Hidro

Definições


jusante

Localização inferior, ou seja, em cotas mais baixas. No caso de águas correntes (rios, córregos e arroios) são os pontos situados no sentido de sua foz, ou seja, no sentido da corrente, rio abaixo.

Mecanismo de Realocação de Energia– MRE

Processo de compartilhamento dos riscos hidrológicos
associados à otimização eletroenergética do SIN, no que
concerne ao despacho centralizado das unidades de geração de energia elétrica.

montante

Localização superior, ou seja, em cotas mais elevadas. No
caso de águas correntes (rios, córregos, arroios), são os
pontos situados no sentido da nascente, ou seja, no sentido oposto à corrente, rio acima.

Usinas a Fio d'água

Usinas a Fio d´água são usinas sem reservatórios significativos, que operam com queda constante e vazão não controlada.

perda hidráulica

Decréscimo na carga hidráulica total, expresso em unidades de altura e causado pela dissipação de energia no circuito hidráulico de uma turbina.

usina a fio de água

Usina hidroelétrica que utiliza reservatório com acumulação suficiente apenas para prover regularização diária ou semanal, ou que utiliza diretamente a vazão afluente do aproveitamento.

Usinas com Reservatório

Usinas com reservatório são usinas hidrelétricas que possuem reservatório para acumular água.

Elas podem ser classificadas, em função da operação e do tamanho do reservatório, em:

  • Nível Constante

    São usinas com reservatório que, devido a questões operacionais e/ou ambientais devem manter o nível constante. Na prática, funcionam como usinas a fio d´água Exemplos deste tipo de usina são Itaipu e Belo Monte.

  • Regulação Anual

    São usinas com reservatório cuja capacidade de armazenamento de água está entre 10% e 60% da vazão anual. São exemplos deste tipo de reservatório as usinas de Sobradinho e Três Marias.

  • Regulação Plurianual

    São usinas com reservatório cuja capacidade de armazenamento de água é superior a 60% da vazão anual.

Usinas Reversíveis

As usinas reversíveis são usinas que podem gerar energia elétrica,através da queda da água de um reservatório localizado em nível mais elevado para outro em nível mais baixo, ou armazenar água em nível mais elevado, através do bombeamento da água de um reservatório mais baixo para outro mais elevado. Em certos casos, podem existir mais de dois reservatórios e apenas uma usina de bombeamento é utilizada para elevar a água num sistema de reservatórios.

Exemplos deste tipo de usinas são: o sistema Lajes/Fontes no Rio de Janeiro

Maiores Reservatórios no Brasil



Nome

Volume Max

(km3)

Volume Útil

(km3)

Três Marias
19,53
15,3
Água Vermelha
11,03
5,17
Ilha Solteira
21
12,8
Sobradinho
34,1
28,7
Tucuruí
50,28
39,0
Serra da Mesa
54,4
43,25
Furnas
22,95
17,2
Itumbiara
17
12,5
Itaipu
29
0
Salto Santiago
6,78
4,11

 

Maiores Usinas Hidrelétricas



Usina

Potência

(MW)

País
3 Gargantas
18.460
China
Itaipu
14.750
BR/PA
Simon Bolivar
10.055
Venezuela
Tucuruí
8.370
Brasil
Sayano Shushenskaya
6.500
Russia
Grand Coulee
6.495
USA
Longtan
6.426
China
Krasnoyarsk
6.000
Russia
Churchill Falls
5.429
Canada
Bourassa
5.328
Canada

 

Exemplos


 

Exercícios


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Introdução


Conforme foi visto anteriormente, a geração de energia elétrica, a partir da energia hidráulica, ocupa pequeno espaço no mundo, mas representa a maior parcela no Brasil.

Portanto, não se pode deixar de estudá-la neste curso.

A geração hidrelétrica consiste em transformar a energia potencial da água, armazenada a uma determinada altura acima do nível do mar, em energia mecânica na turbina hidráulica.

Por sua vez, a energia mecânica obtida pela turbina, aciona um gerador de energia elétrica, que converte esta energia em eletricidade.

A Figura em anexo, obtida no site do ONS, apresenta o sistema de hidrelétricas em operação e em construção no país. As diversas bacias hidrográficas, os diversos tipos de hidrelétricas e as empresas concessionárias são mostradas.

Observa-se que que existem diversas usinas em série num mesmo rio e usinas em série em afluentes que se juntam para formar rios maiores.

Isto significa que as usinas hidrelétricas não são independentes conforme será visto adiante.

Os tipos básicos de usinas, representados na figura, são:

  • Usinas a Fio d´Água;
  • Usinas com Reservatórios;
  • Usinas Reversíveis ou de Bombeamento.

Energia Hidrelétrica


A energia potencial da água - Ep, correspondente a queda – H – é dada por:

energhidro

Onde:

  • Ep – é a energia potencial [J = N.m];
  • m - é a massa da água [kg];
  • g – é a aceleração da gravidade [9,8 m/s2];
  • H - é a queda [m].

O produto da massa pela aceleração da gravidade corresponde à força peso [N] da água armazenada.

Por sua vez, o produto desta força pela altura da queda representa o trabalho realizado pelo deslocamento desta massa de água e tem dimensões de energia.

Como, a massa da água é dada por:

energhidro2 

Onde:

  • ρ- é a densidade da água [1000 kg/m3];
  • V – é o volume de água [m3];

Portanto, a energia potencial possível de ser retirada de um volume de água, caindo de uma determinada queda – H - é dada por:

eq hidro3 

eq peso especifico

Onde:

  • γ é o peso específico da água.

Observa-se que a energia armazenada na água é proporcional ao volume armazenado - V - e a queda hidráulica H.

A potência associada a esta energia pode ser obtida da seguinte maneira:

energhidro4 

Normalmente, como a variação da altura H é muito mais lenta do que a variação do volume, a derivada da queda pode ser considerada nula. Neste caso, a potência teórica máxima será dada por:

energhidro5 

Onde:

  • Q é o fluxo de água [m3/s];
  • H á a queda [m];
  • P é a potência [W].

Na prática, os valores de energia e potência elétricas extraídos da água são inferiores devido às perdas nos diversos equipamentos envolvidos no processo de conversão da energia potencial da água em energia elétrica, conforme a equação abaixo.

energihidro7 

Onde:

  • ηh é o rendimento do circuito hidráulico;
  • ηt é o rendimento da turbina;
  • ηg é o rendimento do gerador, transformador e serviços auxiliares.

Observa-se que a energia hidrelétrica é proporcional ao volume e à altura da queda e a potência elétrica é proporcional à altura e à vazão da água. Portanto, cada usina possui um fator, denominado de fator de produtibilidade, que multiplicado pela vazão determina sua potência.

eq fator k

O fator de produtibilidade não é uma constante e varia com a altura da água no reservatório. Por isso, ele é fornecido tendo como referência uma determinada altura ou volume de reservatório.

Conseqüentemente, é de fundamental importância conhecer os mecanismos de armazenamento da água acima do nível do mar e das vazões possíveis de serem obtidas. Para isso, conceitos básicos de hidrologia devem ser vistos.

Para compreender melhor essas perdas é necessário utilizar o conceito de queda hidráulica, obtido a partir da mecânica dos fluídos.

A queda hidráulica H é mais corretamente definida, de acordo com a Figura abaixo, como sendo:

eq queda h

eq queda h2

onde o primeiro termo representa a energia associada à diferença de altura, o segundo representa a energia associada à diferença de pressão e o último termo representa a energia associada à diferença de velocidade.