me mostrando através da harmonia de
suas notas a alegria de curtir a vida.
RESUMO
O presente trabalho é fruto da preocupação com os rumos da sociedade, de sua urbanização sem planejamento e do crescimento econômico irrefletido, fatores que vêm consumindo os recursos finitos do planeta, tornando o nosso meio cada vez mais insalubre. Isto se evidencia na crise energética que se anuncia diante da escassez do petróleo.
Desta forma é importante que as Ciências busquem novas formas de pensar a sociedade, de estruturar nossas cidades, e isto envolve a administração de recursos como a água e a energia elétrica. Este trabalho propõe uma nova ótica, seguindo a Teoria do Desenvolvimento Sustentável, em que se conciliam o desenvolvimento econômico e o fomento a um ambiente saudável.
Dentro da ideia de desenvolvimento sustentável, criamos o conceito da utilização da malha de drenagem urbana para produzir energia elétrica, ou seja, utilizar a vazão como motriz dos geradores de pequeno porte, apoiando-se no conceito de geração distribuída. Para além da produção de energia, veremos que o conceito criado auxilia o funcionamento da vida urbana visando um re equilíbrio com o meio ambiente, uma vez que é grande aliado no combate às enchentes e ao assoreamento de rios.
Assim, o presente trabalho se torna multidisciplinar por abordar tecnologias de engenharia elétrica, civil e ambiental, articuladas de forma a ganhar novas funções.
Palavras-chave: Crise energética, Teoria do Desenvolvimento Sustentável,
Geração Distribuída, Central Geradora hidrelétrica.
LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Eficiência no processo de cogeração de energia ............................... 31
Figura 2 - Esquema elétrico tradicional e com Geração Distribuída integrada . 31
Figura 3 - Arranjos de CGH’s. ................................................................................ 40 Figura 4 - Sistema de adução. ............................................................................... 41
Figura 5 - Reservatório subterrâneo Off-line. ....................................................... 44
Figura 6 - Reservatório subterrâneo Off-line. ....................................................... 45 Figura 7 - Reservatório subterrâneo Off-line. ....................................................... 45
Figura 8 - Reservatório subterrâneo Off-line, localizado sob estacionamento próximo ao shopping Conjunto Nacional, Brasília-DF........................ 46
Figura 9 - Geometria dos rotores das turbinas hidráulicas. ................................ 50
Figura 10 - Rodas d’água como alternativa as turbinas. ..................................... 54
Figura 11 - Rodas d’água como alternativa as turbinas. ..................................... 55
LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Distribuição percentual da massa de água no planeta ................... 17
Tabela 2 - Razão Líquida em função da fonte de energia emprega ................ 26
Tabela 3 - Capacidade Instalada Hídrica ......................................................... 33
Tabela 4 - Classificação da trajetória e sentido da água no rotor. ................... 49
Tabela 5 - Classificação quanto à forma de transformação da energia. .......... 49
Tabela 6 - Micro e Macrodrenagem. ................................................................ 63
LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1 - Uso mundial de água em porcentagem ......................................... 19
Gráfico 2 - Oferta brasileira de energia elétrica por fonte ................................ 20
Gráfico 3 - Consumo final de energia por fonte, 2009 - 1973 .......................... 21
Gráfico 4 - Geração hidrelétrica por região ..................................................... 22
Gráfico 5 - Crescimento Mundial da Demanda por Energia ............................ 25
Gráfico 6 - Investimentos globais de fontes de energias alternativas ............. 28
Gráfico 7 - Potencial Hidrelétrico Brasileiro ..................................................... 34
Gráfico 8 - Campo de aplicação de maior eficiência das diferentes turbinas. . 51
Gráfico 9 - Diagrama de Cordier: campo de aplicação dos diferentes tipos de
turbinas função da rotação específica e altura de queda .............. 53
LISTA DE ABREVIATURAS
ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica
APE autoprodutor de energia elétrica
AT alta tensão
BEN Balanço Energético Nacional
BT baixa tensão
CGH centrais geradoras hidrelétricas
CGH’S centrais geradoras hidrelétricas
CHD central hidrelétrica de desvio
CHR central de hidrelétrica de represamento
CHV central hidrelétrica de derivação
CREA Conselho Regional de Engenharia e Agronomia
DNAEE Departamento Nacional de Águas e Energia Elétrica
EBT extra-baixa tensão
EPE Empresa De Pesquisa Energética
GD geração distribuída
IEA Agência Internacional de Energia - International Energy Agency
IEEE Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos - Institute of
Electrical and Electronics Engineer
INEE Instituto Nacional de Eficiência Energética
MME Ministério de Minas e Energia
MTE Ministério Do Trabalho e Emprego
MTOE milhões de toneladas de óleo equivalente
nqa rotação específica
NR 10 Norma de segurança em instalações e serviços em eletricidade
PCH pequena central hidrelétrica
PCHS pequenas centrais hidrelétricas
PRODIST procedimentos de distribuição de energia elétrica no sistema
elétrico nacional
RAT reguladores automáticos de tensão
REL razão de energia líquida
SEP sistema elétrico de potência
SP serviço público
TUSD tarifas de uso do sistema de distribuição
TUST tarifas de uso do sistema de transmissão
UHE usina hidroelétrica de grande porte
WEO World Energy Outlook
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................. 14
2. A IMPORTÂNCIA DA ÁGUA E O SEU PAPEL NA PRODUÇÃO DE ENERGIA ......................................................................................................... 16
3. GERAÇÃO DISTRIBUÍDA COMO SOLUÇÃO À CURTO PRAZO PARA A DEMANDA ENERGÉTICA ............................................................................... 23
3.1. A crise energética e as correntes estratégicas .......................................... 23
3.2. A Geração distribuída e a cogeração, definição e tecnologias existentes . 28
3.3. O potencial hídrico para a Geração Distribuída ......................................... 32
4. A MICRO GERAÇÃO HIDRELÉTRICA COMO GERAÇÃO DISTRIBUÍDA ......................................................................................................................... 35
4.1. A tecnologia das CGH’s e a sua viabilidade para o presente trabalho ...... 35
4.2. Estado da arte da estrutura de uma CGH ................................................. 38 4.2.1. O sistema de adução .......................................................................... 38
4.2.2. Sistema de captação e armazenamento ............................................. 42 4.2.3. Casa de máquina ................................................................................ 47
4.2.4. Grupos geradores ............................................................................... 48
4.3. Marco regulatório das CGH’s no Brasil ..................................................... 55
5. DRENAGEM URBANA ................................................................................ 58
5.1. O atual sistema de drenagem frente aos riscos de enchentes .................. 60
5.2. Micro e macro drenagem ........................................................................... 62 5.2.1. Elementos físicos constituinte da micro drenagem ............................. 64
5.2.2. Elementos constituintes da macro drenagem ..................................... 65
5.3. Marco regulatório dos sistemas de drenagem ........................................... 65
6. CONDIÇÕES DE CONEXÃO DE GERAÇÃO DISTRIBUÍDA ..................... 69
6.1. Introdução ao cenário nacional referente á regulamentação e adoção de técnicas de GD para complementar a produção de energia ............................ 69
6.2. Impactos da GD na malha de distribuição ................................................. 70
6.3. Marcos regulatórios da GD nacionais e internacionais, fixando critérios, padrões técnicos e requisitos de qualidade...................................................... 72
7. CONCLUSÃO .............................................................................................. 75
BIBLIOGRAFIA ............................................................................................... 79
14
1. INTRODUÇÃO
As grandes transformações pela qual a sociedade e seus meios de
produção e consumo passaram nas últimas décadas trazem a certeza de que,
neste século XXI, enfrentaremos diversos desafios relacionados à vida no
planeta. Já sentimos a necessidade de harmonizar o crescimento econômico
visando o equilíbrio com o meio ambiente. Outro desafio que se anuncia é o
combate à crise energética face à escassez do petróleo.
A necessidade da descoberta de novas fontes de energias limpas e
renováveis em substituição ao petróleo e seus derivados é de grande
importância na manutenção de uma economia aquecida. Isto se dá em virtude
da diminuição das reservas de petróleo previstas para a metade deste século,
confirmando a ocorrência de uma crise energética, afetando diretamente a
economia mundial e assim o sistema capitalista que a gerencia.
Para combater a crise energética precisaremos de criatividade, focada
em desenvolver novas fontes de energias renováveis, além de aperfeiçoar a
eficiência da geração de energia e a produção de bens e transportes,
diminuindo as perdas energéticas das tecnologias já existentes. É importante
ressaltar, que a resposta à crise energética não está apenas em uma única
fonte, mas sim na adoção de um conjunto de medidas (geradoras ou redutoras
de perdas energéticas). A presente pesquisa surge como uma dessas medidas,
propondo auxiliar na geração de energia.
Em primeiro lugar, devemos ter em mente que toda forma de utilização
de energia provoca impactos ambientais, assim, o combate ao desperdício é a
melhor forma de “produção virtual” de energia, sendo possível de ser
alcançado através da conscientização e educação da população.
Somado a isso, sabemos que a melhor forma de energia é aquela
comercialmente viável, capaz de atender a demanda atual e do futuro próximo,
mais econômica e que provoque os menores impactos ambientais. O presente
trabalho é o primeiro passo para se estudar a viabilidade de se aproveitar as
15
águas da drenagem urbana para a geração de energia elétrica, apresentando
aqui a sua proposta e abrindo espaço para estudos futuros.
A ideia se funda em uma característica brasileira, o grande potencial
hídrico aproveitado na geração de energia elétrica renovável e limpa, o que
coloca o Brasil em posição pioneira frente a outros países de matriz energética
petrolífera. Porém, o Brasil não está imune à crise energética, por esse motivo
é importante se investir em tecnologias que sejam capazes de absorverem de
forma eficiente todo esse potencial hídrico.
O grande motivador desta pesquisa é o rumo que nossa sociedade tem
tomado, busca-se o crescimento econômico sem medir consequências,
consumindo os recursos finitos do planeta, poluindo nosso meio e tornando-o
insalubre. Como efeito, podemos dizer que no Brasil tivemos, na maioria das
cidades, uma urbanização sem planejamento, o que obviamente gerou um
grande impacto ambiental para as bacias hidrográficas.
Surge uma demanda urgente de que as Ciências busquem novas formas
de pensar a sociedade, de estruturar nossa economia e nosso meio urbano, e
isto, no caso brasileiro, envolverá a administração de recursos como a água e a
energia elétrica. Este trabalho é inovador, filiando-se à Teoria do
Desenvolvimento Sustentável, propõe uma nova ótica que concilia o
desenvolvimento econômico e o fomento a um ambiente saudável.
Criamos o conceito do aproveitamento da malha de drenagem urbana
para a produção de energia elétrica, ou seja, baseando-se no conceito de
geração distribuída, utiliza-se o fluxo d’água como motriz dos geradores de
pequeno porte. De início, visualizamos que a presente proposta possui, pelo
menos, duas vantagens: a primeira é a produção de energia limpa e renovável,
minimizando os impactos da crise energética, e a segunda é auxiliar o
funcionamento da vida urbana visando um reequilíbrio da bacia hidrográfica tão
prejudicada com a expansão não planejada dos centros urbanos, uma vez que
reduz o risco de enchentes e o assoreamento dos rios. Assim, esta pesquisa
torna-se multidisciplinar, articulando engenharia elétrica, civil e ambiental, de
forma que as tecnologias já existentes adquiram novas funções.
16
2. A IMPORTÂNCIA DA ÁGUA E O SEU PAPEL NA PRODUÇÃO DE ENERGIA
Quando os cientistas procuram por vida em outros planetas, eles
buscam, primeiramente, por indícios que confirmem a presença de água, do
contrário as chances de vida podem ser consideradas mínimas ou nenhuma.
Dessa forma, é possível demonstrar a importância da água não somente para a
humanidade, mas para a existência de qualquer forma de vida.
Através dos avanços tecnológicos a humanidade conseguiu vencer a
gravidade e a atmosfera terrestre, e pôde observar a olho nu as cores e forma
do Planeta Terra. Ao analisarmos o globo terrestre, o que chama mais atenção
é a grande quantidade de água existente. Este bem natural cobre cerca de
70% da superfície terrestre, totalizando cerca de 1.386,00 milhões Km³ ou
265.400,00 trilhões de toneladas de água. Essa visão nos faz acreditar ser
impossível a ocorrência da escassez de água (BRAGA et al. 2002. p. 73 e 74).
Porém, esses dados iludem quem acredita que toda essa água está
acessível ou mesmo em condições de uso pela humanidade ou outros seres
vivos. Do montante total de água existente, menos de 3% da água é doce,
sendo que 2,5% se encontram congeladas na Antártica, no Ártico e em
icebergs, sobrando somente 0,5% para o consumo humano. Dos 0,5%, devem
ser subtraídas as águas de difícil acesso ou que se encontram muito poluídas,
restando apenas 0,003% ao alcance econômico, possibilitado pela nossa atual
tecnologia (BRAGA et al. 2002. p. 73 e 74).
