Características da energia hidráulica, como funciona, vantagens, usa

O energia hidraulica É a capacidade da água produzir trabalho na forma de movimento, luz e calor com base em seu potencial e energia cinética. Da mesma forma, é considerado uma energia renovável limpa e de alto desempenho.

Essa energia é determinada pelo fluxo, a inclinação entre os pontos do terreno através dos quais a água e a força da gravidade se movem. Tem sido usado pelo ser humano desde os tempos antigos para realizar trabalhos diferentes.

Barragem Itaipú (Brasil e Paraguai). Fonte: Angelo Leithold [CC BY-SA 3.0 (http: // criativecommons.Org/licenças/BY-SA/3.0/]]

Um dos primeiros usos dados à energia hidráulica foi dirigir fábricas de água que aproveitaram a força da corrente. Dessa forma, por engrenagens poderia mover pedras do moinho para jogar.

Atualmente, sua aplicação mais relevante é a geração de eletricidade através de energia hidráulica ou usinas hidrelétricas. Essas centrais consistem basicamente em uma barragem e um sistema de turbinas e alternadores.

A água se acumula na barragem entre dois níveis do canal (inclinação geodética), gerando energia potencial gravitacional. Posteriormente, a corrente de água (energia cinética) ativa as turbinas que transmitem energia aos alternadores para produzir eletricidade.

Entre as vantagens da energia hidráulica está que ela é renovável e não poluente, ao contrário de outras fontes de energia. Por outro lado, é altamente eficiente com uma performance que vai de 90 - 95%.

O impacto ambiental das usinas hidrelétricas está associado à variação de temperatura e alteração física do curso da água. Da mesma forma, existem resíduos e resíduos de gordura que filtra da maquinaria.

Sua principal desvantagem é a alteração física que causa porque grandes extensões de terra são inundadas e o curso e o fluxo natural dos rios são alterados.

A maior planta hidrelétrica do mundo é as três gargantas, localizadas na China, no rio Yangtsé. Os outros dois em importância são os de Itaipu na fronteira entre o Brasil e o Paraguai e a Simón Bolívar ou Guri Hidreltric Plant na Venezuela.

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Caracteristicas

A fonte de energia hidráulica é a água e é considerada uma energia renovável na medida em que o ciclo da água não altera. Também pode produzir trabalho sem gerar resíduos sólidos ou poluir gases e, portanto, é considerado energia limpa.

Desempenho

O desempenho energético refere -se à relação entre a quantidade de energia obtida em um processo e a energia necessária para investir no mesmo. No caso de energia hidráulica, é atingido um rendimento entre 90 e 95%, dependendo da velocidade da água e do sistema de turbinas usado.

Como funciona a energia hidráulica?

Esquema de uma planta hidrelétrica. Fonte: Usuário: Tomia [CC por 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/por/3.0)]

Transformação da energia solar em energia cinética

A base da energia hidráulica está em energia solar, a topografia do terreno e a gravidade terrestre. No ciclo da água, a energia solar causa evaporação e, em seguida, a água condensa e precipita na terra.

Como conseqüência das encostas do terreno e da força da gravidade, as correntes das águas superficiais são produzidas na superfície da Terra. Dessa maneira, a energia solar é transformada em energia cinética devido ao movimento da água pela ação combinada da irregularidade e gravidade.

Posteriormente, a energia cinética da água pode ser transformada em energia mecânica capaz de fazer o trabalho. Por exemplo, lâminas que transmitem o movimento a um sistema de engrenagens que pode fazer vários dispositivos pode ser movido.

A magnitude da energia hidráulica é dada pela inclinação entre dois pontos dados do canal e o fluxo do mesmo. Quanto maior a inclinação do terreno, maior o potencial e a energia cinética da água, bem como sua capacidade de gerar trabalho.

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Nesse sentido, a energia potencial é aquela que se acumula em uma massa de água e está relacionada à sua altura em relação ao solo. Por outro lado, a energia cinética é aquela que libera água em seu movimento em queda, dependendo da topografia e da gravidade.

Produção de eletricidade a partir de energia hidráulica (hidrelétrica)

A energia cinética gerada pela água em sua queda pode ser usada para produzir eletricidade. Isso é conseguido pela construção de barragens onde a água se acumula e retém em diferentes níveis de altura.

Assim, a energia potencial da água é diretamente proporcional à irregularidade entre um ponto e um e quando a água cai, é transformada em energia cinética. Posteriormente, a água passa através de um sistema de pás de rotação e gera energia de rotação cinética.

O movimento de rotação permite mover sistemas de engrenagem que podem ativar sistemas mecânicos, como moinhos, norias ou alternadores. No caso particular de geração de energia hidrelétrica, o sistema requer um sistema de turbina e um alternador para gerar eletricidade.

Turbinas

A turbina consiste em um eixo horizontal ou vertical com um sistema de lâminas que, pela força da água, giram o eixo.

