Title: Produ
1Paulo Moisés Almeida da Costa
Produção de Energia Eléctrica
Escola Superior de Tecnologia de Viseu - 1999
2Produção 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.
3Produção 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.
4Produção 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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- 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.
6Produção 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.
7Produção 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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- 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
9Produção 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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- 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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- 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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- 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)
13Produção 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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Imagem digitalizada a partir de um folheto
promocional da ABB
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- 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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- 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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- Idem mas com turbina Francis.
Fonte http//www.fe.up.pt/leec2002/cadeiras/see1
/see.html
18Produção de Energia Eléctrica
- Idem com uma turbina Kaplan.
Fonte http//www.fe.up.pt/leec2002/cadeiras/see1
/see.html
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- Diferentes tipos de retenção de água...
Fonte http//www.fe.up.pt/leec2002/cadeiras/see1
/see.html
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- A figura que se segue mostra uma central
hidroeléctrica com bombagem de água
Fonte http//www.fe.up.pt/leec2002/cadeiras/see1
/see.html
21Produção 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
22Produção de Energia Eléctrica
Fonte http//www.edp.pt/edp/grupo_edp/grupomain.h
tm
23Produção 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
24Produção 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.
25Produção de Energia Eléctrica
- O princípio de funcionamento de uma central
térmica pode, com facilidade ser compreendido
através das figuras que se seguem
Turbinas
Gerador
26Produção de Energia Eléctrica
27Produção 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
28Produção 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.
29Produção 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.
30Produção 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.
31Links 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