A título de ilustração, se toda água do mundo fosse colocada dentro de
um balde de 100L, apenas meia colher de chá seria potável. A Tabela 1
resume a distribuição dos recursos hídricos existentes em nosso planeta
(BRAGA et al. 2002).
17
Tabela 1 - Distribuição percentual da massa de água no planeta
Localização Área (10^6 Km²)
Volume (10^5 Km³)
Porcentagem da água total (%)
Porcentagem da água doce (%)
Oceanos 361,3 1338 96,5
Água Subterrânea 134,8 23,4 1,7
Doce 10,53 0,76 0,055
Umidade do solo 0,016 0,0012 0,05
Calotas Polares 16,2 24,1 1,74 68,9
Geleiras 0,22 0,041 0,003 0,12
Lagos 2,06 0,176 0,013 0,26
Doce 1,24 0,091 0,007
Salgado 0,82 0,085 0,006
Pântanos 2,7 0,011 0,0008 0,03
Rios 14,88 0,002 0,0002 0,006
Biomassa 0,001 0,0001 0,003
Vapor na Atmosfera 0,013 0,001 0,04
Total de água doce 35 2,53 100
Total 510 1386 100
Fonte: BRAGA et al. 2002. p. 73
Outro dado importante a ser mencionado é que, desde o surgimento das
primeiras sociedades, os recursos hídricos possuem uma atenção exclusiva
quanto ao seu transporte, armazenamento e distribuição, sendo o seu
gerenciamento um fator crucial para garantir a prosperidade da sociedade. É
no antigo Egito que ocorre a primeira organização centralizada da qual se têm
conhecimento. A concentração em torno dos chamados nomos ocorre no
período pré-dinástico ou dinástico primitivo (2920 a 2575 a.C.). Alguns
cientistas teorizam que a criação da monarquia egípcia ocorreu devido à
necessidade de serem feitas obras de irrigação no Rio Nilo, sendo esta
intervenção impossível sem a formação de um controle administrativo forte e
centralizado (CARDOSO. 1996. p. 14).
A água é o bem mais consumido pelo ser humano por ser fundamental
para a manutenção da vida e para as necessidades diárias. Além disso, possui
um papel crucial para a prosperidade econômica e o desenvolvimento
tecnológico das sociedades, uma vez que está relacionada à geração de
energia, produção agrícola e insumos industriais. Isso demonstra que o
controle dos recursos hídricos sempre foi na história da humanidade um fator
18
determinante para a prosperidade e supremacia de uma sociedade perante
outras, ou mesmo como ferramenta de controle para com sua própria
população, sendo utilizada de forma estratégica inclusive em questões políticas
e militares.
O Brasil possui cerca de 12% a 16% da água acessível mundialmente e,
por isso, tem um papel importante no desenvolvimento de melhores condições
de fiscalização, controle e usos da água, podendo tornar-se um modelo de
gerenciamento dos recursos hídricos perante outros países. Apesar de
possuirmos uma porcentagem considerável desse recurso, o território é vasto e
a sua distribuição desigual, acarretando problemas de abastecimento para
alguns estados. O país possui grande potencial hídrico, isso deveria ser
imperativo quanto à criação de diretrizes ambientais mais rígidas, de forma a
preservar este bem para futuras gerações (CLARKE e KING. 2005. p. 93/95).
Porém o que ocorre é o contrário, o descuido com a água resulta no
descuido com a população, para ilustrar podemos citar a situação contraditória
vivida pela população do Amazonas, possuidor da maior reserva de água do
país, mas também detentor do maior índice de deficiência de saneamento,
chegando a 32,53% referente ao déficit de distribuição de água tratada e
98,28% referente ao de tratamento de esgoto (CLARKE e KING. 2005. p. 9).
Essa e outras situações resultam pela falta de órgãos fiscalizadores e
ausência de diretrizes norteadoras. Cabe salientar que o governo só começou
a ter uma postura mais ativa, quanto à regulamentação e o controle das águas,
no início do ano de 2000, através da criação da Agência Nacional de Águas
(ANA), órgão fiscalizador federal vinculado ao Ministério do Meio Ambiente.
Sua criação possui a missão de implementar e coordenar a gestão
compartilhada e integrada dos recursos hídricos e regular o acesso à água,
promovendo o seu uso sustentável em benefício da atual e das futuras
gerações .1
1 BRASIL. Agência Nacional de Águas - ANA. Institucional: Sobre a ANA: Missão. 2013.
Disponível em:<http://www2.ana.gov.br/Paginas/institucional/SobreaAna/abaservinter1.aspx> Acesso em 25/01/13.
19
Segundo o Gráfico 1, é possível observar claramente a dependência que
a economia brasileira (basicamente agropecuária exportadora) possui sobre
este recurso, evidenciando a necessidade da criação de leis que resguardem
este bem para a própria população, não deixando virar insumo de exportação
(CLARKE e KING. 2005. p. 25).
Fonte: CLARKE e KING. 2005. p. 25.
A dependência que a economia do país deposita nos recursos hídricos
não está somente no setor de produção agrícola, mas principalmente na
geração e distribuição de energia. Segundo o Gráfico 2 demonstra que 81,90%
da produção de energia elétrica é provinda de fontes hídricas, totalizando 74%
de geração interna e 7,9% externa. Somando a geração interna com as
importações é possível afirmar que cerca de 89% do consumo de energia no
país é derivado de fontes renováveis. 2
2 BRASIL. Ministério de Minas e Energia – MME. Balanço Energético Nacional 2012: Ano base
2011 / Empresa de Pesquisa Energética. Rio de Janeiro: EPE, 2012.
Gráfico 1 - Uso mundial de água em porcentagem
20
Fonte: Brasil. MME. Balanço Energético Nacional. 2012. p. 16.
Apesar do potencial energético de origem renovável existente, o Brasil
não é exceção à crise energética mundial. O país vive hoje um período de
crescimento econômico, expandindo seus investimentos de infraestrutura ao
desenvolvimento industrial e à pesquisa. Porém, a crescente demanda por
energia se torna, a cada dia, uma barreira mais sólida contra esse crescimento.
Em contra partida, o Governo Federal vem adotando planos que visam, em um
curto prazo, sanar esta deficiência. No entanto, uma solução segura e eficiente
somente poderá ser alcançada através de um prévio planejamento, sendo
necessário muito estudo avaliando a resposta junto aos vários setores
econômicos e também frente aos impactos ambientais resultantes.
Analisando o Gráfico 3 a e 3 b, observamos que a economia mundial é
sustentada basicamente pela geração de energia provinda do petróleo e seus
derivados, da queima do carvão mineral e da energia nuclear. Estas fontes,
além de serem finitas e produzirem grandes impactos ambientais, constituem
um risco em potencial para a população. A título de exemplo, podemos citar a
fatalidade ocorrida no Japão após tsunamis terem atingido o reator nuclear
Gráfico 2 - Oferta brasileira de energia elétrica por fonte
21
situado em Fukushima Daiichi, causando o isolamento da área pelo risco de
contaminação da população provindas da água e do ar.
Gráfico 3 - Consumo final de energia por fonte, 2009 - 1973
Fonte: Brasil. MME. Balanço Energético Nacional. 2012. p. 180 e 185.
a)
b)
22
Em contrapartida, podemos citar o exemplo da China que, segundo os
dados do Gráfico 4, vem demonstrando um crescente investimento na energia
hidroelétrica, constituindo uma alternativa para as termoelétricas movidas por
recursos fósseis que representam ainda 80% da produção total. 3
Gráfico 4 - Geração hidrelétrica por região
Fonte: Brasil. MME. Balanço Energético Nacional. 2012. p. 187.
Comparando os dados do Gráfico 4 com o Gráfico 2 (p.18), é notável a
grande produção que o país possui de geração hidrelétrica frente a outros
países, constituindo um verdadeiro potencial renovável e de baixo impacto
ambiental. Estes são motivos claros para concentrar esforços no sentido de
investir em pesquisas e desenvolvimento de tecnologias que absorvam, com
alta eficiência, esse potencial hidrelétrico e o transforme em um potencial
econômico de forma limpa e segura, para a população e para o meio ambiente.
3 Recursos Energéticos e Minerais da República Popular da China. Wikipédia. Disponível em:
<http://pt.wikipedia.org/wiki/Recursos_energ%C3%A9ticos_e_minerais_da_Rep%C3%BAblica_Popular_da_China> Acesso em 13/02/2013.
23
3. GERAÇÃO DISTRIBUÍDA COMO SOLUÇÃO À CURTO PRAZO PARA A DEMANDA ENERGÉTICA
O petróleo e seus derivados constituíram a matriz energética
predominante do sistema capitalista, que proporcionou o crescimento
econômico e tecnológico do século XX. Frente aos sinais de escassez desse
sistema energético, finito e gerador de grandes impactos ambientais, a busca
por novas fontes de energia renovável se mostra um desafio para o novo
século que se inicia.
No presente capitulo apresentamos as duas correntes estratégicas
desenvolvidas com o intuito de combater a futura crise energética: Trajetória
Severa e o Crescimento Sustentável. Sendo que este trabalho discorre sobre a
geração distribuída, uma das medidas abordadas pela teoria do Crescimento
Sustentável, como opção à curto prazo, para complementar a matriz
energética.
3.1. A crise energética e as correntes estratégicas
A energia consumida pelos seres humanos sofre um drástico
crescimento a partir das primeiras conquistas tecnológicas, em paralelo ocorre
o crescimento da poluição ambiental. A partir disso, surge a necessidade de
subdividir as fontes de energia de acordo com sua origem. As primárias são
oriundas diretamente da natureza, enquanto que as secundárias são
derivações das primarias, como se verá a seguir.
Podemos dizer que o Sol é a principal fonte de energia para a Terra, ele
nos aquece, ilumina e é o responsável pela fotossíntese das plantas, que é um
processo químico natural de obtenção de energia. Assim, as plantas, os
animais e o próprio planeta obtêm energia diretamente do Sol, por isso
dizemos que ele é uma fonte de energia primária. Ou seja, sua energia não
precisa ser transformada para nos aquecer ou iluminar.
Também são consideradas fontes primárias outras fontes naturais de
energia diretamente utilizáveis, como carvão, petróleo bruto, gás natural, o
24
vento, a água, os biocombustíveis, os minérios radioativos e a energia
geotérmica (proveniente do calor da terra).
Como já dito, as fontes secundárias são o resultado de transformações
das fontes primárias, sendo necessário o emprego de alguma tecnologia nesse
processo de conversão. Por exemplo: a gasolina é produzida a partir do
petróleo, ou a eletricidade gerada em centrais hidroeléctricas, termoelétricas e
nucleares. 4
Porém, o uso das fontes secundárias de energia possuem algumas
desvantagens frente a utilização das primárias. A principal é a perda inevitável
de energia que ocorrem em dois momentos: o primeiro é na transformação de
primária em secundária (da fonte primária para um sistema intermediário) e o
segundo, durante o transporte da energia até o consumidor final.
Considerando que 99% da energia incidente no planeta é proveniente do
sol, o 1% restante é originário das fontes primárias que, por sua vez, podem
ser divididas em renováveis e não renováveis. As fontes renováveis são
classificadas em diretas e indiretas. As diretas advêm da energia solar,
captadas através de painéis solares ou fotovoltaicos que aquecem a água ou
geram energia elétrica. As fontes indiretas provêm das vazões dos rios, do
movimento das marés, dos ventos, dentre outras (BRAGA et al. 2002. p.
52/54).
A matriz energética primária predominante utilizada hoje é o petróleo,
constituindo cerca de 41,3% do consumo da energia mundial, como pode ser
visto no Gráfico 3, somando-se a outras fontes não renováveis esse valor sobe
para 69,8%. Essa estatística demonstra a fragilidade da matriz energética,
dependente de um recurso finito e gerador de grande impacto ambiental
(BRASIL. MME. Balanço Energético Nacional. 2012. pag. 180).
A demanda mundial de energia elétrica apresentará um crescimento de
45% até o ano de 2030. O Gráfico 5 apresenta este crescimento segundo as
4 Fontes Primárias e Secundárias de Energia. Museu Light da Energia. Disponível em:
<http://www.museulight.com.br/Biblioteca/BibliotecaDetalhe.aspx?id=60> Acesso em: 23/03/2013.
25
diversas fontes de energia, suas unidades estão representadas em Mtoe
(Milhões de toneladas de óleo equivalente) (International Energy Agency - IEA
apud TREVISAN. 2011. p.11).
Gráfico 5 - Crescimento Mundial da Demanda por Energia
Fonte: International Energy Agency - IEA apud TREVISAN. 2011. p. 11.
