Comecemos pela Física. Nas atividades do dia-a-dia, são utilizadas energias de diversas modalidades: mecânica, térmica, química e elétrica. Essas formas de energia “transformam-se” entre si obedecendo às leis da Física – "Princípio da Conservação de Energia", em outras palavras, o Princípio da Conservação de Energia é a quantidade de movimento antes de acontecer determinado fenômeno que fica igual à quantidade de movimento depois de ele ter ocorrido.
No Brasil, devido à enorme quantidade de rios, a maior parte da energia elétrica disponível é proveniente de grandes usinas hidrelétricas. A energia primária de uma hidrelétrica é a energia potencial gravitacional da água contida numa represa elevada. Essa energia potencial da água, armazenada em uma represa, se transforma em outra forma de energia durante sua queda pela tubulação.
Antes de se tornar energia elétrica, a energia primária deve ser convertida em energia cinética de rotação. O dispositivo que realiza essa transformação é a turbina. Ela consiste basicamente em uma roda dotada de pás, que é posta em rápida rotação ao receber a massa de água. O último elemento dessa cadeia de transformações é o gerador, que converte o movimento rotatório da turbina em energia elétrica através dos seus complexos circuitos eletromagnéticos.
Um rio não é percorrido pela mesma quantidade de água durante o ano inteiro. Em uma estação chuvosa, é claro, a quantidade de água aumenta. Para aproveitar ao máximo as possibilidades de fornecimento de energia de um rio, deve-se regular a sua vazão, a fim de que a usina possa funcionar continuamente com toda a potência instalada.
A vazão de água é regulada através da construção de lagos artificiais. Uma represa, construída de material muito resistente como pedra, terra, freqüentemente cimento armado, fecha o vale pelo qual corre o rio. As águas param e formam o lago artificial. Dele pode-se tirar água quando o rio está baixo ou mesmo seco, obtendo-se assim uma vazão constante.
A construção de represas quase sempre constitui uma grande empreitada da engenharia civil. Os paredões, de tamanho gigante, devem resistir às extraordinárias forças exercidas pelas águas que ela deve conter. Às vezes, têm que suportar ainda a pressão das paredes rochosas da montanha em que se apóiam.
Para diminuir o efeito das dilatações e contrações devidas às mudanças de temperatura, a construção é feita em diversos blocos, separados por juntas de dilatação. Quando a represa está concluída, em sua massa são colocados termômetros capazes de transmitir a medida da temperatura à distância; eles registram as diferenças de temperatura que se possam verificar entre um ponto e outro do paredão e indicam se há perigo de ocorrerem tensões que provoquem fendas.
Uma usina hidrelétrica pode ser definida como um conjunto de obras e equipamentos cuja finalidade é a geração de energia elétrica. O potencial hidráulico é proporcionado pela vazão hidráulica e pela concentração dos desníveis existentes ao longo do curso de um rio. Isto pode se dar de diversas formas:
- de forma natural, quando o desnível está concentrado numa cachoeira
- através de uma barragem, quando pequenos desníveis são concentrados na altura da barragem
- através de desvio do rio de seu leito natural, concentrando-se os pequenos desníveis nesse desvio.
Basicamente, uma usina hidrelétrica compõe-se das seguintes partes:
- Barragem
- Vertedouro
- Desvio do Rio
- Sistemas de captação e adução de água (Circuito adutor)
- Sistema de restituição de água ao leito natural do rio
- Casa de Força
- Subestação
- Linha de Transmissão
1 - Vistas aéreas da região com alto potencial hidrelétrico ainda inexplorado
2 - Local onde ocorreu o desvio do rio
3 - Através do conduto forçado a água é levada a Casa de Força
4 - Ao sair da Casa de Força a água retorna ao seu leito natural
A água captada no lago formado pela barragem é conduzida até a casa de força através de canais, túneis e/ou condutos metálicos. Após passar pela turbina hidráulica, que fica na casa de força, a água é restituída ao leito natural do rio, através do canal de fuga. Dessa forma, a potência hidráulica é transformada em potência mecânica quando a água passa pela turbina, fazendo com que esta gire, e, no gerador - que também gira acoplado mecanicamente à turbina - a potência mecânica é transformada em potência elétrica. A eletricidade produzida nas usinas é transmitida pelos fios até as grandes cidades. É essa mesma eletricidade que acende os postes de luz e “passeia escondida” pelos fios nas ruas.
