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Paulo Mois s Almeida da Costa Produ o de Energia El ctrica Escola Superior de Tecnologia de Viseu - 1999 Produ o de Energia El ctrica A energia hoje, sem ... – PowerPoint PPT presentation

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Title: Produ


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Paulo Moisés Almeida da Costa
Produção de Energia Eléctrica
Escola Superior de Tecnologia de Viseu - 1999
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Produção de Energia Eléctrica
  • A energia é hoje, sem qualquer dúvida, um bem
    essencial e indispensável ao ser humano.
  • De entre os diferentes tipo de energia que o
    homem utiliza, a energia eléctrica tem, sem
    sombra de dúvida, uma preponderância acentuada.
  • A maior quantidade da energia eléctrica é
    produzida em instalações próprias para o efeito a
    que se dá o nome de centrais de produção de
    energia eléctrica.
  • Uma central eléctrica é uma instalação capaz de
    converter energia mecânica obtida a partir de
    outras fontes de energia primária em energia
    eléctrica.
  • A energia primária pode advir da energia
    armazenada na água, (potencial gravítica e
    cinética), da combustão de carvão, gás natural,
    fuel, resíduos florestais, ou qualquer outro
    combustível adequado, do vento, do mar, do sol,
    da fissão nuclear
  • A produção da energia eléctrica fica a cargo de
    geradores eléctricos, que podem ser de corrente
    contínua ou de corrente alternada. De entre os
    últimos, temos as máquinas síncronas e as
    máquinas de indução.
  • Sem dúvida que a grande maioria da energia
    eléctrica produzida no mundo é produzida pelas
    máquinas síncronas.

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Produção de Energia Eléctrica
  • As máquinas geradoras de energia eléctrica são
    accionadas pelas máquinas primárias ou turbinas,
    as quais podem ser hidráulicas, de gás,
  • Ao conjunto Turbina-Gerador dá-se o nome Grupo
    Gerador.
  • Existem diversos tipos de centrais produtoras de
    energia eléctrica, umas mais convencionais,
    outras de tecnologia mais recente e que procuram
    aproveitar novas formas de produzir energia de
    forma mais económica e/ou mais ecológica que a
    queima de combustíveis fósseis.
  • Neste último ponto incluem-se os aproveitamentos
    eólicos, solares, geotérmicas, maremotrizes,
    hidráulicos de dimensão reduzida
    (micro-aproveitamentos e pequenos
    aproveitamentos), cogeração,
  • O aproveitamento de outras formas de energia
    prende-se também com problemas ligados com a
    diversificação e redução da dependência
    energética de determinados países bem como com o
    futuro desaparecimento dos combustíveis fósseis.
  • Portugal é um país muito dependente do exterior
    em termos de energia, importando cerca de 80 da
    energia que necessita , sendo o petróleo
    responsável por cerca de 85 dessas importações.

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Produção de Energia Eléctrica
  • Para além dos custos financeiros e de risco que
    têm os combustíveis fósseis para países como
    Portugal, em termos ambientais esta é uma fonte
    de energia altamente poluidora, além de não
    renovável.
  • Os custos de risco para países como Portugal
    ligam-se com eventuais crises petrolíferas como
    as sucedidas na década de 70.
  • Tendo em conta o exposto é perfeitamente
    compreensível que o nosso país procure diminuir a
    sua dependência do petróleo diversificando as
    fontes primárias de energia.
  • Com tal intuito, têm-se vindo a introduzir em
    Portugal o gás natural, bem como a apoiar
    (financeiramente) a construção de pequenos
    aproveitamentos hidroeléctricos e de cogeração,
    bem como aproveitamentos de outras formas de
    energia.

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Produção de Energia Eléctrica
  • Centrais Hidroeléctricas
  • Nas centrais com grandes albufeiras, a energia
    potência gravítica da água é transformada em
    energia cinética a qual por sua vez é
    transformada nas turbinas hidroeléctricas em
    energia mecânica que finalmente será transformada
    em energia eléctrica nos geradores.
  • As albufeiras das centrais hidroeléctricas são
    construídas sobre o leito de rios, mas o edifício
    onde se instalam os equipamentos produtores de
    energia podem estar mais ou menos afastados da
    albufeira.
  • A albufeira que pode ter maior ou menor
    capacidade de armazenamento de água a qual será
    depois turbinada.
  • Note-se que, para que se possa instalar uma
    central hidroeléctrica para a produção de energia
    é necessário que se encontrem as condições
    geográficas ideais, e ainda que se respeitem
    certas condições ambientais e outras como por
    exemplo conservação de património.
  • São as centrais em que se aproveita a energia
    potencial gravítica e/ou cinética da água.