O desenvolvimento demanda cada vez mais energia, daí a necessidade
da descoberta de novas fontes, que sejam renováveis e de baixo impacto
ambiental para não prejudicarem ainda mais um ecossistema já fragilizado. A
corrida em busca de novas fontes de energia renovável e sustentável já se
iniciou, mas segundo os cientistas ainda levará algum tempo para que sejamos
capazes de descobrir, ou mesmo viabilizar economicamente, fontes renováveis
de energia com produção em larga escala. Dessa forma, aposta-se em
pesquisas, desenvolvimento e na melhoria da eficiência dos modelos
energéticos já consolidados. Sendo o papel desta nova fase de investimentos
considerada uma ponte de transição a um novo modelo energético.
Ao buscar formas de melhorar a eficiência e o aproveitamento
energético, um parâmetro que pode auxiliar na avaliação do grau de eficiência
26
energética produzida é a Razão de Energia Líquida (REL), que pode ser
definida por: quanto maior a eficiência da fonte, maior o valor de REL analisado
(equação 1). Porém, ressalta-se que esse parâmetro não leva em consideração
os impactos ambientais resultantes dos processos de produção energética
(BRAGA et al. 2002. p. 56).
(equação 1.)
Observando-se a Tabela 2, é perceptível que o petróleo possui uma alta
taxa de REL, mas esse valor tende a decrescer à medida que os poços de
petróleo tornarem-se cada vez menos acessíveis, o que aumentará os gastos
empregados para sua extração e refino. Assim o seu lucro será inferior aos
custos de produção e refino, inviabilizando a exploração deste recurso.
Tabela 2 - Razão Líquida em função da fonte de energia emprega
Fonte de energia Razão de energia útil líquida
Aquecimento doméstico
Sol 5,8
Gás natural 4,9
Petróleo 4,5
Carvão gaseificado 1,5
Térmica a carvão 0,4
Térmica a gás natural 0,4
Térmica nuclear 0,3
Processos industriais
Carvão mineral (superfície) 28,2
Carvão mineral (subterrâneo) 25,8
Gás natural 4,9
Petróleo 4,7
Carvão gaseificado 1,5
Solar direto 0,9
Transporte
Gás natural 4,9
Gasolina 4,1
Biocombustível (álcool) 1,9
Carvão liquefeito 1,4
Fonte: BRAGA et al. 2002. p. 57.
27
Frente à crise energética que se forma, surgem duas correntes de
pensamento opostas que tentam, através de um conjunto de medidas,
solucionar o problema energético que se aproxima.
Por um lado, temos a teoria da “Trajetória Severa” ou “Modelo do Mundo
em Crescimento” que visa a imediata ampliação e incentivo para com as
companhias de petróleo, ampliando também a produção das demais fontes não
renováveis ainda possuidoras de altas taxas de REL. Outra medida seria a
construção de novas usinas térmicas a carvão e a combustível nuclear,
satisfazendo dessa forma a demanda durante os primeiros 25 anos da crise.
Enquanto isso, seriam empregados recursos em pesquisas voltadas para o
desenvolvimento e disponibilização econômica dos Reatores Breeder, que
substituiriam os combustíveis fósseis, bem como as usinas nucleares, dando
novo fôlego ao problema de geração de energia até o ano de 2050. Calcula-se
que, nesta data, a tecnologia já seja capaz de fabricar, de forma
economicamente viável, geradores a fissão nuclear, com suporte adequado
para suprir a demanda exigida pelo mercado (MILLER 1985. apud BRAGA et
al. 2002. p. 57/58).
A segunda idéia, a teoria do “Crescimento Sustentável”, visa medidas de
substituição gradual das fontes não renováveis através de um conjunto de
práticas, como a redução do consumo, a melhoria na eficiência do consumo e
os avanços nos processos de geração de energia. Pode-se citar como parte
destas medidas, por exemplo: a adoção de projetos globais focados no
incentivo ao transporte público; a melhoria das edificações no sentido térmico
acústico e de iluminação; o emprego de sistema de cogeração; o aumento de
fontes renováveis como eólicas e hídricas. Para a total independência das
energias não renováveis, seria primordial o investimento e desenvolvimento de
uma geração de alta eficiência, juntamente com novas tecnologias capazes de
absorverem energias de fontes ainda não exploradas. Dessa forma, se aposta
nos painéis solares de alta eficiência, sendo esta a alternativa capaz de suprir
em longo prazo a demanda energética crescente (MILLER 1985. apud BRAGA
et al. 2002. p. 57/58).
28
Um fator estimulante para essa idéia pode ser visto no Gráfico 6, que
traz dados obtidos através do resultado da pesquisa de investimentos globais
de fontes de energias alternativas, divulgado pelo relatório World Energy
Outlook (2010). O investimento na viabilização de fontes alternativas para a
geração de energia vem apresentando crescimento constante. O Gráfico 6
apresenta as tendências dos investimentos globais neste setor de energias
alternativas.
Gráfico 6 - Investimentos globais de fontes de energias alternativas
Fonte: World Energy Outlook apud TREVISAN. 2011. p. 13.
3.2. A Geração distribuída e a cogeração, definição e tecnologias existentes
Em especial no caso do Brasil, possuidor de vasto potencial hídrico, a
aplicação de geradores elétricos de porte reduzido, constitui uma das
alternativas capazes de suprir o consumo de pequenas localidades brasileiras,
possibilitando no caso de sobras de energia a venda desse excedente a
distribuidora, quando houver conexão. O termo utilizado para definir essa
classe de geradores é Geração Distribuída, ou descentralizada (GD).
Acredita-se que “Geração Distribuída” seja um novo termo, resultado dos
atuais avanços tecnológicos, mas Thomas A. Edison, no ano de 1882, já
utilizou e aplicou este conceito ao conceber a primeira central de geração de
energia de Nova York, instalada na Rua Pearl Stret. A central de geração
29
fornecia energia para lâmpadas incandescentes acerca de 59 clientes em uma
área de aproximadamente 1km². Essencialmente, este é o conceito mais
simples de Geração Distribuída, uma fonte geradora localizada próxima às
cargas consumidoras (DIAS et al. 2012. p. 1).
Na realidade, existem várias definições atribuídas para a Geração
Distribuída. No Brasil, a geração distribuída foi definida de forma oficial através
do Decreto nº 5.163 de 30 de Julho de 2004, da seguinte forma:
"Art. 14. Para os fins deste Decreto, considera-se geração distribuída a produção de energia elétrica proveniente de empreendimentos de agentes concessionários, permissionários ou autorizados (...), conectados diretamente no sistema elétrico de distribuição do comprador, exceto aquela proveniente de empreendimento:
I hidrelétrico com capacidade instalada superior a 30 MW; e
II termelétrico, inclusive de cogeração, com eficiência energética inferior a setenta e cinco porcento, (...).
Parágrafo único. Os empreendimentos termelétricos que utilizem biomassa ou resíduos de processo como combustível não estarão limitados ao percentual de eficiência energética prevista no inciso II do caput." (DIAS et al. 2012. p. 1).
"O INEE (Instituto Nacional de Eficiência Energética) defini a Geração Distribuída (GD) como uma expressão usada para designar a geração elétrica realizada junto ou próxima do(s) consumidor(es) independente da potência, tecnologia e fonte de energia. As tecnologias de GD incluem: Co-geradores; Geradores que usam como fonte de energia resíduos combustíveis de processo; Geradores de emergência; Geradores para operação no horário de ponta; Painéis foto-voltáicos; Pequenas Centrais Hidrelétricas - PCH's." 5
Apesar desse termo já ser amplamente utilizado e representar uma real
solução, eficiente e econômica em curto prazo para a crescente demanda
energética, ainda não se chegou a um consenso quanto à sua definição,
menos ainda quanto à sua faixa de potência de serviço, variando de alguns
poucos Kilowatts até 300MW. É importante ressaltar que o Departamento
5 Instituto Nacional de Eficiência Energética – INEE. O que é 'Geração Distribuída'?. 2013.
Disponível em: <http://www.inee.org.br/forum_ger_distrib.asp> Acesso em: 12/02/2013.
30
Nacional de Águas e Energia Elétrica (DNAEE) atribui a potência de até 30MW
para classificar as unidades geradoras como sistema de GD.
Para simplificação, adotaremos a definição atribuída pela ANEEL:
"Geração distribuída é aquela localizada próxima aos centros de carga, conectada ao sistema de distribuição de pequeno porte e não despachada pelo ONS(Operador Nacional do Sistema elétrico)." (LOPES. 2011. p. 5).
Segundo a ANEEL, as GD’s empregadas atualmente abrangem Micro
turbinas alimentadas a gás, geradores eólicos, células a combustível, painéis
fotovoltaicos, PCHs e CGH’s (Pequenas Centrais Hidrelétricas e Centrais
Geradoras Hidrelétricas). É possível citar outros sistemas menos empregados
como a conversão térmica solar, os motores Stirling ou os conversores de
biomassa.
Outro termo que acompanha as GD’s é a cogeração de energia. Os
sistemas que trabalham em cogeração absorvem a energia dissipada pelo
próprio ou por outro equipamento, sendo ela de origem térmica ou mecânica, e
utiliza essa energia absorvida para a produção de eletricidade ou para o
aquecimento de água. A cogeração constitui uma das formas inteligentes e
possíveis de se utilizar as GD’s disponíveis no mercado atualmente, mais
amplamente utilizado pelos sistemas baseados em turbinas a gás, turbina a
vapor e motor alternativo. A Figura 1 traz uma representação esquemática do
funcionamento dos sistemas de cogeração, proporcionando um aumento da
eficiência através da absorção da energia dissipada de outras máquinas e
equipamentos. 6
6 GALP ENERGIA. Definição de cogeração. 2013. Disponível em:
<http://www.galpenergia.com/PT/investidor/ConhecerGalpEnergia/Os-nossos-negocios/Gas-Power/Power/Cogeracao/Paginas/Definicao-de-cogeracao.aspx> Acesso em: 17/02/2013.
31
Figura 1 - Eficiência no processo de cogeração de energia
Fonte: Galp Energia. 2013.
Para um melhor entendimento do conceito de GD, apresenta-se um
modelo esquemático contrastando o modelo tradicional de geração e
distribuição, Figura 2 a, com o modelo no qual a GD já se encontra empregada
ao nível dos consumidores, Figura 2 b.
Fonte: TREVISAN. 2011. p. 14.
Perdas + Térmica
Figura 2 - Esquema elétrico tradicional e com Geração Distribuída integrada
32
Embora as GD’s possuam pequeno porte em comparação as atuais
centrais de geração, a sua instalação e cuidados como operação e
manutenção não são tão simples, e adicionado ao fato que, para cada exemplo
citado, ocorrem particularidades normativas, jurídicas e físicas. Por isso, é
preciso dar grande atenção à qualidade da energia elétrica produzida, devido
aos impactos e riscos gerados tanto para as Distribuidoras de energia elétrica
como para os consumidores dessa energia. Esses impactos serão expostos no
capítulo 5, tópico 5.2.
3.3. O potencial hídrico para a Geração Distribuída
Devido ao fato dos Sistemas Elétricos Tradicionais localizarem-se, em
sua grande maioria, distantes dos centros consumidores, a acessibilidade da
energia gerada só é possível através da sua interligação por um sistema de
transmissão e distribuição elétrica, conhecido como Sistema Elétrico de
Potência (SEP). Os SEP também são responsáveis pela qualidade da energia
fornecida, garantindo a continuidade ininterrupta do fornecimento como as
freqüências e amplitudes de tensão adequadas. Essa transferência é feita
através de diversos dispositivos de controle e proteção posicionados ao longo
da malha de transmissão e distribuição.
Deve-se ressaltar que a GD não está vinculada a determinada fonte
específica de energia, entretanto, conforme exposto anteriormente, percebe-se
crescentes incentivos às fontes alternativas de energia. Em diversos países
europeus, a injeção de energia elétrica na rede, proveniente de painéis
fotovoltaicos e aerogeradores de pequeno porte já existem e é inclusive, uma
atividade incentivada pelos órgãos governamentais para que metas de redução
de gases poluentes e de demanda energética sejam atendidas. Nesses países,
o consumidor já deixou de ser um elemento passivo da rede e tornou-se, desta
forma, um elemento ativo do sistema elétrico. Isto reforça a idéia de que a GD
não é mais apenas objeto de estudo, mas, sim, realidade.
Como já visto no capitulo 1, o Brasil possui um vasto potencial hídrico,
obtendo atualmente segundo o Balanço Energético Nacional 2012, uma
capacidade instalada hídrica de 82.459 MW por ano. A Tabela 3 traz um
33
resumo da capacidade instalada para o setor hídrico e outros setores
representativos da matriz de produção energética nacional, sendo subdividido
em SP (Serviço Público) e APE (Autoprodutor de Energia Elétrica). 7
Tabela 3 - Capacidade Instalada Hídrica
Fonte: BRASIL. MME. Balanço Energético Nacional. 2012. p. 148.