A Barragem concentra o desnível de um rio a fim de produzir uma queda d'água, dessa forma um grande reservatório é criado capaz de regularizar a vazão desse rio durante todo o ano. Com o levantamento do nível d’água possibilita-se a entrada dessa água num canal, num túnel ou em um conduto que levará essa água em alta velocidade até a turbina localizada na Casa de Força.
Estruturas principais das Barragens:
- Barragem propriamente dita
- Vertedouros
- Descarregadores de Fundo
- Tomadas d’água
- Galerias de Desvio (Adufas)
O Vertedouro tem como finalidade descarregar “cheias” e controlar níveis operacionais das barragens evitando transbordamentos da represa.
A Tomada d’água tem como finalidade captar e controlar a água que é aduzida às turbinas e impedir a entrada de corpos flutuantes nas turbinas.
Os principais Equipamentos Hidromecânicos de uma usina hidrelétrica são as Comportas, as Máquinas Limpa-grade, as Válvulas Dispersoras e as Válvulas Borboletas.
O Circuito Adutor tem como finalidade conduzir a água da Barragem até a Casa de Força.
A função das Chaminés de Equilíbrio é restringir o Golpe de Aríete (quando do fechamento e abertura dos órgãos controladores) no trecho de conduto ou túnel entre a chaminé e a Casa de Força, e suprir volume de água necessário durante a partida das turbinas (tomada de carga).
O Golpe de Aríete ocorre quando há uma brusca interrupção do movimento da água e a sua subsequente elevação. Suas consequências podem ser desastrosas. Veja a figura abaixo.
É na CASA DE FORÇA onde estão alojados as máquinas e equipamentos de geração da Usina Hidrelétrica. Sua construção é feita de tal forma que permite a montagem desses equipamentos de forma segura como também sua eventual desmontagem. Ela deve permitir a operação e manutenção com segurança e eficiência. É na Casa de Força onde ocorrem as principais conversões da energia hidráulica da água em energia mecânica e elétrica.
Maquete da Casa de Força
Os equipamentos principais locados na Casa de Força são:
- Geradores
- Turbinas Hidráulicas
- Reguladores de Tensão e Velocidade
- Painéis de Comando e Controle
- Válvulas (Borboleta, Esféricas, Gaveta) de controle na entrada das turbinas
- Pontes Rolantes ou Pórticos Rolantes, Monovias e Talhas Elétricas ou Manuais
- Geradores
- Turbinas Hidráulicas
- Reguladores de Tensão e Velocidade
- Painéis de Comando e Controle
- Válvulas (Borboleta, Esféricas, Gaveta) de controle na entrada das turbinas
- Pontes Rolantes ou Pórticos Rolantes, Monovias e Talhas Elétricas ou Manuais
Sistemas Auxiliares Mecânicos:
-Sistema de Ar Comprimido de Serviço e de alta pressão dos reguladores de velocidade
-Sistemas de Proteção contra incêndio
-Sistemas de Drenagem e tratamento de óleo lubrificante e isolante
-Sistemas de Ar condicionado
-Sistemas de Ventilação
-Sistemas de Tratamento de Esgotos
-Sistemas de Tratamento de Água Potável
-Pórtico Rolante ou Monovia com Talha de Jusante etc
Sistemas Auxiliares Elétricos:
- Sistema de Telecomunicação
- Sistema de Iluminação
- Sistema de Aterramento
- Transformadores Auxiliares de CA e CC
- Sistemas de Óleo dos Mancais e Reguladores de Velocidade
- Geradores Diesel de Emergência
- Conversores e Banco de Baterias
- Painéis elétricos de comando e controle etc
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A Energia Elétrica
A Energia Elétrica
A energia que pode ser fornecida por unidade de tempo chama-se potência, e é medida em watt (W). Como as potências fornecidas pelas usinas hidrelétricas são muito grandes, sempre expressas em milhares de watts, utiliza-se para sua medida um múltiplo dessa unidade, o quilowatt (kW), que equivale a 1.000 W.Após ser transportada, a energia elétrica precisa ser reduzida na subestação abaixadora através de transformadores. Em seguida, ela percorre as linhas de distribuição que podem ser subterrâneas ou, como é mais comum, aéreas.