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Produção de Energia Eléctrica
  • A figura que se segue mostra uma central
    hidroeléctrica onde se pode observar que o
    edifício onde estão instaladas as máquinas
    produtoras de energia se encontra relativamente
    afastado da albufeira.
  • Este procedimento, justifica-se pela necessidade
    de aumentar a queda útil da água, a qual
    directamente influência a quantidade de energia
    que se pode produzir, como veremos.
  • Obviamente, a distância entre os grupos geradores
    e a albufeira pode assumir um qualquer valor de
    entre aqueles que são técnico-economicamente
    aceitáveis.
  • Não podemos esquecer-nos que a abertura de um
    túnel para condução da água até aos grupos
    geradores representa custos muito elevados, que
    têm de ser compensados pelo aumento da energia
    contida na água resultante de uma maior queda.

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Produção de Energia Eléctrica
  • Note-se também que, a conduta de ligação entre a
    albufeira e os grupos geradores pode não ser
    constituída por um túnel subterrâneo mas sim por
    uma conduta metálica (aço), á superfície.
  • A albufeira de uma central hidroeléctrica é um
    sistema de armazenamento de energia, uma vez que
    a água só será turbinada consoante as
    necessidades do sistema a que a central se
    interliga.
  • Por vezes a albufeira funciona também como
    reserva estratégica, não só de energia como
    também de água para regas e consumo humano.

Vista aérea da represaCaonillas en Utuado, Porto
Rico, onde se vê a albufeira e á direita, a
conduta forçada á superfície.
Escavação de um túnel para instalação de conduta
forçada uma central hidroeléctrica.
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Produção de Energia Eléctrica
  • Existem centrais hidroeléctricas dotadas de uma
    capacidade especial que consiste na possibilidade
    de bombearem parte da água já turbinada de novo
    para a albufeira.
  • Estas centrais são dotadas de duas albufeiras a
    cotas distintas tais que aquela que possui menor
    cota armazena parte da água que sai da albufeira
    de maior cota, a qual já foi turbinada, para mais
    tarde ser bombeada de novo para esta. Nas horas
    de maior solicitação de energia, a água da bacia
    superior é turbinada e depois retida na albufeira
    inferior e nas horas de vazio bombeada para a
    bacia superior usando a turbina como motor, se
    esta for reversível, ou então o próprio
    alternador.

A Aguieira, aqui bem perto de nós Imagem
retirada do site da EDP, cujo endereço é
http//www.edp.pt/edp/grupo_edp/grupomain.htm
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Produção de Energia Eléctrica
  • Como já referimos, as centrais hidroeléctricas
    transformam a energia potencial gravítica da água
    em energia eléctrica.
  • Mas afinal como se pode estimar a quantidade de
    energia de uma determinada quantidade de água?
  • A quantificação da energia que se estima produzir
    através de construção de um aproveitamento
    hidroeléctrico depende do valor da potência a
    instalar e do número de horas que se estima para
    o funcionamento da central.
  • Por outro lado, a potência a instalar depende do
    valor da queda, ou desnível topográfico
    conseguido na implantação da obra, e do caudal, o
    qual, como é óbvio varia com o tempo.
  • Deve-se assim estudar com adequado rigor a
    conjugação destas duas variáveis, de forma a
    garantir que a sua combinação proporcione valores
    de potência e de energia úteis que justificam, do
    ponto de vista económico a construção de um
    determinado aproveitamento hidroeléctrico.
  • Como sabemos das leis da física, uma massa de
    água m, situada a uma altura h, possuí, uma
    energia potencial gravítica dada pela expressão
  • Ep mgh

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Produção de Energia Eléctrica
  • onde m é a massa de água, g a aceleração da
    gravidade e h a altura bruta da queda de água.
  • Teoricamente, a potência a instalar seria
  • onde Pt é a potência teórica a instalar, V o
    volume de água, r a massa volumica da água e
    dV/dt Q é o caudal.
  • Claro que a potência útil não é igual ao valor
    da potência teórica, uma vez que o sistema tem
    perdas de energia no circuito hidráulico (nas
    condutas, grelhas, e nas turbinas), as quais são
    expressas através da diminuição do valor da queda
    bruta, obtendo-se um novo valor de queda a que se
    designa por queda útil.
  • Além disso, o próprio gerador tem também perdas.