Segundo o Balanço Energético Nacional de 2012, podemos definir como
potencial hidrelétrico aquele que se encontra possível de ser aproveitado
técnico e economicamente, considerando as tecnologias desenvolvidas e
aplicadas no país. É possível mensurar o potencial hidrelétrico segundo o
volume de energia firme, sendo esta a geração máxima contínua considerando
uma repetição futura do período hidrológico crítico já registrado. O potencial
hidrelétrico inventariado leva em consideração as usinas que se encontram em
operação e aquelas que estão em construção, sendo considerados também os
aproveitamentos disponíveis de inventário, viabilidade e projeto básico. 8
O Inventário é o procedimento que se mede com precisão todo o
potencial hidrelétrico, possibilitando, dessa forma, avaliar a precisão dos
valores estimados obtidos. Segundo o Balanço energético de 2012, os estudos
de avaliação apontam valores estimados na ordem de 35% abaixo do valor
final inventariado, é possível observar essa variação ao longo do tempo
segundo o Gráfico 7, traduzindo em um potencial estimado considerado
chamativo.9
7 BRASIL. Ministério de Minas e Energia – MME. Balanço Energético Nacional 2012: Ano base
2011 / Empresa de Pesquisa Energética. Rio de Janeiro: EPE, 2012. p. 148.
8 Idem. p. 116.
9 Idem. p. 116.
34
Gráfico 7 - Potencial Hidrelétrico Brasileiro
Fonte: BRASIL. MME. Balanço Energético Nacional. 2012. p. 121.
O potencial hídrico é explorado através das UHE (Usina Hidroelétrica de
grande porte), PCH (Pequena Central Hidrelétrica) e as CGH (Centrais
Geradoras Hidrelétricas). A ANEEL traz que as UHE’s são as usinas
hidroelétricas com potência instalada superior a 30MW, com reservatório
superiores a 3Km². As PCH’s possuem potência instalada dentro da faixa de 1
MW e 30 MW, constituindo reservatório com área inferior a 3Km². As CGH’s
constituem usinas de pequeno porte com capacidade instalada de 1000 KW (1
MW).
No caso das Centrais Geradoras Hidrelétricas, as usinas com potência
instalada até 1.000 kW (1 MW), necessitam apenas de um simples registro
para funcionar. Até março de 2013, existem 405 CGH's gerando 240.364,25
kW. 10
10
Agência Nacional de Energia Elétrica - ANELL. Banco de Informações de Geração: Capacidade de Geração do Brasil. 2013. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/capacidadebrasil/GeracaoTipoFase.asp?tipo=10&fase=3> Acesso em 12/02/2013.
35
4. A MICRO GERAÇÃO HIDRELÉTRICA COMO GERAÇÃO DISTRIBUÍDA
“Para produzir a energia hidrelétrica é necessário integrar a vaz o
do rio, a quantidade de água disponível em determinado período
de tempo e os desníveis do relevo, sejam eles naturais, como as
quedas d’água, ou criados artificialmente.” 11
A idéia deste trabalho é a geração de energia elétrica através da
captação das águas de drenagem urbana, sendo destinada á alimentação de
geradores de pequeno porte. Esse tema se justifica na importância de se
investir em pesquisas voltadas às novas fontes de GD, principalmente as
provindas de fontes hídricas, sendo este um recurso abundante no país.
O estudo deste capítulo busca na semelhança com projetos e técnicas já
consolidadas uma base para desenvolver a pesquisa, norteando a proposta e
embasando sua aplicação segundo procedimentos construtivos e legislativos,
uma vez que não se encontrou uma bibliografia que aborde o tema.
É detalhado neste tópico as obras e equipamentos necessários para se
realizar a captação das águas e sua condução de forma a abastecer
adequadamente os geradores hídricos, trazendo também os aspectos
legislativos que regem o pequeno aproveitamento dos recursos hídricos
destinados a geração de energia elétrica, classificados com GD.
4.1. A tecnologia das CGH’s e a sua viabilidade para o presente trabalho
Seguindo o exemplo de países desenvolvidos como os EUA, o Governo
Federal vem aumentando o incentivo a geração distribuída, principalmente as
de fonte eólica, solar, hídrica e biomassa, constituindo este um momento
oportuno para o investimento e desenvolvimento de tecnologias focadas na GD
(GONÇALVES. 2004. p. 50).
11
Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL. Atlas de Energia Elétrica do Brasil. Parte II: Fontes Renováveis. Cap. 3: Energia Hidráulica. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br> Acesso em 10/02/2013.
36
A função de uma hidrelétrica é a geração de energia através da
captação e destinação da água para alimentação do conjunto turbina e
gerador, situados na casa de máquina.
Ao se captar as águas urbanas através das malhas de drenagem, ocorre
a formação de pequenos cursos d’água, possibilitando a exploração de seu
potencial hídrico para fins de geração de energia elétrica. Essa constituição se
assemelha as de Centrais Geradoras Hidrelétricas (CGH’s), as quais operam
com barragens de desvio ou a fio d’água, em rio com acidente natural e
potencial hidráulico igual ou inferior a 1MW (um megawatt). Devido ao tema
deste estudo possuir grande semelhança com as CGH’s, adotam-se como
referência as situações físicas e legislativas para o seu desenvolvimento.
Em decorrência dos avanços tecnológicos, os geradores de pequeno
porte passam a ter preços economicamente viáveis à aquisição particular,
tornando a instalação de CGH’s uma ótima opção frente às deficiências do
atendimento às comunidades não conectadas às malhas de distribuição das
grandes centrais hidroelétricas. Outro fator de estímulo à adoção desta técnica,
é o grande potencial hídrico existente no território nacional, como pode ser
visto no mapa divulgado pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE 2008).
37
Mapa 1 - Potencial hidrelétrico por bacia hidrográfica.
Fonte: Brasil. ANEEL. Energias Renováveis, Fontes Hidráulicas, cap. 3 p. 58.
38
Em virtude da ampliação do uso de geradores de pequeno porte foi
necessário que o Governo Federal adotasse medidas regulamentadoras
quanto à produção elétrica, advinda de pequenos aproveitamentos hídricos,
restando ainda prever algumas questões relacionadas à venda do excedente
produzido.
Apesar do pequeno porte das CGH’s, é necessário realizar estudos
quanto à capacidade de geração elétrica, à viabilidade econômica e aos
impactos devido a sua implantação, para o meio ambiente e para as redes
elétricas (quando houver interligação). As CGH’s como todo sistema de GD,
possuem peculiaridades quanto a limitações e problemas decorridos de sua
instalação, manutenção e conexão, sendo necessário avaliar seus impactos
positivos e negativos sobre o sistema elétrico e ao meio ambiente como um
todo.
4.2. Estado da arte da estrutura de uma CGH
Os componentes de uma CGH são similares aos de outras hidroelétricas
de maior porte, constituído por barragens, sistema de captação ou sistema de
adução, casa de máquinas, gerador, vertedouro, sistemas de controle e
sistema de segurança e manutenção.
4.2.1. O sistema de adução
É possível classificar as CGH’s segundo seus sistemas de adução,
representados nas Figura 3a, 3b, 3c e 3d. Essa classificação divide as CGH’s
em: Central de Hidrelétrica de Represamento (CHR, Figura 3 a), Central
Hidrelétrica de Desvio (CHD Figura 3 c) e central Hidrelétrica de Derivação
(CHV Figura 3 d) (QUEIROZ. 2010. p. 5 a 9).
A diferença entre as CGH’s citadas é basicamente devido aos sistemas
de adução da água, sendo realizado em baixa pressão ou conduto livre. A CHR
não possui adução em baixa pressão ou livre, realizando a captação
diretamente do curso d’água. O sistema de adução em baixa pressão pode ser
feito através de canal livre (CHV) ou por tubulação fechada (CHD). É
necessário no caso de canal livre, no qual a conformação topográfica natural é
39
aproveitada, a presença de uma câmara de carga, proporcionando o
afogamento da boca do conduto forçado. No caso de adução em baixa pressão
por tubulação, é necessária uma chaminé de equilíbrio entre a tubulação em
baixa pressão e a adução em alta pressão, proporcionando para os dois
sistemas citados o devido abastecimento do conduto forçado, evitando assim
entrada de ar durante a partida ou interrupção do sistema de abastecimento do
micro gerador, conforme Figura 4 (QUEIROZ. 2010. p. 5 a 9. e THIAGO FILHO
et al. 2008. cap. 2.).
40
Figura 3 - Arranjos de CGH’s.
Fonte: QUEIROZ. 2010. p. 6.
41
Figura 4 - Sistema de adução.
Fonte: SOUZA JÚNIOR, Oswaldo Honorato de. 2013. Slide 12.
Toda CGH demanda um sistema de adução, contudo, o foco do
presente trabalho é justamente o abastecimento dos geradores a fio d’agua,
assim, citamos apenas CGH’s a fio d’agua. As barragens em questão têm
função somente de garantir ao sistema de adução a captação d’água de forma
satisfatória, não sendo seu foco a acumulação e armazenamento de água em
grande volume (QUEIROZ. 2010. p.5).
Outro cuidado que se deve tomar com o sistema de adução das CGH’s,
é a inclinação máxima de 0,0004%, evitando assim perdas superiores a 1% da
queda bruta. Para a presente proposta, as inclinações deverão ser
consideradas superiores à indicada (0,0004%), uma vez que as águas serão
captadas a partir dos sistemas de drenagem ao longo de áreas urbanas.
42
4.2.2. Sistema de captação e armazenamento
As barragens mais empregadas nas CGH’s possuem função de garantir
a operação da tomada de água, sendo elas de terra, de concreto, alvenaria, a
barragem Ambursen (com utilização de vedação em madeira) e a de
enrocamento (com utilização de pedras justapostas com argamassa).
É importante lembrar que, para as usinas que utilizam barragens de
acumulação, a ANEEL limita, através da resolução n. 632, uma área alagada
para PCH’s (Pequena Central Hidrelétrica) em 13km² e, em virtude de
minimizar os impactos ambientais resultantes do alagamento, as áreas
alagadas para as CGH’s devem ser inferiores a 3km² (THIAGO FILHO, Geraldo
Lúcio. et al. 2008. p.26.), baseando-se na seguinte expressão:
(equação 2.)
Sendo:
A = área [km²] Q = vazão [m³/s].
As barragens em questão não se adequam à proposta aqui apresentada,
uma vez que as águas são captadas e conduzidas através de sistema de dutos
dentro de ambientes urbanos, impossibilitando a existência de áreas alagadas
a céu aberto, mesmo que pequenas. Dessa forma, é preciso realizar estudos
voltados a adoção de sistemas alternativos que proporcionem ao sistema de
adução as devidas condições de funcionamento e alimentação dos
geradores. Uma opção é a implantação de pequenos reservatórios ou galerias
subterrâneas, devidamente dimensionadas e estrategicamente posicionadas no
sistema de drenagem, o que proporcionaria maior eficiência ao abastecimento
e controle da vazão e escoamento. Como exemplo, cita-se as galerias ou
reservatórios realizados na cidade de São Paulo, que foram projetados com a
finalidade de reduzir a vazão escoada para os rios, diminuindo assim os riscos
de enchentes.
As galerias ou reservatórios subterrâneos devem ser estrategicamente
posicionados para não atrapalhar o ambiente urbano, por isso sugere-se que
43
as mesmas sejam alocadas nos subsolo de parques, praças e
estacionamentos. O dimensionamento das galerias deve contemplar o controle
da vazão de escoamento da água, oferecendo o adequado abastecimento do
gerador por um tempo prolongado, funcionando em sua máxima eficiência.
Devido ao controle da vazão, é possível prever a capacidade máxima de
geração de energia do sistema, possibilitando estipular o conjunto de turbinas
e geradores necessários para absorver todo o potencial da malha de
drenagem, possibilitando o melhor retorno econômico.
Os reservatórios podem ser classificados em série (in-line) quando o rio
ou curso d’água o atravessa; ou em paralelo (off-line), quando o curso d’água
corre paralelo ao reservatório. Esses reservatórios também podem ser de
superfície ou subterrâneos. Para o presente estudo, serão adotados somente
os reservatórios subterrâneos off-line, sendo impossível a existência de
reservatórios a céu aberto por este estar presente em ambiente urbano, não
podendo ocupar grandes áreas.12
Outra vantagem da adoção dos reservatórios subterrâneos é a redução
dos riscos de enchentes resultantes da retenção das águas, distribuindo a
vazão de escoamento de pico, comportado pelo sistema de drenagem e pelos
rios. Os reservatórios subterrâneos possuem apenas a função reduzir as
vazões de pico ocorridas durante as fortes chuvas, não interferindo no ciclo
hidrológico das águas da bacia, proporcionando à malha de drenagem e aos
rios um controle da vazão adequado segundo os seus limites suportados.
Através do correto dimensionamento dos reservatórios é possível
alcançar o reequilíbrio do ciclo hidrológico da bacia, retornando o fluxo das
águas à situação de pré-urbanização, sendo seus benefícios sensíveis ao
longo de toda a bacia, evitando o assoreamento dos rios e proporcionando o
retorno do seu ecossistema. Apesar das obras dos reservatórios serem caras,
pode-se reduzir seu custo através do retorno econômico devido o
12
MARTINS, José Rodolfo S. Projeto de Reservatórios de Retenção. Fundação Centro Tecnológico de Hidráulica. Slide 06. Disponível em: <www.fcth.br/public/cursos/canresdrenur/reservatreten.ppt> Acesso em 24/02/2013.