Existem três tipos básicos de turbinas hidráulicas:

Turbina Pelton

Turbina Pelton. Fonte: RobertK9410 [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)]

É uma turbina de impulso de alta pressão com um eixo horizontal que funciona sem ser totalmente submerso. O Rodete carrega uma série de lâminas (paletes ou dentes) côncavo que são acionados por jatos de água.

Quanto mais jatos de água caem contra a turbina, mais energia será gerada. Este tipo de turbina é usado para saltos de água de 25 a 200 metros de altura e atinge uma eficiência de até 90%.

Francis Turbine

Francis Turbine. Fonte: o uploader original era Stahlkocher na Wikipedia alemã. [CC BY-SA 3.0 (http: // criativecommons.Org/licenças/BY-SA/3.0/]]

É uma turbina de reação de média pressão com um eixo vertical e funciona totalmente submerso na água. O Rodete é composto de paletes que são conduzidos pela água conduzida através de um distribuidor.

Pode ser usado em saltos de água de 20 a 200 metros de altura e atinge uma eficiência de 90%. Este é o tipo de turbina que é usada com mais frequência nas grandes plantas hidrelétricas do mundo.

Turbina Kaplan

Turbina Kaplan. Fonte: Therunnerup [CC BY-SA 3.0 em (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0/at/ação.em)]

É uma variante da turbina de Francis e, assim, tem um eixo vertical, mas o impulsor é formado por uma série de lâminas orientáveis. É uma reação de alta pressão e funciona totalmente submersa na água.

A turbina Kaplan é usada em saltos de água de 5 a 20 metros de altura e sua eficiência pode atingir até 95%.

Alternador

O alternador é um aparelho que tem a capacidade de transformar energia mecânica em energia elétrica por indução eletromagnética. Assim, os pólos magnéticos (indutor) são girados dentro de uma bobina com pólos alternativos de material condutor (por exemplo, cobre enrolado em ferro doce).

Sua operação é baseada no fato de que um motorista submetido por algum tempo a um campo magnético variável gera uma tensão elétrica.

Vantagens

A energia hidráulica é amplamente utilizada porque possui muitos aspectos positivos. Entre eles, podemos destacar:

É econômico

Embora no caso de usinas hidrelétricas o investimento inicial seja alto, em termos gerais a longo prazo, é uma energia barata. Isso se deve à sua estabilidade e baixo custo de manutenção.

Além disso, as compensações econômicas fornecidas pelos reservatórios com possibilidades de aquicultura, esportes aquáticos e turismo devem ser adicionados.

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É renovável

Sendo baseado no ciclo da água, é uma fonte de energia renovável e contínua. Isso implica que não está exausto no tempo, diferentemente da energia de combustíveis fósseis.

No entanto, sua continuidade depende do ciclo da água não é alterada em um certo ou globalmente.

Alto rendimento

A energia hidráulica é considerada muito eficiente e com alto desempenho entre 90 e 95%.

Não é poluente

Esse tipo de energia usa uma fonte natural como a água e também não produz resíduos ou gases poluentes. Portanto, seu impacto no ambiente é reduzido e é considerado uma forma de energia limpa.

Presença de reservatórios

Nos casos em que os reservatórios são construídos para o uso de energia hidrelétrica, eles têm uma série de benefícios adicionais:

- Eles permitem regular o fluxo do rio e evitar inundações.
- Eles representam um reservatório de água para consumo humano, irrigação e uso industrial.
- Eles podem ser usados ​​como áreas recreativas e para a prática de esportes aquáticos.

Desvantagens

Dependência da precipitação

Uma limitação da geração de energia hidrelétrica é sua dependência do regime de chuva. Portanto, em anos particularmente secos, o suprimento de água pode diminuir drasticamente e o nível do reservatório é reduzido.

Quando o fluxo de água é reduzido, a geração de eletricidade é menor. De tal maneira que em regiões altamente dependentes da energia hidrelétrica, os problemas podem ocorrer no fornecimento.

Alteração do curso natural do rio

A construção de uma barragem em um rio altera seu curso natural, sua inundação, regime decrescente (diminuição do fluxo) e o processo de arrasto de sedimentos. Portanto, mudanças na biologia das plantas aquáticas e animais são produzidas nas proximidades do corpo da água.

Por outro lado, a retenção de sedimentos na barragem altera a formação de deltas na foz dos rios e altera as condições do solo.

Perigo de ruptura da barragem

Devido ao grande volume de água armazenada em algumas barragens hidrelétricas, um colapso da parede de contenção ou das encostas próximas pode produzir acidentes graves. Por exemplo, durante o ano de 1963, o destacamento da encosta ocorreu na barragem de Vajont (hoje em desuso) na Itália e causou 2.000 mortos.

Formulários

Norias e bombas de água

A rotação de uma roda acionada pela energia cinética da água permite que a água seja transportada de um poço raso ou um canal para um canal ou tanque alto. Da mesma forma, a energia mecânica gerada pela roda pode operar uma bomba hidráulica.

O modelo mais simples consiste em uma roda com lâminas com tigelas que estão coletando a água ao mesmo tempo que são acionadas pela corrente. Então, em sua rotação, eles caem a água em um tanque ou canal.