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Produção de Energia Eléctrica
  • Assim, a potência útil Pu é dada pela expressão
  • Pu r g ? hu Q
  • onde ? é o rendimento do gerador e hu a queda
    útil.
  • A queda útil é dada pela expressão
  • hu h - hp
  • em que hp representa a perda de energia ao longo
    do circuito hidráulico, incluindo a turbina.
  • Assim a energia será quantificada por

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Produção de Energia Eléctrica
  • Como facilmente nos apercebemos, a partir do
    exposto anteriormente, a potência e a produção de
    energia de uma central hidroeléctrica depende dos
    caudais ocorridos e da queda útil do
    empreendimento.
  • Mais ainda, no estudo para implementação de uma
    central deste tipo não basta caracterizar a
    variabilidade de ocorrência dos caudais no que
    respeita à sua magnitude, mas também o intervalo
    de tempo em que os mesmos ocorrem.
  • Fácil é de compreender que uma caudal de grande
    magnitude não é bom se ocorrer durante períodos
    de tempo muito curtos.
  • O estudo técnico-económico que antecede a
    construção de uma central hidroeléctrica tem,
    forçosamente que incluir uma parte dedicada á
    evolução dos valores dos caudais.
  • Se admitirmos que a massa volúmica da água é de
    1000 Kg/m3, que a aceleração da gravidade é de 10
    m/s2 e que o rendimento global do sistema é de
    80 , temos que
  • Pu 8000Qh (W) 8Qh (kWh)

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Produção de Energia Eléctrica
  • A partir desta expressão, podemos com facilidade
    concluir que para um mesmo caudal, a potência
    será tanto maior quanto maior for a queda.
  • Assim se justifica que por vezes se tenham de
    abrir condutas subterrâneas, ou construí-las á
    superfície, ficando os grupos geradores mais ou
    menos afastados da albufeira em função dos
    estudos técnico-económicos, das condições
    geográficas e eventualmente outras.
  • A figura que se segue apresenta, em corte, a
    estrutura básica de uma central hidroeléctrica

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Produção de Energia Eléctrica
  • .

Imagem digitalizada a partir de um folheto
promocional da ABB
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Produção de Energia Eléctrica
  • Mais uma representação em corte de uma
    hidroeléctrica, onde se destaca a conduta
    forçada.

Fonte http//www.fe.up.pt/leec2002/cadeiras/see1
/see.html
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Produção de Energia Eléctrica
  • A imagem que se segue mostra a estrutura de uma
    hidroeléctrica equipada com uma turbina pelton

Fonte http//www.fe.up.pt/leec2002/cadeiras/see1
/see.html
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Produção de Energia Eléctrica
  • Idem mas com turbina Francis.

Fonte http//www.fe.up.pt/leec2002/cadeiras/see1
/see.html
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Produção de Energia Eléctrica
  • Idem com uma turbina Kaplan.

Fonte http//www.fe.up.pt/leec2002/cadeiras/see1
/see.html
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Produção de Energia Eléctrica
  • Diferentes tipos de retenção de água...

Fonte http//www.fe.up.pt/leec2002/cadeiras/see1
/see.html
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Produção de Energia Eléctrica
  • A figura que se segue mostra uma central
    hidroeléctrica com bombagem de água

Fonte http//www.fe.up.pt/leec2002/cadeiras/see1
/see.html
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Produção de Energia Eléctrica
  • Os aproveitamentos hidroeléctricos podem ser
    divididos em dois grandes grupos em função da sua
    capacidade de armazenamento de água. Os
    aproveitamentos de albufeira os quais possuem um
    reservatório onde se pode armazenar uma
    considerável quantidade de água e os
    aproveitamentos a fio de água cujo reservatório
    tem dimensões reduzidas ou não existe.

Fonte http//www.edp.pt/edp/grupo_edp/grupomain.h
tm
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Produção de Energia Eléctrica
  • 1

Fonte http//www.edp.pt/edp/grupo_edp/grupomain.h
tm
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Produção de Energia Eléctrica
  • O mapa que se segue mostra os grandes centros
    produtores de energia eléctrica do nosso país.
    (Não se incluem os pequenos aproveitamentos
    independentes).