44
aproveitamento das águas captadas para geração de energia elétrica, mesmo
não sendo esse o principal propósito do dimensionamento dos reservatórios.
As Figuras 5, 6, 7 demonstram o posicionamento de reservatórios cilíndricos de
aço. A Figura 8 se refere à implantação de um reservatório de retenção de
águas pluviais (off-line), do programa águas do DF, sendo os projetos
estruturais e geotécnicos feitos pela empresa SITUARE Arquitetura +
engenharia.13
Figura 5 - Reservatório subterrâneo Off-line.
Fonte: GRAF. Cuves en acier. 2009.
13
TEODORO, Trindade. Sistemas de Tratamento de Efluentes: Documentação Complementar: Remoção de Sólidos Grosseiros. 2006. Disponível em: <http://pwp.net.ipl.pt/deq.isel/teodoro/ste2006/pdf/ste-grades.pdf> Acesso em: 12/02/2013.
45
Figura 6 - Reservatório subterrâneo Off-line.
Fonte: GRAF. Cuves en acier. 2009.
Figura 7 - Reservatório subterrâneo Off-line.
Fonte: GRAF. Cuves en acier. 2009.
46
Figura 8 - Reservatório subterrâneo Off-line, localizado sob estacionamento
próximo ao shopping Conjunto Nacional, Brasília-DF.
Fonte: SITUARE, Arquitetura + Engenharia.
Ocorrem alguns problemas dos reservatórios subterrâneos para
armazenamento das águas de drenagem. O lixo e a poluição presentes no
ambiente urbano acabam contaminando as águas, assoreando as galerias e
entupindo os sistemas de drenagem, reduzindo assim a capacidade das
galerias e prejudicando o escoamento d’água. Em função da grande
quantidade de lixo e material particulado nas águas resulta a necessidade de
maior manutenção nos geradores.
Na cidade de São Paulo foram construídos reservatórios a céu aberto,
os chamados piscinões. Estes demandam grande cuidado devidos os impactos
causados à saúde humana segundo relata Lucila Lacreta, urbanista e diretora
executiva da organização Defenda São Paulo: “os piscinões recebem toda a
poluição difusa das galerias e, por conta disso, proliferam bactérias, mosquitos
47
e aí essa estrutura passa a ser uma causadora de doenças para quem vive no
entorno”.14
A qualidade das águas captadas pelas malhas de drenagem urbana é
outro fator de grande importância, pois a presença de material sólido pode
causar avarias nos geradores e entupir as tubulações, comprometendo o
sistema de drenagem e reduzindo a produção de energia elétrica. Uma forma
de diminuir os riscos para os geradores, para o sistema coletor d’água e para
saúde humana, é adotar um sistema de gradeamento, que removerá as
partículas sólidas carregadas pelas águas, reduzindo os riscos de
assoreamento e entupimento do sistema de drenagem.
As grades devem ser igualmente espaçadas e podem variar de 4 a 10
cm para materiais grosseiros, 2 a 4 cm para materiais médios e 1 a 2 cm para
materiais finos. Além disso, é necessário que ocorra uma limpeza do sistema
de grades com determinada frequência, evitando o seu bloqueio e
consequentemente a normalização do volume de água captada. A limpeza
pode ser feita de forma manual através de ancinhos, ou através de sistema
mecânico, mais usualmente empregado para as grades com menores
espaçamentos, sendo a freqüência de limpeza variável com as condições de
acúmulo de material da região. A adoção de grades ao longo da malha de
drenagem resulta em um menor volume de lixo escoado através do arraste das
águas para os cursos dos rios, reduzindo dessa forma os impactos causados
ao seu curso.15
4.2.3. Casa de máquina
A escolha do posicionamento da casa de máquinas possui grande
influência na capacidade de geração elétrica das turbinas, pois altera
diretamente a queda útil de projeto, devendo ser analisado também o risco de
14
LACRETA, Lucila. Copo prestes a transbordar: Os “piscinões” s o a melhor alternativa de combate às enchentes em São Paulo?. Entrevista concedida a LILLO, Vitor. Publicado em Ambiente Legal. Disponível em: <http://www.ambientelegal.com.br/copo-prestes-a-transbordar/> Acesso em 10/02/2013. 15
TEODORO, Trindade. Sistemas de Tratamento de Efluentes: Documentação Complementar: Remoção de Sólidos Grosseiros. 2006. Disponível em: <http://pwp.net.ipl.pt/deq.isel/teodoro/ste2006/pdf/ste-grades.pdf> Acesso em: 12/02/2013.
48
alagamento em função das vazões máximas do manancial, evitando avarias
nos equipamentos de geração (QUEIROZ. 2010. p. 9 e 10).
4.2.4. Grupos geradores
Os grupos geradores são constituídos basicamente de uma turbina, um
gerador elétrico, um sistema de acoplamento, um volante de inércia, um
sistema de controle e quadros elétricos. Para a geração de energia hidrelétrica
primeiramente é preciso transformar a energia cinética da água em energia
mecânica, os rotores se responsabilizam por essa conversão.
Para isso existem os rotores, constituídos basicamente por eixos
rotativos apoiados em mancais de deslizamento. Os rotores encontram-se
inseridos em uma câmara que proporciona a orientação do fluxo d’água,
podendo variar sua direção segundo o tipo de turbina. A câmara pode ser
aberta no formato de caixa ou fechada, segundo o formato de tubulões (pouco
utilizadas) ou mesmo em espiral. É comum esses equipamentos serem feitos
em aço, porém pode ser encontrados em concreto.
Existem diferentes tipos de turbinas, sendo elas: Pelton, Kaplan, Hélice,
Francis, Michell-Banki e Bulbo. Elas podem ser classificadas devidas aos
diferentes sentidos e orientações do fluxo de água, como pode ser visto nas
Tabelas 4 e 5. Também podem ser classificadas segundo a variação ou não da
pressão devido ao escoamento através do rotor.
As Tabelas 4 e 5 classificam os tipos de Turbinas quanto à posição do
rotor considerando o sentido do fluxo da água, e quanto ao tipo de
transformação de energia.
49
Tabela 4 - Classificação da trajetória e sentido da água no rotor.
Fonte: TIAGO FILHO et. al. Ministério de Minas e Energia (MME) 2008. p. 39.
Tabela 5 - Classificação quanto à forma de transformação da energia.
Fonte: TIAGO FILHO et. al. Ministério de Minas e Energia (MME) 2008. p. 39.
A Figura 9 traz os diferentes tipos de geometria dos rotores segundo o
fluxo de água para as turbinas: Figura 9 a Pelton, Figura 9 b Michell-Banki,
Figura 9 c Francis e Figura 9 d Kaplan. As turbinas hidráulicas, segundo a
ABNT, são classificadas em dois grupos: turbinas hidráulicas de ação, quando
o escoamento através do rotor ocorre sem variação de pressão; turbinas
hidráulicas de reação, quando o escoamento através do rotor ocorre com
variação de pressão.
50
Fonte: QUEIROZ. 2010. p. 11.
O Gráfico 8 representa o campo de aplicação das turbinas hidráulicas
utilizadas segundo as diferentes CGH’s, fixando a altura máxima em 200m e a
vazão máxima em 7m³/s. O Gráfico 8 facilita a visualização das condições
ambientais de maior eficiência respectivo a cada tipo de turbina,
proporcionando uma escolha adequada segundo as condições locais de altura,
vazão e a potência hidráulica disponível.
Figura 9 - Geometria dos rotores das turbinas hidráulicas.
51
Fonte: HACKER. Produtos/Turbinas Hidraulicas. 2013.
Para se escolher o melhor tipo de turbina a ser adotada é preciso se
basear em parâmetros, o que ocorre é que a altura de queda e a vazão são
parâmetros muito relativos para serem tomados como base.
Devido a essa relatividade foi criado uma grandeza específica
denominado de “rotação específica”. Esse número se baseia em levantamentos
estatísticos feitos em diversas centrais hidrelétricas ao redor do mundo,
possibilitando aferir segundo a rotação específica e altura de queda, os campos
de maior eficiência respectivo a cada turbina. O Gráfico 9, denominado de
diagrama de Cordier, possibilita uma melhor visualização, através das áreas
hachuradas, da aplicação ótima respectiva a cada turbina, baseadas na altura
Gráfico 8 - Campo de aplicação de maior eficiência das diferentes turbinas.
52
de queda e no numero de “rotação específica”. A equação da “rotação
específica” é descrita a seguir:
(equação 3.)
Sendo:
n = [rpm] Q = [m³/s] H = [m]
A escolha definitiva da turbina se dará através da determinação da
geometria do rotor e a sua rotação, parâmetros também obtidos através da
“rotação específica”.
Os sistemas de geração de energia são constituídos por duas partes,
turbina e gerador. A turbina é um conjunto de pás que capta a energia cinética
da água e a converte em energia mecânica. A rotação da turbina propulsiona
os geradores que convertem energia mecânica em energia elétrica. Foge dos
objetivos deste trabalho detalhar a transformação de energia mecânica em
energia elétrica, dessa forma limita-se a demonstrar quais os tipos de turbinas
possíveis considerando a altura de queda e a “rotação específica”.
53
Gráfico 9 - Diagrama de Cordier: campo de aplicação dos diferentes tipos de turbinas, função da rotação específica [nqa] e altura da queda [m].
Fonte: THIAGO FILHO. Geraldo Lúcio. et al. 2008. p. 59.
Apesar das turbinas se mostrarem altamente eficientes seu emprego
enfrenta dificuldades como a da qualidade da água que às abastece, sendo
este, outro fator a ser considerado na escolha da turbina. Desta forma é
também importante considerar o tratamento da água através de sistemas como
o de gradeamento e chaminé de equilíbrio, com o objetivo de reter sólidos
arrastados pela água e a retirada de bolhas de ar da água, respectivamente.
Ainda sobre o arrastamento de sólidos, temos um problema que o
sistema de gradeamento não consegue resolver, que são os danos causados
ás pás das turbinas pelo arrastamento de sólidos de dimensões inferiores como
areia, o que prejudica o funcionamento das mesmas, aumentando a
necessidade de manutenção e encarecendo sua utilização.
Uma alternativa às turbinas são as rodas d’água, que por sua
simplicidade e robustez demandam menos manutenção. Suas características
as tornam atraentes em ambientes hostis, suportando o choque de materiais
sólidos arrastados pelo fluxo d’água sobre suas pás, como pode ser visto na
54
Figura 10. Outro fator que viabiliza o seu emprego é devido às baixas rotações
dos rotores, proporcionados por baixas quedas ou pequenas vazões de
escoamento, não prejudicando a geração de energia, visto na Figura 11.
Figura 10 - Rodas d’água como alternativa as turbinas.
Fonte: Alterima. Rodas d’água.
55
Figura 11 - Rodas d’água como alternativa as turbinas.
Fonte: Alterima. Rodas d’água.
4.3. Marco regulatório das CGH’s no Brasil
A Constituição Federal determina em seu art. 176 que a propriedade do
solo não implica na propriedade dos recursos minerais adjacentes. Em regra, o
aproveitamento de recursos minerais (inclusive a água) só podem ocorrer
mediante a autorização ou concessão da União Federal (§ 1º do art. 176).
Porém, a própria Constituição abre exceção a esta regra e no § 4º do art. 176
56
preceitua que: “Não dependerá de autorização ou concessão o aproveitamento
do potencial de energia renovável de capacidade reduzida.”
No âmbito infraconstitucional temos Lei nº 9.074/95, que cuidou de
regulamentar a prestação de serviços públicos, dentre estes serviços temos a
prestação e o fornecimento de energia elétrica. Em regra, a produção de
energia elétrica precisa ser autorizada pela União Federal16. Porém, há a
dispensa desta autorização quando se tratar de aproveitamento de potencial
hidráulico igual ou inferior a 1000 kW, este é o teor do art. 8º da supracitada lei.
17
Para estas produções em pequena escala de energia elétrica temos o
Decreto nº 2.003/96 que regulamenta a produção de energia elétrica por
produtor independente e por autoprodutor. Este decreto reproduziu a mesma
regra citada acima e determinando, no art. 5º que aproveitamentos de
potenciais hidráulicos iguais ou inferiores a 1.000 kW independem de
concessão ou autorização, devendo, entretanto, ser comunicados ao órgão
regulador e fiscalizador do poder concedente, para fins de registro.