A potência de uma fonte de energia elétrica pode ser calculada multiplicando-se a tensão em volts que ela é capaz de fornecer pela corrente em ampères que distribui. Dessa maneira, uma fonte capaz de distribuir 1.000 A com uma tensão de 10.000 V possui uma potência de 10 milhões de watts, ou 10.000 kW ou ainda 10 MW – 10 mega watts. Uma linha de transmissão, portanto, é capaz de transportar a mesma potência de duas maneiras: com voltagem elevada e corrente de baixa intensidade, ou com voltagem baixa e alta corrente.
Quando a energia elétrica atravessa um condutor, transforma-se parcialmente em calor. Essa perda é tanto maior quanto mais elevada for a intensidade da corrente transportada e maior for a resistência do fio condutor. Assim, seria conveniente efetuar a transmissão da energia elétrica por meio de fios muito grossos, que apresentam menos resistência. Porém, não se pode aumentar excessivamente o diâmetro do condutor, pois isso traria graves problemas de construção e transporte, além de encarecer muito a instalação. Assim, prefere-se usar altos valores de tensão, que vão de 150.000 até 400.000 V.
A energia elétrica produzida nas centrais não é dotada de tensão tão alta. Nos geradores, originalmente, essa energia tem uma tensão de cerca de 10.000 V. Valores mais altos são inadequados, porque os geradores deveriam ser construídos com dimensões enormes. Além disso, os geradores possuem partes em movimento e não é possível aumentar arbitrariamente suas dimensões.
A energia elétrica é, pois, produzida a uma tensão relativamente baixa, que em seguida é elevada, para fins de transporte. Ao chegar às vizinhanças dos locais de utilização, a tensão é rebaixada. Essas elevações e abaixamentos são feitos por meio de transformadores.
Finalmente, a energia elétrica é transformada novamente para os padrões de consumo local, isto é, em 110 ou 220V, e chega às residências e outros estabelecimentos. A eletricidade percorre longas distâncias para chegar até nós.
Durante esse percurso, perde-se certa quantidade de energia. Para diminuir as perdas, a tensão é elevada em subestações próximas à barragem.
A tensão elétrica chega a dez vezes mais do que quando foi gerada. Entre 138.000 e 88.000 volts. Para ser distribuída pelos fios da cidade, a eletricidade tem sua tensão reduzida em subestações abaixadoras. A tensão de distribuição é de 13.800 volts Em alguns postes, vemos também transformadores cuja função é diminuir ainda mais a tensão, de modo que a energia possa ser usada nas casas, chegando à tensão de 127/230 volts. A partir deste ponto, a energia elétrica está pronta para ser entregue as residências, pequenas indústrias e lojas, levando conforto, segurança e qualidade de vida.
Finally,
Tomada 110/220V
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A VERDADEIRA LUZ DO MUNDO
Falando novamente ao povo, Jesus disse: “Eu sou a luz do mundo. Quem me segue, nunca andará em trevas, mas terá a luz da vida” (João 8:12)
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3 comentários:
Aprendi muito hoje :)
Que bom! Afinal pode ser útil no seu trabalho ;)
Sou da Engevix Enegenharia. Trabalho com projetos de usinas hidrelétricas há muitos anos. No início sentia muita falta de informações e de alguém pra nos ensinar. Gostei muito da matéria da Janine. Parabéns. Geraldo Magela Pereira
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