Mills

Por mais de 2000 anos, os gregos e romanos usaram energia hidráulica para mover as fábricas para moer cereais. A roda da roda acionada pelas engrenagens de corrente de água ativa que giram a pedra do moinho.

Forjas

Outra aplicação antiga da capacidade de trabalho baseada na energia hidráulica é seu uso para ativar os fole do forjo no trabalho de Herrería e metalurgia.

Fratura hidráulica

Na mineração e petróleo, a energia cinética da água é usada para corroer rochas, fraturá -la e facilitar a extração de vários minerais. Para isso, são usados ​​canhões de água de pressão gigantesca que atingem o substrato para corroer.

Este é um solo destrutivo e uma técnica altamente poluente de cursos de água.

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Fracking

Uma técnica muito controversa que está adquirindo boom na indústria de petróleo é o Fracking. Consiste em aumentar a porosidade da rocha mãe que contém petróleo e gás para facilitar sua saída.

Isso é conseguido injetando grandes quantidades de água e areia a altas pressões próximas a uma série de aditivos químicos. A técnica foi questionada por seu alto consumo de água, contaminando solos e águas e causando mudanças geológicas.

Plantas hidrelétricas

O uso moderno mais comum é funcionar eletricidade de geração central, de modo que as usinas hidrelétricas ou hidráulicas chamadas.

Exemplos de usinas de energia hidráulica

As três gargantas

Barragem dos três desfiladeiros (China). Fonte: LE Grand PORTAGEDERIVATIVATIVE: REHMAN [CC por 2.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/por/2.0)]

A hidrelétrica de Las Tres Gulfantes está localizada na província de Hubei, na China, no curso do rio Yangtsé. Esta barragem começou a ser construída em 1994 e foi concluída em 2010, atingindo uma área inundada com 1.045 km² e uma capacidade instalada de 22.500 MW (megawatts).

A planta inclui 34 turbinas de Francis (32 de 700 MW e dois de 50 MW) com uma produção anual de energia elétrica de 80,8 GWh. É a maior planta hidrelétrica do mundo em termos de estrutura e energia instalada.

A presa das três gargantas conseguiu controlar as inundações periódicas do rio que vieram causar sérios danos à população. Também garante o fornecimento de eletricidade da região.

No entanto, sua construção teve algumas consequências negativas, como o deslocamento de cerca de 2 milhões de pessoas. Além disso, contribuiu para a extinção do golfinho de chinês ou baiji (Lipotes Vexillifer) que estava em perigo crítico.

Itaipú

Dam Itaipú. Fonte: Herr Stahlhoefer [Domínio Público]

A planta hidrelétrica de Itaipu está localizada na fronteira entre o Brasil e o Paraguai no curso do rio Paraná. Sua construção começou em 1970 e terminou em três etapas em 1984, 1991 e 2003.

A área inundada da barragem é 1.350 km² e tem uma capacidade instalada de 14.000 MW. A planta inclui 20 turbinas de Francis de 700 MW cada e possui uma produção anual de energia elétrica de 94,7 GWh.

Itaipú é considerado a maior planta hidrelétrica do mundo na produção de energia. Contribui com 16% da eletricidade consumida no Brasil e 76% do Paraguai.

Quanto aos seus impactos negativos, esta barra.

Simón Bolívar (Guri)

Simón Bolívar Hidreletric Powernic (Gurí, Venezuela). Fonte: Warairapano e Guaicaipuro [CC0]

A planta hidrelétrica Simón Bolívar, também conhecida como barragem de Guri está localizada na Venezuela no curso do rio Caroní. A barragem começou a ser construída em 1957, uma primeira etapa encerrada em 1978 e foi concluída em 1986.

A barragem de Guri tem uma área inundada com 4.250 km² e uma capacidade instalada de 10.200 MW. Sua planta inclui 21 turbinas de Francis (10 de 730 MW, 4 de 180 MW, 3 de 400 MW, 3 de 225 MW e um de 340 MW)

A produção anual é de 46 GWh e é considerada a terceira maior planta hidrelétrica do mundo em termos de estrutura e energia instalada. A planta hidrelétrica fornece 80% da eletricidade consumida pela Venezuela e uma parte é vendida para o Brasil.

Durante a construção desta planta hidrelétrica, foram inundadas grandes extensões de ecossistemas de Guayana venezuelanos, que é uma região com alta biodiversidade.

Hoje, devido à profunda crise econômica da Venezuela, a capacidade de produção deste centro foi significativamente reduzida.

Referências

1.- Hadzich M (2013). Energia hidráulica, capítulo 7. Curso de Treinamento Técnico do Grupo PUCP. Casas ecológicas e tecnologias de hotéis. Universidade Católica Pontifical do Peru.
2.- Raabe J (1985). Poder hidrelétrico. O design, uso e função dos equipamentos hidromecânicos, hidráulicos e elétricos. Alemanha: n. p.
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5.- Soria E (S/F). Hidráulica. Energias renováveis ​​para todos. Iberdrola. 19 p.