Para realizar o registro acima referido, é preciso seguir as
determinações da ANEEL, publicadas no Guia do Empreendedor de Pequenas
Centrais Geradora Hidrelétricas. Neste guia a ANEEL determina que o
processo de Registro das CGHs é muito simples e gratuito, sendo necessário
encaminhar as seguintes informações, através de documentos devidamente
autenticados:
16
Lei nº 9.074/95: Art. 7o São objeto de autorização:
I - a implantação de usinas termelétricas, de potência superior a 5.000 kW, destinada a uso exclusivo do autoprodutor; II - o aproveitamento de potenciais hidráulicos, de potência superior a 1.000 kW e igual ou inferior a 10.000 kW, destinados a uso exclusivo do autoprodutor. 17
Lei nº 9.074/95: Art. 8º O aproveitamento de potenciais hidráulicos, iguais ou inferiores a 1.000 kW, e a implantação de usinas termelétricas de potência igual ou inferior a 5.000 kW, estão dispensadas de concessão, permissão ou autorização, devendo apenas ser comunicados ao poder concedente.
57
a) Formulário de registro de aproveitamento hidrelétrico com potência
instalada igual ou inferior a 1.000 kW, devidamente preenchido e assinado pelo
responsável técnico;
b) Cópia do Registro no CREA do responsável técnico;
c) Prova de propriedade da área ou do direito de dispor livremente do
terreno onde está implantada a central geradora e dos bens existentes na
referida CGH;
d) Planta de localização do empreendimento em carta planialtimétrica
publicada por entidade oficial, em sua versão mais recente, contendo sistema
de coordenadas geográficas, escala, legendas, datas da publicação e do trecho
objeto do estudo pretendido;
e) Planta em detalhe do empreendimento com indicação do reservatório,
arranjo das estruturas, demarcação dos terrenos e pontos característicos de
interesse. No caso do registro para fins de comercialização de energia elétrica,
uso exclusivo com comercialização e serviço público, os interessados deverão
apresentar uma documentação adicional a título de qualificação jurídica e a
título de qualificação fiscal.
Há ainda outras disposições legais que podemos citar. A Lei nº 9.433/97,
institui a Política Nacional de Recursos Hídricos, em seu art. 12, IV determina
que estão sujeitos a outorga pelo Poder Público os direitos dos usos de
recursos hídricos para aproveitamento dos potenciais hidrelétricos.
Ressaltando que efetivação do registro do empreendimento não exime o
interessado das responsabilidades quanto aos aspectos ambientais, com
penalidades previstas na própria lei.
A lei nº 9.427/96 foi responsável pela criação da ANEEL, nesta lei
podemos destacar o art. 26, que repete as regras acima expostas e acrescenta
outras, como a regulamentação da comercialização da energia elétrica e
também a contribuição de consumidores que passam a contribuidores na
Geração Distribuída.
58
5. DRENAGEM URBANA
A drenagem pode ser definida segundo o dicionário Houaiss pelo
escoamento da água de terreno excessivamente úmido por meio de tubos,
valas, fossas etc., sendo estes instalados na superfície ou nas camadas
subterrâneas.
O sistema de drenagem urbana é constituído por um conjunto de obras
de infra-estrutura presente nas cidades com o objetivo de coletar e conduzir as
águas superficiais de forma segura e eficiente. Esse sistema leva em
consideração a hidrografia e os talvegues. E tem como finalidade proporcionar
a população conforto e saneamento, reduzindo os riscos de enchente e
impacto ao meio ambiente, proporcionando qualidade de vida a população e
cuidados com o meio ambiente. O sistema de drenagem urbana é constituído
por uma série de medidas que visam a minimizar os riscos a que estão
expostas as populações, diminuindo os prejuízos causados pelas inundações e
possibilitando o desenvolvimento urbano de forma harmônica, articulada e
ambientalmente sustentável (PINTO e PINHEIRO. 2006. p. 8 e 9).
A partir do momento em que as comunidades deixaram de ser nômades
e fixaram-se houve a demanda pelas obras de drenagem. Isto porque as
comunidades prosperaram ao longo de rios, aproveitando dessas áreas
marginais aos afluentes através de técnicas de drenagem.
Devido à grande concentração de população em torno das cidades, em
sua maioria desprovidas de um sistema de drenagem de águas de
esgotamento e regiões alagadiças, ocorre o crescimento dos casos de doenças
e mortandade. Somente a partir da constatação da influência dessas águas na
saúde humana é que se iniciam estudos e obras voltadas a devida drenagem
urbana.
O conceito sanitarista-higienista é ultrapassado porém faz-se necessário
conhecer este sistema para entender as demandas atuais. A drenagem
sanitarista-higienista emergiu entre o século XVIII e XIX momento em que
várias cidades do mundo sofreram com os efeitos de doenças como a cólera.
59
Essas epidemias demandaram a construção dos sistemas de drenagem
voltados a promover a saúde humana, de forma a escoar dejetos o mais rápido
possível dos centros urbanos.
Na época o poder estatal adotou várias medidas para promover a saúde
pública. Dentre essas medidas temos o Estado desencorajando o número de
banhos da população, e com isso reduzindo a vazão de águas destinas às
fossas de esgotamentos. Outra medida importante foi o aterramento das fossas
abertas de esgoto e substituindo-as por canalizações enterradas.
A demanda urgente era a de evitar o contato humano com os próprios
dejetos, assim, não se levava em consideração a questão ambiental, inclusive
não havia qualquer tratamento de esgoto, a idéia era simplesmente deslocar as
águas de esgoto para o mais longe possível, o mais rápido possível, ou seja,
evitar proliferação de doenças.
Já a drenagem atual, com um enfoque ambiental, empenha-se em um
transporte adequando dessas águas, de maneira a reduzir impactos para o
homem e para o meio ambiente. Isto resultou em novas técnicas e
procedimentos para realizar a drenagem.
É importante atentar para o fato de que o sistema sanitarista-higienista
não foi pensando para separar águas pluviais das águas de esgotamento, a
este sistema dá-se o nome de unitário. Hoje, porém a regra é que haja a
separação entre estes dois tipos de escoamento, como medida de redução de
impactos ambientais. Isto porque percebeu-se que a qualidade do ambiente
afeta diretamente a saúde humana.
O enfoque ambientalista traz a idéia de preservar o curso d’água e
também recuperar aqueles já degradados conduzindo a nova noção de auto-
sustentabilidade das cidades, que considera a interação do ambiente interno e
externo à cidade. O princípio adotado é o reequilíbrio do ciclo hidrológico para
o mais perto do natural, de forma a manter as condições de saneamento e
higiene da população e do ambiente.
60
5.1. O atual sistema de drenagem frente aos riscos de enchentes
Atualmente convivemos com os efeitos do desequilíbrio do ciclo
hidrológico, consequência direta do processo de urbanização que
impermeabiliza, altera o balanço hídrico e aumenta a incidência de
alagamentos.
Primeiramente é importante esclarecer que temos dois tipos de
alagamentos: inundação ribeirinha (aumento natural e periódico do volume de
água nos rios) e inundação não natural, devido ao processo de urbanização. As
ribeirinhas são devidas as chuvas de retorno que ocorrem com a frequência de
1,5 a 2 anos, a incidência dessas chuvas acarretam no extravasamento do leito
menor para o leito maior do rio. Importante ressaltar que neste espaço de
tempo (entre 1 e 2 anos) as margens maiores do rio ficam secas, o que abre
espaço para ocupações irregulares, quando a chuva de retorno ocorre acarreta
riscos para estas famílias que ali construíram.
Já as inundações não naturais, são aquelas que não fazem parte do
ciclo hidrológico, são decorrentes do processo de urbanização. Na verdade
ocorrem por um conjunto de fatores:
a) Impermeabilização dos solos;
b) Grande número de dutos de forma desordenada, lembrando que a
rede de drenagem foi construída para escoar o volume d’água muito rápido
para o curso do rio, sem estudo prévio do volume de água comportados pelos
rios em curto espaço de tempo, gerando o potencial de enchentes, visto que a
vazão do rio comporta do escoamento natural das águas, mas não o
escoamento artificial gerado pela urbanização.
c) Arrastamento de resíduos sólidos (inclusive lixo) pelo rio que acabam
assoreando as margens, diminuindo a sua capacidade de escoamento (o que
também prejudica o ecossistema).
d) Obras urbanas como pontes e aterros que estrangulam a vazão dos
rios.
61
e) Obras que impedem o curso natural do rio, impermeabilização o seu
leito (como por ex. a construção de calhas nos rios).
Ademais, é importante ressaltar que existe uma soma de fatores
causados pelas inundações naturais e as de causas não naturais, ou seja, as
enchentes (devidas à urbanização) aumentam do risco de enchentes
ribeirinhas. De 2 em 2 anos ocorrem as chuvas de retorno e com a
impermeabilização do solo há um aumento da incidência alagamento do leito
maior do rio.
A ausência de um Plano Diretor adequado pode ser apontada como a
principal causa de inundações ribeirinhas, em muitos municípios esses
planejamentos são feitos sem considerar os riscos de enchentes criados pelas
alterações no ambiente urbano. Por consequência a população e o poder
público terão que arcar com mortes, perdas materiais, interrupção da atividade
econômica e aumento de doenças de veiculação hídrica (leptospirose, cólera,
dentre outras). Outro risco é a de contaminação de águas devidos à inundação
de depósitos tóxicos ou estações de tratamento de esgoto.
Para combater as causas de enchentes vistas acima, foram criadas
várias medidas paliativas. Porém, mais tarde verificou-se que estas medidas
também contribuíam para potencializar enchentes. São elas:
A retificação do curso de rios, também chamadas de transposição dos
rios, em que altera-se o curso natural de rios e córregos.
Outra medida foi a impermeabilização dos leitos através da construção
de calhas, que reduz a capacidade de infiltração das águas e aumentado a
velocidade de escoamento. Transferindo toda essa água de forma rápida e
jusante.
O resultado foi um aumento do volume de enchentes, o que obviamente
gera problemas ambientais e para a população, como a da eliminação de
ecossistemas aquáticos, aumento do processo erosivo e problemas em
cidades a jusante.
62
Reequilíbrio do ciclo hidrológico: que é a reversão do atual quadro. A
filosofia higienista ainda perdura gerando descontrole do escoamento pluvial. A
solução seria adotar medidas que reequilibrem o ciclo hidrológico,
proporcionando maiores áreas de infiltração dentro dos centros urbanos,
controle do volume drenado pelas redes de drenagem.
Uma solução cabível seria a criação de reservatórios de água, fazendo o
seu tratamento para que as águas não carreguem materiais sólidos como lixos
presentes no ambiente urbano. Seria possível regularizar volume e qualidade
da agua. A ideia é se aproximar das condições pré-urbanização: harmonização
do escoamento superficial, infiltração no solo e a evapotranspiração
(evaporação de transpiração das plantas e animais).
Porém há dificuldades para fazer o reequilíbrio, se deve basicamente à
qualidade das águas. Em função da grande quantidade de poluentes que
podem se infiltrados nos solos podem ocorrer a contaminação dos aquíferos de
superfícies e subterrâneos. Outra dificuldade é reverter os processos de
assoreamento, visto que as águas de rios arrastam grande quantidade de
resíduos sólidos – para tanto será necessário sistema de coleta de lixo e
estações de tratamento.
5.2. Micro e macro drenagem
A microdrenagem urbana é constituída por um sistema de condutos
públicos em nível de loteamento ou rede primária urbana, já a macrodrenagem
se restringe as obras de retificação e alargamento de córregos, rios, canais e
galerias de maior porte. A Tabela 6 traz esses conceitos de forma mais
resumida.
63
Fonte: PINTO e PINHEIRO. 2006. p. 8.
A drenagem urbana possui os seguintes sistemas (SILVEIRA. 2002. p.
25):
a) Unitários: Possuindo uma única rede coletora de águas residuais
domésticas, comerciais, industriais e pluviais.
b) Separativas: O sistema é dividido em rede coletora exclusiva de
águas pluviais, e rede coletora de águas residuais domésticas,
comerciais e industriais. A separação das redes foi inicialmente
proposta pelo engenheiro Saturnino de Brito já no início do século
XX, modificando todo o sistema de drenagem e agregando benefícios
sanitários para a população.
c) Mistos: Os sistemas mistos existem quando parte da malha de
drenagem de determinado bairro ainda possui sistema unitário de
captação. Outra situação em que ocorre o sistema misto é devido às
ligações indevidas (na maioria das vezes clandestinas) das águas de
esgotamento nas redes de drenagem pluviais.
Tabela 6 - Micro e Macrodrenagem.
64
5.2.1. Elementos físicos constituinte da micro drenagem
Para o desenvolvimento do presente tópico é necessária a conceituação
de alguns equipamentos e dispositivos utilizados no sistema de drenagem, são
eles: 18
1) Bocas-de-lobo são os dispositivos posicionados nas sarjetas com
destino a captação das águas pluviais.
2) Galerias são as canalizações que recebem e conduzem as águas
provenientes das boas de lobo e das ligações privadas.
3) Os poços de visita são dispositivos utilizados para realizar
mudanças de direção, declividade e diâmetro da tubulação.
Também é utilizado durante as inspeções de limpeza e
manutenção das canalizações.
4) Trecho é como são chamados os comprimentos de galerias
situados entre dois poços de visita.
