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4.4 – Tecnologias de Aproveitamento
O aproveitamento da energia hidráulica para geração
de energia elétrica é feito por meio do uso de turbinas
hidráulicas, devidamente acopladas a um gerador. Com eficiência
que pode chegar a 90%, as turbinas hidráulicas são atualmente
as formas mais eficientes de conversão de energia primária
em energia secundária.
As turbinas hidráulicas apresentam uma grande variedade
de formas e tamanhos. O modelo mais utilizado é o Francis,
uma vez que se adapta tanto a locais com baixa queda quanto a locais
de alta queda. Como trabalha totalmente submerso, seu eixo pode
ser horizontal ou vertical (RAMAGE, 1996).
Entre outros modelos de turbinas hidráulicas, destacam-se
o Kaplan, adequado a locais de baixa queda (10 m a 70 m), e o Pelton,
mais apropriado a locais de elevada queda (200 m a 1.500 m). A Figura
4.3 apresenta um exemplo de turbina hidráulica para cada
um dos três modelos citados.
Os seguintes aspectos podem ser usados na classificação
das usinas hidrelétricas (RAMAGE, 1996): i) altura efetiva
da queda d'água; ii) capacidade ou potência instalada;
iii) tipo de turbina empregada; iv) localização, tipo
de barragem, reservatório etc. Contudo, esses fatores são
interdependentes. Geralmente, a altura da queda determina os demais
e uma combinação entre esta e a capacidade instalada
determina o tipo de planta e instalação.
Não há limites muito precisos para a classificação
do tipo de queda e, portanto, os valores variam entre fontes e autores.
O Centro Nacional de Referência em Pequenas Centrais Hidrelétricas
- CERPCH, da Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI, considera
de baixa queda uma instalação com altura de até
15 m; instalações com alturas superiores a 150 m são
consideradas de alta queda e instalações com altura
entre esses dois valores são consideradas de média
queda (CERPCH, 2000).
Segundo a referida fonte, os locais mais favoráveis às
instalações de alta queda se encontram geralmente
nas ribeiras de grandes declives, formados por rápidos ou
cascatas. Nesse caso, as obras de tomada d'água e de prevenção
de enchentes são, em geral, de dimensões limitadas
e custos reduzidos. A maioria dos investimentos de construção
civil é constituída pelo conduto hidráulico.
A turbina mais adequada é a do tipo Pelton, com o uso de
geradores de alta velocidade, cujas dimensões e preços
unitários são sensivelmente mais baixos do que das
máquinas mais lentas.
| FIGURA 4.3 |
Exemplos de turbinas hidráulicas
(Pelton, Kaplan e Francis, respectivamente). |
Fonte: GE Power Systems. General information. Disponível em:
www.gepower.com/hydro.
No Brasil, um exemplo típico desse tipo de aproveitamento
hidráulico é a Usina Hidrelétrica de Henry
Borden (Figura 4.4), localizada no Rio Pedras, município
de Cubatão, Estado de São Paulo. O primeiro grupo
gerador (seção externa) foi construído em pouco
mais de um ano e entrou em operação em 1926, com potência
nominal de 35 MW. Em 1952, iniciaram-se as obras da seção
subterrânea, que entrou em operação em 1956.
Atualmente, a capacidade instalada nas duas seções
é de 889 MW, o suficiente para atender à demanda de
uma cidade com cerca de dois milhões de habitantes. Seu sistema
adutor capta água do Reservatório do Rio das Pedras,
e a conduz até o pé da Serra do Mar, em Cubatão,
aproveitando um desnível de cerca de 720 m (EMAE, 2001).
Em instalações de média queda (maioria dos
projetos hidrelétricos brasileiros), os principais componentes
da construção civil são a tomada d'água,
as obras de proteção contra enchentes e o conduto
hidráulico. As turbinas mais utilizadas são do tipo
Francis, com velocidades de rotação entre 500 rpm
e 750 rpm. No caso de velocidades mais baixas, pode-se usar um multiplicador
de velocidade, a fim de se reduzirem os custos dos geradores.
Um exemplo desse tipo de barragem é o da Usina Hidrelétrica
de Itaipu (Figura 4.5), a maior hidrelétrica em operação
no mundo, com uma potência instalada de 12.600 MW (18 unidades
geradoras de 700 MW). As obras civis tiveram início em janeiro
de 1975, e a usina entrou em operação comercial em
maio de 1984. A última unidade geradora entrou em operação
em abril de 1991. Atualmente, estão sendo instaladas mais
duas unidades geradoras, o que aumentará sua capacidade nominal
para 14.000 MW (ITAIPU, 2001).
| FIGURA 4.4 |
Usina Hidrelétrica
de Henry Borden (Cubatão - SP) |
| Foto: EMPRESA METROPOLITANA DE ÁGUAS E ENERGIA DO
ESTADO DE SÃO PAULO - EMAE. 2001. (...) Disponível
em www.emae.com.br. |
Um modelo interessante e particular de barragem de média
queda é o da Usina Hidrelétrica de Funil (Figura 4.6),
localizada no Rio Paraíba do Sul, Município de Itatiaia
- RJ. Construída na década de 60, a barragem é
do tipo abóbada de concreto, com dupla curvatura, única
no Brasil. Com uma capacidade nominal de 216 MW, sua operação
teve início em 1969 (FURNAS, 2001).
Em instalações de baixa queda, a casa de força
é integrada às obras de tomada d'água ou localizada
a uma pequena distância. As turbinas são do tipo Kaplan
ou Hélice, com baixa velocidade (entre 70 e 350 rpm). As
obras civis podem ser reduzidas pelo uso de grupos axiais do tipo
bulbo e o custo dos geradores também pode ser reduzido, com
o uso de multiplicadores de velocidade.
No Brasil, um exemplo típico de aproveitamento hidrelétrico
de baixa queda é o da Usina Hidrelétrica de Jupiá
(Figura 4.7), localizada no Rio Paraná, Município
de Três Lagoas - SP. Com reservatório de 330 km2, a
usina possui 14 turbinas Kaplan, totalizando uma potência
instalada de 1.551 MW.
| FIGURA 4.5 |
Vista panorâmica
da Usina Hidrelétrica de Itaipu |
| FIGURA 4.6 |
Usina Hidrelétrica
de Funil (Itatiaia - RJ) |
| Fonte: FURNAS CENTRAIS ELÉTRICAS. Parque gerador.
2001. Disponível em www.furnas.com.br. |
| FIGURA 4.7 |
Usina Hidrelétrica
de Jupiá (Três Lagoas - SP) |
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