Energia, Energia renovável, Mecânica, Sustentabilidade

Grandes usinas hidrelétricas a fio d’água

Neste post é mostrado o funcionamento das grandes usinas hidrelétricas a fio d’água, dispensando a necessidade de um grande reservatório.
No post “Pequenas usinas hidrelétricas” foi citado a operação por fio d’água em pequenas usinas.

Pequenas usinas hidrelétricasClique aqui

Impacto ambiental das usinas hidrelétricas

Embora seja uma forma de geração de energia limpa e renovável, a construção de usinas hidrelétricas causam inundações de grandes áreas. Estas inundações destroem habitats de plantas e animais, podendo entrar em risco de extinção. Pessoas que moram nas áreas alagadas devem se mudar.

Inundação

Outros impactos ambientais são:

  • Prejudica a reprodução dos peixes, pois as barragens interrompem o caminho para a desova. Para resolver este problema, devem ser construídas escadas para peixes.
  • Mudanças físico-químicas, como eutrofização da água, mudança de temperatura, redução da concentração de oxigênio e alteração do fluxo de sedimentos. Consequentemente, compostos tóxicos podem ser produzidos.

Como funciona a usina a fio d’água?

A usina a fio d’água tem uma barragem com dutos para direcionar o fluxo de água para a turbina.

A energia elétrica gerada depende da energia cinética da correnteza (vazão) e da energia potencial dos desníveis. Devido à ausência de reservatório, este tipo de usina depende mais da velocidade de vazão. As turbinas para usinas a fio d’água devem ser para alta velocidade de vazão como as do tipo Kaplan.

Turbina Kaplan

A turbina Kaplan é de reação, quando a água bate nas lâminas, uma força de elevação é gerada nas lâminas, fazendo com que estas se movam girando a turbina. O mesmo princípio de funcionamento do aerofólio.

Força de reação na turbina Kaplan

Os demais componentes são os mesmos de uma usina com reservatório. Esta é a equação para calcular a potência P em Watts gerada por uma turbina.

P=\eta\cdot \rho\cdot g\cdot Q\cdot h

  • \eta é a eficiência da turbina.
  • \rho é a densidade da água, cujo valor é 1000 kg/m^{3}.
  • g é a aceleração da gravidade, cujo valor é 9,81m^{2}/s.
  • Q é a vazão volumétrica em m^{3}/s.
  • h é o desnível entre a montante e a justante da turbina em metros.

Vantagens e desvantagens

As vantagens de uma usina a fio d’água em comparação com a hidrelétrica tradicional são:

  • Pode funcionar sem um reservatório, reduzindo o impacto ambiental causado pelo alagamento.
  • A estrutura da barragem é menor, reduzindo a quantidade de material e o custo.

Enquanto as desvantagens:

  • Por não ter um reservatório, pode parar de funcionar em longos períodos de seca. Por isso, algumas usinas a fio d’água tem pequenos reservatórios.
  • Tem fator de capacidade menor. Esta é uma grandeza adimensional, é a divisão entre a geração efetiva de energia em um ano, em MWh/ano, e a geração máxima nominal.

 

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About Pedro Ney Stroski

1 thought on “Grandes usinas hidrelétricas a fio d’água

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