5) Os tubos de ligação tem função de conduzir as águas captadas
pelas boca de lobo e conduzi-las para as galerias.
6) Meio fio são elementos de concreto ou pedra postos entre o
passeio e a via publica com função de proteger o passeio,
facilitando o escoamento da águas destinadas as bocas de lobo
7) Sarjetas são calhas postas paralelamente entre as faixas do
rolamento e o meio fio, com função de impermeabilização e
condução das águas para a boca de lobo.
8) Sarjetões possuem a mesma função das sarjetas, porém em
alguns trechos cruzam as vias públicas.
9) Estações de bombeamento são realizadas quando o
deslocamento por gravidade não é mais possível, recalcando a
água para outro canal em nível mais elevado, sendo destinada ao
seu ponto de despejo ou para que possa continuar a ser
deslocada pela força da gravidade.
Para a correta elaboração do projeto de microdrenagem é preciso
levantar um conjunto de dados sobre a região de implantação, como:
18
LEAL. 2012. p. 48/55. e SILVEIRA. 2002. p. 19/29.
65
1) Plantas de situação e localização dentro do estado
2) Plantas da bacia contribuinte em escalas 1:5000 ou 1:10000
3) Plantas plani-altimétricas da área de projeto na escala de 1:2000
ou 1:1000, com os pontos notáveis e de esquina devidamente
cotados
4) Levantamento topográfico da região
5) Planta e cadastro de redes de esgotos, elétrica, gasodutos e
comunicação existentes na região.
Também é necessário identificar o tipo de ocupação existente na área e
a taxa de ocupação e impermeabilização do solo. Deve-se saber as estimativas
dos níveis de água máximos dos cursos d’água que irão receber o lançamento
das águas do sistema de drenagem. Com esses dados é possível realizar o
traçado da malha de micro drenagem e o dimensionamento dos dutos e demais
elementos necessários.
5.2.2. Elementos constituintes da macro drenagem
A macrodrenagem recebe geralmente os aportes da microdrenagem e é
constituída por córregos, riachos e rios da zona urbana. Frequentemente
córregos e riachos são retificados e encapados (engalerizados). O rol clássico
de obras de macrodrenagem constitui-se de retificação e ampliação das seções
de canais naturais, construção de canais artificiais, grandes galerias, além de
estruturas auxiliares para controle, dissipação de energia, amortecimento de
picos, proteção contra erosões e assoreamento, travessias e estações de
bombeamento (SILVEIRA. 2002. p. 28).
5.3. Marco regulatório dos sistemas de drenagem
É dever do poder público garantir e universalizar os sistemas de
saneamento, o que se dá pela força conjunta das instâncias federais, estaduais
e municipais. Estas instâncias tem competência para estabelecem legislações
especificas sobre os recursos hídricos, uso do solo e licenciamento ambiental,
regulamentando assim os serviços de drenagem urbana com o objetivo de
garantir à população acesso ao serviço.
66
É dever do poder público garantir e universalizar os sistemas de
saneamento, o que se dá pela força conjunta das instâncias federais, estaduais
e municipais. Estas instâncias tem competência para estabelecem legislações
especificas sobre os recursos hídricos, uso do solo e licenciamento ambiental,
regulamentando assim os serviços de drenagem urbana com o objetivo de
garantir à população acesso ao serviço.
As legislações sobre drenagem urbana e a inundação ribeirinha estão
relacionadas com: recursos hídricos, uso do solo e licenciamento ambiental
(TUCCI. 2002. apud SILVEIRA. 2012. p. 19).
A Constituição Federal define o domínio dos recursos hídricos
pertencem à União Federal, e define os princípios básicos da gestão através de
bacias hidrográficas, que podem ser de domínio estadual ou federal. Algumas
legislações estaduais instituem critérios de outorga para o uso da água, mas
não legislam sobre a outorga relativa ao despejo de efluentes de drenagem.
Já legislação ambiental estabelece normas e padrões de qualidade da
água dos rios através de classes, porém não define restrições com relação aos
escoamentos urbanos que desembocam nos rios. Neste contexto, o
escoamento pluvial das cidades deveria ser objeto de outorga ou de controle a
ser previsto nos Planos de Bacia. Porém, esses procedimentos ainda não
estão sendo exigidos pelos Estados. Ou seja, não existe uma verdadeira
pressão direta para a redução dos impactos resultantes da urbanização.
Quanto a uso do solo, a Constituição Federal, artigo 30, define que a
regulamentação é de competência municipal. Conduto, os Estados e a União
podem estabelecer normas disciplinando o uso do solo visando a proteção
ambiental, controle da poluição, saúde pública e segurança.
A drenagem urbana envolve o meio ambiente e o controle da poluição,
sendo que a matéria é de competência concorrente entre Município, Estado e
Federação. Assim, a tendência é que os municípios introduzam diretrizes de
macrozoneamento urbano em seus Planos Diretores Urbanos, incentivados
pelos Estados.
67
Observa-se que no zoneamento relativo ao uso do solo não tem sido
contemplado pelos Planos diretores nos aspectos de drenagem e inundações.
O que temos são legislações restritivas quanto à proteção de mananciais e
ocupação de áreas ambientais.
Porém, a legislação muito restritiva não protege, ao contrário, produz
reações negativas e desobediência. Portanto, não atingem os objetivos de
controle ambiental. Essa desobediência pode ser ilustrada pela invasão das
áreas, loteamentos irregulares (SILVEIRA. 2012. p. 19).
Sobre o licenciamento ambiental, são estabelecidos basicamente limites
para construção e operação de canais de drenagem, regulado pela Lei 6938/81
e resolução CONAMA n. 237/97. Na mesma linha é a resolução CONAMA n.
1/86 que em seu art. 2º, VII estabelece a necessidade de licença ambiental
para “obras hidráulicas para drenagem”.
Entre um município e outro existem interferências que dificilmente são
solucionadas isoladamente. Como é o caso do gerenciamento de bacias
urbanas compartilhadas, visto que grande parte das cidades brasileiras
possuem bacia hidrográfica comum à vários municípios. Assim, podemos citar
as seguintes situações: a) um município está a montante de outro; b) o rio
divide os municípios.
Então é importante que haja um controle pelo poder público da
drenagem que envolva mais de um município. Podemos dizer que tal controle
se da: a) através de legislação municipal adequada para cada município; ou b)
através de legislação estadual que estabeleça os padrões a serem mantidos
nos municípios de tal forma a não serem transferidos os impactos; ou ainda, c)
uso dos dois procedimentos anteriores (TUCCI. 2002. apud SILVEIRA. 2012. p.
19).
Acredita-se que a última hipótese (letra c) deva ocorrer a longo prazo.
Enquanto que a curto prazo, é mais provável a primeira opção (letra a), isto até
que o comitê da bacia e os Planos Estaduais desenvolvam a regulamentação
setorial. Portanto, quando forem desenvolvidos os Planos das Bacias que
68
envolvam mais de um município deve-se buscar ações conjuntas entre
municípios a fim de obter um planejamento para toda a bacia.
Por último, cabe informar que cada município possui uma legislação
específica em seu Plano Diretor Urbano. Infelizmente estes planos ocupam-se
somente do uso do solo e as legislações ambientais, dificilmente abordam a
drenagem urbana (TUCCI. 2002. apud SILVEIRA. 2012. p. 20).
69
6. CONDIÇÕES DE CONEXÃO DE GERAÇÃO DISTRIBUÍDA
6.1. Introdução ao cenário nacional referente á regulamentação e adoção de técnicas de GD para complementar a produção de energia
O Brasil possui hoje 89% da sua energia originada de fontes renováveis,
sendo sua grande maioria proveniente do potencial hídrico existente no país.
Essa estatística divulgada pelo Balanço Energético Nacional (2012) é invejada
mundialmente, inclusive por grandes potencias emergente como a China. As
vantagens obtidas por uma matriz energética baseada em energias renováveis
são expressivas, vistas o seu impacto positivo na economia e na qualidade de
vida da população. A baixa dependência de suprimentos energéticos externos,
resulta em uma maior segurança do sistema de distribuição de energia interno,
contribuindo para o crescimento econômico. 19
Outro fator importante é o alto retorno do investimento visto o grande
potencial gerado, principalmente quando comparado a outras fontes. Além
disso, o baixo impacto ambiental pode ser traduzido em menor gastos com
prevenções à impactos ambientais e à saúde pública.
É por estes motivos que os países desenvolvidos, possuidores de uma
economia sustentada basicamente no petróleo e seus derivados, apostam nas
GD’s como uma solução para a crise energética e ambiental, na qual o planeta
se adentra. O investimento e incentivos por parte dos governos no âmbito de
pesquisas e regulamentações já se encontram a frente do Brasil. Nesse novo
quadro podemos citar inclusive os Estados Unidos, que desde 1978 vem
aplicando e facilitando a implantação das centrais GD’s, possuindo hoje o
maior número de consumidores contribuintes ligados a malha de distribuição. O
Brasil tem se conscientizado da necessidade de se investir em pesquisas
focadas nas GD’s, dessa forma a ANEEL vem tomado frente da
regulamentação, fiscalização e implantação das GD’s (GONÇALVES. 2004. p.
53 e 55).
19 BRASIL. Ministério de Minas e Energia – MME. Balanço Energético Nacional 2012: Ano base
2011 / Empresa de Pesquisa Energética. Rio de Janeiro: EPE, 2012. p. 16 e 17.
70
6.2. Impactos da GD na malha de distribuição
Analisando o sistema de produção de energia elétrico Brasileiro,
percebe-se um histórico voltado ao abastecimento de grandes centros de
cargas, situados em sua maioria distante das centrais geradoras. Este sistema
mais conhecido como geração centralizada, necessita de um complexo sistema
de transmissão e distribuição (SEP), projetado para operar segundo um fluxo
unidirecional de potência, constituindo assim um sistema passivo, não levando
em consideração a presença de fontes descentralizadas como as GD’s. Com a
presença das GD’s esse sistema torna-se ativo e, dessa forma, bidirecional,
podendo causar graves problemas a SEP à medida que o número de conexões
geradoras cresça (GONÇALVES. 2004. p. 65/67).
Em virtude das redes de distribuição e das linhas de transmissão não
serem dimensionadas para receber uma conexão de carga de geração elétrica,
faz-se necessário o levantamento dos impactos positivos e negativos,
referentes à conexão dos geradores de pequeno porte ou qualquer outra fonte
classificada como GD, influindo assim na qualidade da energia fornecida, bem
como na segurança dos funcionários e equipamentos. É importante lembrar
que existem condições e riscos distintos referentes a cada tipo de GD
(TREVISAN. 2011. p. 42).
Primeiramente, é necessário classificar os sistemas de conexão, que
são divididos em redes de distribuição e linhas de transmissão. A SEP são
divididas em duas faixas: a) as linhas de transmissão propriamente dita, para
altas tensões e ligando grandes centros; b) e as redes de distribuição, usadas
dentro de centros urbanos, constituída por média ou baixa tensão. Segundo a
NR10 do MTE (Segurança em Instalações e Serviços em Eletricidade), as
tensões podem ser subdividas das seguintes formas:
“Alta Tensão (AT) são tensões superiores a 1000 volts em corrente alternada ou 1500 volts em corrente contínua, entre fases ou entre fase e terra.
Baixa Tensão (BT): tensão superior a 50 volts em corrente alternada ou 120 volts em corrente contínua e igual ou inferior a 1000 volts em corrente alternada ou 1500 volts em corrente contínua, entre fases ou entre fase e terra.
71
Extra-Baixa Tensão (EBT): tensão não superior a 50 volts em corrente alternada ou 120 volts em corrente contínua, entre fases ou entre fase e terra.”
A implantação das GD’s comparadas às grandes centrais, oferecem
grande vantagem por serem de fácil e rápida instalação, além de possuírem um
baixo custo de investimento e manutenção. Por situarem próximos aos locais
de consumo contribuem para uma redução do carregamento do sistema,
reduzindo ou evitando perdas em condições normais de operação. Por serem
classificadas em sua grande maioria como fontes limpas de energia, geram
pouco ou nenhum impacto ambiental (VERGÍLIO. 2012. p. 11).
Observa-se que as GD’s podem contribuir de forma a reduzir as perdas
no sistema de distribuição, para isso é preciso um adequado estudo visando o
posicionamento da unidade geradora e sua conexão, do contrário o resultado
obtido pode ser o inverso. Um exemplo seria a ocorrência de um aumento no
consumo de energia em determinada região. Isso demandaria um aumento da
carga enviada, porem existem perdas geradas proporcionais ao volume de
carga enviada e à distância da distribuição. Assim, a demanda por maior carga
aumentaria as perdas decorrentes da transmissão. No caso da ativação de
uma unidade GD para suprir a demanda extra, não seria necessário exigir
maior carga da central geradora, o que minimizaria a perda na transmissão,
uma vez que a GD suprirá esta demanda.