Fonte http//www.edp.pt/edp/grupo_edp/grupomain.h
tm
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Produção de Energia Eléctrica
  • Centrais térmicas convencionais
  • As centrais térmicas são instalações onde a
    energia mecânica necessária para colocar em
    movimento o rotor do gerador eléctrico se obtém a
    partir do vapor formado na ebulição de água numa
    caldeira.
  • O vapor gerado na caldeira tem uma pressão
    elevada a qual é aproveitada para, na expansão do
    vapor, accionar a turbina que converterá a
    energia do vapor em energia mecânica.
  • A designação centrais térmicas convencionais
    surge para que estas possam ser distinguidas das
    centrais térmicas nucleares.
  • As centrais térmicas convencionais usam como
    fonte de energia o carvão, o fuel, gasóleo, o gás
    natural,... cuja energia térmica, libertada na
    sua combustão, é aproveitada para transformar
    água no estado líquido em vapor.
  • Uma central térmica convencional básica tem na
    sua constituição três elementos essenciais que
    são a caldeira, a turbina e o gerador.
  • Facilmente se percebe que a caldeira é um
    elemento essencial pois é nela que se produz o
    vapor essencial ao processo.

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Produção de Energia Eléctrica
  • O princípio de funcionamento de uma central
    térmica pode, com facilidade ser compreendido
    através das figuras que se seguem

Turbinas
Gerador
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Produção de Energia Eléctrica
  • .

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Produção de Energia Eléctrica
  • O condensador é também um elemento importante na
    constituição de uma central termoeléctrica, pois
    é ele que permite efectuar um arrefecimento do
    vapor que circula no circuito fechado, após este
    se ter expandido nas turbinas.
  • Como sabe das leis da termodinâmica, o calor
    migra das zonas mais quentes (fontes) para as
    mais frias (sorvedouros), sendo tanto maior a
    transferência de energia associada a esta
    migração quanto maior for a diferença de
    temperatura entre a fonte e o sorvedouro.
  • Assim, o arrefecimento criado pelo condensador
    (sorvedouro) é importante pois tal permite
    aumentar a energia associada ao vapor que se
    desloca do ponto de produção do vapor (fonte)
    para o ponto em que este é recolhido e
    arrefecido (sorvedouro).
  • A figura que se segue mostra alguns condensadores
    em actividade

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Produção de Energia Eléctrica
  • Note-se que o fumo que sai das torres que
    constituem os condensadores não é mais que vapor
    de água.
  • As figuras que se segue mostra uma central
    térmica, na qual se pode ver o condensador ao
    lado esquerdo.

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Produção de Energia Eléctrica
  • AS CENTRAIS TÉRMICAS E AS SUAS IMPLICAÇÕES
    AMBIENTAIS.
  • Uma central térmica é uma instalação que
    transforma a energia libertada pela combustão de
    combustíveis fósseis em energia térmica a qual ao
    accionar uma turbina se transforma em energia
    mecânica e esta, finalmente acciona o gerador
    eléctrico.
  • Neste processo 65 da energia é desperdiçada sob
    a forma de calor e de contaminação.
  • Assim, só um terço da potência inicial do
    processo é utilizada como potência eléctrica.
  • Portanto, uma central térmica que possui uma
    potência de 330 MW, na realidade a sua potência
    térmica é de aproximadamente 1000 MW.

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Produção de Energia Eléctrica
  • A contaminação destas centrais consiste na
    emissão de gases pelas chaminés e posterior
    retorno ao solo a distâncias impensáveis bem como
    na libertação de grandes quantidades de água de
    refrigeração no mar ou num rio.
  • Os gases contaminantes são
  • Dióxido de enxofre (SO2).
  • Óxidos de nitrogénio (Nox).
  • Partículas de metais pesados.
  • Dióxido de carbono (CO2)
  • A tabela que se segue mostra os efeitos
    produzidos sobre a saúde e sobre o meio ambiente.
  • Produtos Efeitos
  • SO2 Chuva ácida. Edemas pulmonares.Morte com
    alta exposição
  • NOx Problemas respiratórios e pulmonares
  • Partículas Problemas respiratórios, renais,e
    ósseos
  • CO2 Alterações climáticas.

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Links consultados http//www.cfe.gob.mx/interna
cional/fotos/foto9.html http//educom.sce.fct.unl.
pt/e4smaria/eaptindx.htm http//netdial.caribe.ne
t/jrbaspr/plantas.html http//www.edp.pt/edp/grup
o_edp/grupomain.htm http//www.fe.up.pt/leec2002/
cadeiras/see1/see.html
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