Porém, as vantagens citadas só poderão ser alcançadas quando a
conexão for bem planejada e executada. Do contrário os resultados podem
afetar a qualidade da energia fornecida, a segurança dos funcionários das
distribuidoras, bem como danificar os equipamentos conectados à rede. Além
disso, esse sistema tem o intuito de gerar lucro e os proprietários podem ser
negligentes quanto ao uso de sistemas de controle e regulação da energia
conectada a rede, dado seus altos custos de manutenção e aquisição.
Outro entrave é o fenômeno do “ilhamento” que traduz-se na
continuação do abastecimento da rede por pelo menos uma unidade GD,
apesar do sistema de abastecimento ter sido desligado intencionalmente para
algum reparo ou manutenção. Esse fenômeno pode ser útil no caso da queda
72
de energia, vez que manteria o abastecimento da área coberta pela unidade
GD. Como já dito o ilhamento é um grande problema para os técnicos que
trabalham nas redes de energia, sendo necessária a desconexão de todos os
alimentadores GD’s, a fim de reduzir o risco de choque. Outro impacto negativo
para a rede, seria o funcionamento de uma central GD como um motor,
passando a se “alimentar” da energia fornecida pelas centrais, invertendo o seu
propósito.
6.3. Marcos regulatórios da GD nacionais e internacionais, fixando critérios, padrões técnicos e requisitos de qualidade
A regulamentação das GD’d no país ainda são recentes. Como veremos
a seguir, a ANEEL divulgou em 17/04/2012 a aprovação de regras voltadas
para o estímulo das GD’s no Brasil. Porém, ainda faltam diretrizes e normas
focadas nos procedimentos de conexão e regulamentação das conexões para
diferentes tipos de fontes, bem como no sistema de fiscalização a ser
implementado. O país conta hoje com uma norma denominada de
Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica do Sistema Elétrico Nacional
(PRODIST) elaborado pela ANEEL, com o objetivo de nortear e regulamentar
aspectos da rede de distribuição da alta tensão. O que serve como base para a
interconexão de redes na baixa tensão e para as GD’s.
Em nota a ANEEL divulgou:
"A diretoria da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) aprovou (17/04) regras destinadas a reduzir as barreiras para instalação de geração distribuída de pequeno porte, que incluem a microgeração, com até 100 KW de potência, e a minigeração, de 100 KW a 1 MW. A norma cria o Sistema de Compensação de Energia, que permite ao consumidor instalar pequenos geradores em sua unidade consumidora e trocar energia com a distribuidora local. A regra é válida para geradores que utilizem fontes incentivadas de energia (hídrica, solar, biomassa, eólica e cogeração qualificada).
Pelo sistema, a unidade geradora instalada em uma residência, por exemplo, produzirá energia e o que não for consumido será injetado no sistema da distribuidora, que utilizará o crédito para abater o consumo dos meses subsequentes. Os créditos poderão ser utilizados em um prazo de 36 meses e as informações estarão
73
na fatura do consumidor, a fim de que ele saiba o saldo de energia e tenha o controle sobre a sua fatura.
Os órgãos públicos e as empresas com filiais que optarem por participar do sistema de compensação também poderão utilizar o excedente produzido em uma de suas instalações para reduzir a fatura de outra unidade.
Medição
O consumidor que instalar micro ou minigeração distribuída será responsável inicialmente pelos custos de adequação do sistema de medição necessário para implantar o sistema de compensação. Após a adaptação, a própria distribuidora será responsável pela manutenção, incluindo os custos de eventual substituição.
Além disso, as distribuidoras terão até 240 dias após a publicação da resolução para elaborar ou revisar normas técnicas para tratar do acesso desses pequenos geradores, tendo como referência a regulamentação vigente, as normas brasileiras e, de forma complementar, as normas internacionais.
Vantagens
A geração de energia elétrica próxima ao local de consumo ou na própria instala o consumidora, chamada de “gera o distribuída”, pode trazer uma série de vantagens sobre a gera o centralizada tradicional, como, por exemplo, economia dos investimentos em transmissão, redução das perdas nas redes e melhoria da qualidade do serviço de energia elétrica.
Como a regra é direcionada a geradores que utilizem fontes renováveis de energia, a agência espera oferecer melhores condições para o desenvolvimento sustentável do setor elétrico brasileiro, com aproveitamento adequado dos recursos naturais e utilização eficiente das redes elétricas.
O assunto foi amplamente discutido com a sociedade em uma consulta e uma audiência pública. A audiência ficou aberta no período de 08/08/2011 a 14/10/2011 e, ao todo, foram recebidas 403 contribuições de agentes do setor, universidades, fabricantes, associações, consultores, estudantes e políticos. Descontos da TUSD (Tarifas de uso do sistema de distribuição) e TUST (Tarifas de uso do sistema de transmissão)
Paralelamente ao sistema de compensação de energia, a ANEEL aprovou novas regras para descontos na Tarifa de Uso do Sistema de Distribuição – TUSD e na Tarifa de Uso do Sistema de Transmissão – TUST para usinas maiores (de até 30 MW) que utilizarem fonte solar:
Para os empreendimentos que entrarem em operação comercial até 31 de dezembro de 2017, o desconto de 80% será aplicável nos 10 primeiros anos de operação da usina
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O desconto será reduzido para 50% após o décimo ano de operação da usina.
Para os empreendimentos que entrarem em operação comercial após 31 de dezembro de 2017, mantém-se o desconto de 50% nas tarifas (PG/DV/HL/DB)’’.20
Algumas concessionárias no Brasil já possuem determinada alguma
regulamentação própria para a conexão de GD para as às redes de baixa e
média tensão, como é o caso da Light Serviços de Eletricidade S.A. e da Ampla
Energia e Serviços S/A. Porém, essas regulamentações são desassociadas,
não possuindo um consenso padrão, o que pode resultar em dificuldades e
problemas como os citados no capitulo 5.2 (TREVISAN. 2011. p. 48 e 49).
A norma IEEE N⁰ 1547, desenvolvida pelo Instituto de Engenheiros
Elétricos e Eletrônicos dos Estados Unidos, constitui uma referência na qual o
Brasil pode se basear, uma vez que abrange um conjunto de critérios e
requisitos técnicos para a interligação de fontes de GD nas redes de baixa
tensão.
20
BRASIL. ANEEL. ANEEL aprova regras para facilitar a geração de energia nas unidades consumidoras. Nota divulgada em: 17/04/2012. Disponível em <http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/noticias/Output_Noticias.cfm?Identidade=5457&id_area=90 > acesso em 24/02/2013.
75
7. CONCLUSÃO
Nos últimos séculos a humanidade têm se condensado em aglomerados
urbanos por conta basicamente de uma necessidade de mercado. Se por um
lado nossa vida urbana fomentou a Economia, tornando-a mais dinâmica, por
outro, nos trouxe uma série de problemas. Como se viu no trabalho, já no
século XVIII a população sofria por conta de uma urbanização não planejada,
desencadeadora de várias doenças, o que levou ao desenvolvimento de um
sistema de saneamento. Mesmo hoje, após avanços tecnológicos nas áreas de
saúde e construção, nossas cidades ainda podem ser consideradas insalubres,
com problemas de poluição do ar, água e solos. Assim, com um ambiente
desequilibrado, nossa organização social ainda tem muitos desafios pela frente.
Para tanto é preciso que a sociedade se conscientize dos problemas que
as cercam, da iniciativa dos governos e principalmente, que as Ciências
passem a se dedicar mais no sentido de produzir tecnologias voltadas para a
qualidade de vida da população. Este é o momento de vermos através dos
critérios econômicos, e começarmos a pensar em uma perspectiva ambiental,
visando soluções para o ambiente urbano.
Como visto, ainda usamos um sistema de saneamento pensado a dois
séculos atrás. Obviamente as necessidades daquela época eram diversas das
de hoje. Isto significa que as Engenharias precisam se atualizar. É hora de
rever conceitos e pensar uma nova forma de projetar o ambiente urbano, no
sentido de resolver os problemas das enchentes, da poluição, do tratamento e
abastecimento de água e fornecimento de energia. Como Ciências práticas,
este é o papel das Engenharias, buscando novas formas de pensar a estrutura
urbana e assim solucionar essas dificuldades.
Outro desafio que se pronuncia é a ocorrência de uma crise energética
originada da escassez do petróleo. Uma vez que o nosso sistema econômico
baseia sua produção e seu crescimento no petróleo e seus derivados, fonte
energética não renovável e de grande impacto ambiental. Esta situação
constitui um grande estímulo ao desenvolvimento de novas tecnologias ou
ainda, a adaptação das já existentes focadas na geração de energia elétrica.
76
A Teoria do Crescimento Sustentável defende que a solução para a crise
se dará através de um conjunto de tecnologias complementares, de origem
renovável e limpa. O presente trabalho pretende fazer parte desta nova
concepção, mais sustentável, menos nociva ao meio ambiente e às pessoas,
buscando o equilíbrio e harmonia entre o desenvolvimento e a qualidade de
vida.
Uma das técnicas complementares abordada pela teoria do Crescimento
Sustentável é o emprego da geração distribuída. A proposta de utilizar os
fluxos d’água do sistema de drenagem urbana para a geração de energia
elétrica constitui uma medida auxiliar de produção de energia, de forma a
combater a crise energética, e ao mesmo tempo proporcionar uma melhoria do
ambiente urbano.
Por isso, é proposto o aproveitamento dos fluxos de água do sistema de
drenagem urbana com destinação a geração de energia elétrica. Como reflexo,
é possível o controle da vazão de escoamento das águas drenadas aos rios, e
por consequência a redução de enchentes.
Como a proposta é inovadora, não se encontrou qualquer bibliografia
que falasse especificamente do tema, assim foi preciso um estudo
multidisciplinar, confluindo tecnologias da engenharia elétrica, civil e ambiental,
cada qual com sua respectiva literatura. Assim, podemos aproveitar o conceito
de tecnologias, procedimentos e equipamentos já existentes. Ou seja, utilizar
tecnologias já consolidadas conferindo novas funções, viabilizando a presente
proposta.
Assim, para o desenvolvimento deste tema foi necessário abordar
estudos das malhas de drenagem urbana, a utilização de reservatórios
subterrâneos, a microgeração de energia elétrica obtida através das CGH’s, a
geração distribuída (GD), seus impactos na conexão à rede de distribuição e
legislação correspondente.
Dessa forma, este trabalho de cunho multidisciplinar, propõem a
instalação de geradores de pequeno porte, destinados a aproveitar as águas
77
escoadas pela malha de drenagem urbana, avaliando a problemática da sua
implementação e integração das tecnologias, tornando viável sua execução.
É preciso se ter um cuidado com a qualidade da água destinada ao
abastecimento dos geradores, de forma a isentá-las de materiais sólidos que
possam danificar as turbinas. O arraste de materiais sólidos pelas águas
constitui um problema se tratando dos dutos de drenagem e dos reservatórios
subterrâneos, podendo causar o entupimento ou assoreamento da malha. A
adoção de um sistema de grades disposto ao longo da malha de drenagem,
reteria grande parte do lixo e dos sólidos arrastado pelas águas, melhorando a
qualidade da água lançada aos rios.
Outro aspecto positivo é verificado pelo controle da água escoada pelo
sistema drenante, proporcionado pela retenção das águas em reservatórios
subterrâneos com destinação ao abastecimento dos geradores por tempo
prolongado, aumentando a produção de energia e a eficiência dos geradores.
Ao se controlar as vazões de pico, resultante de fortes chuvas, é possível
reduzir a ocorrência de enchentes em áreas de risco.
Além disso, é possível proporcionar ao fluxo de águas da bacia um
reequilíbrio hidrológico, aproximando-se ao pré-existente à urbanização.
Porém, este trabalho é somente o inicio de um estudo voltado para a
implementação de um sistema que utiliza as águas captadas pela malha de
drenagem urbana e as destinam ao abastecimento de geradores elétricos.
Muitas perguntas deverão ser esclarecidas, e muitas outras ainda surgirão em
decorrência de dificuldades práticas apresentadas pela sua instalação, como:
Qual a interferência do clima para o sistema? Frente aos custos de realização
do projeto, seria possível um retorno econômico? Se possível qual o tempo de
retorno? Quais condições ambientais, climáticas e topográficas oferecem maior
eficiência para o sistema? Caso esse sistema seja concretizado, a quem
pertencerá a energia produzida?
Paralelo a isto, o Governo Federal vem demonstrando crescente
estimulo às gerações de energia distribuída, tecnologia ainda pouco difundida
78
no Brasil, sendo preciso avaliar seus impactos e vantagens sobre as redes de
distribuição, bem como questões referentes a sua legislação, procedimentos
técnicos e de instalação.
Através do correto dimensionamento do conjunto de tecnologias e
equipamentos abordados, é perceptível as respostas positivas para a
população e para o meio ambiente em vários aspectos. A viabilidade deste
estudo se encontra nas vantagens obtidas não só através da geração de
energia, mas devido ao conjunto de benefícios sensíveis ao meio ambiente e a
qualidade de vida da população no meio urbano.
79
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