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ENERGIA E MEIO AMBIENTE

   FONTES RENOVÁVEIS
   ENERGIA HIDRÁULICA
RECURSOS HÍDRICOS

 A água é o recurso natural mais abundante na
Terra: com um volume estimado de 1,36 bilhão
 de quilômetros cúbicos (km3) recobre 2/3 da
 superfície do planeta sob a forma de oceanos,
 calotas polares, rios e lagos. Além disso, pode
  ser encontrada em aqüíferos subterrâneos,
     como o Guarani, no Sudeste brasileiro.
VANTAGENS

A água também é uma das poucas fontes para
produção de energia que não contribui para o
aquecimento global.
E é renovável:
Pelos efeitos da energia solar e da força da
gravidade, o líquido transforma-se em vapor que
se condensa em nuvens, que retornam à
superfície terrestre sob a forma de chuva.
ENERGIA HIDRÁULICA
    INTRODUÇÃO


A energia hidráulica resulta da
irradiação solar e da energia
potencial      gravitacional,     que
provocam          a        evaporação,
condensação e precipitação da água
sobre a superfície terrestre.
DISPONIBILIDADE DE RECURSOS HIDRÁULICOS


A estimativa da quantidade de energia hidráulica
disponível no mundo poder ser feita pela simples
aplicação da fórmula de cálculo da energia
potencial (EP):

EP = M (massa) x g (aceleração da gravidade) x h
                    (altura)
A precipitação média anual na Terra é da
     ordem de 1.017 kg e a altura média
 da superfície terrestre (em relação ao nível
        do mar) é de 800 m. Portanto,
a energia hidráulica potencial é da ordem de
         200 mil TWh* por ano, o que
  equivale a duas vezes o consumo médio
    anual de energia primária no mundo
               (BOYLE, 1996).

*TWh - Terawatts hora vale 10 elevado a 12 Wh
ENERGIA HIDRÁULICA - HISTÓRIA


O uso da energia hidráulica foi uma das primeiras
formas de substituição do trabalho animal pelo
mecânico, particularmente para bombeamento
de água e moagem de grãos.

Características: disponibilidade de recursos,
facilidade de aproveitamento e, principalmente,
seu caráter renovável.
A força das águas foi transferida para uma série
 de máquinas de movimento rotatório através de
 eixos, hastes, roldanas, polias, cabos e
 engrenagens.

 Os gregos utilizaram rodas d água de eixo
 vertical já em 85 a.C. e de eixo horizontal por
 volta de 15 a.C.

 A força das águas foi a única fonte de energia
 mecânica (além do vento) disponível até o
 desenvolvimento do motor a vapor no século
 XIX.
TPQ - 5   Período - Campus Toledo - UTFPR
ENERGIA HIDRÁULICA - HISTÓRIA


Século XIX o aproveitamento dessa forma de
energia se tornou mais atraente do ponto de
vista econômico, com a invenção dos grupos
turbinas-geradores de energia elétrica e a
possibilidade do transporte de eletricidade a
grandes distâncias, se conseguiu obter um
elevado     rendimento    econômico     desse
aproveitamento.
A primeira hidrelétrica do mundo foi
construída no final do século XIX – quando o
carvão era o principal combustível e as
pesquisas sobre petróleo ainda engatinhavam
– junto às quedas d’água das Cataratas do
Niágara. Até então, a energia hidráulica da
região tinha sido utilizada apenas para a
produção de energia mecânica.
O Brasil construiu a primeira hidrelétrica, no
município de Diamantina, utilizando as águas
do Ribeirão do Inferno, afluente do rio
Jequitinhonha, com 0,5 MW (megawatt) de
potência e linha de transmissão de dois
quilômetros.
ENERGIA HIDRÁULICA - USINA


 Uma usina hidrelétrica pode ser definida
      como um conjunto de obras e
 equipamentos cuja finalidade é a geração
          de energia elétrica.

                Animação
http://www.cricketdesign.com.br/abril/hidr
                 eletrica/
ENERGIA HIDRÁULICA - USINA

Uma usina hidrelétrica compõe-se das seguintes
partes:

   barragem;
   sistemas de captação e adução de água;
   casa de força;
   sistema de restituição de água ao leito
   natural do rio.
ENERGIA HIDRÁULICA - USINA
A Figura ilustra o potencial da energia hidráulica no mundo para geração de
energia elétrica. Os maiores potenciais estão localizados na América do
Norte, antiga União Soviética, China, Índia e Brasil. O Continente Africano é
o que apresenta os menores potenciais.
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.
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).
TPQ - 5   Período - Campus Toledo - UTFPR
Energia Hidraulica
Turbina Pelton




TPQ - 5   Período - Campus Toledo - UTFPR
Turbina Francis




TPQ - 5   Período - Campus Toledo - UTFPR
Os aspectos que devem ser levados em
consideração 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.


   Fatores são interdependentes.
   A altura da queda determina os demais, e uma
   combinação entre esta e a capacidade instalada
   determina o tipo de planta e instalação.
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).

TPQ - 5   Período - Campus Toledo - UTFPR
A potência instalada determina se a usina é de
grande ou médio porte ou uma Pequena Central
Hidrelétrica (PCH). A Agência Nacional de Energia
Elétrica (Aneel) adota três classificações:

Centrais Geradoras Hidrelétricas (com até 1 MW
de potência instalada), Pequenas Centrais
Hidrelétricas (entre 1,1 MW e 30 MW de potência
instalada) e Usina Hidrelétrica de Energia (UHE,
com mais de 30 MW).

TPQ - 5   Período - Campus Toledo - UTFPR
No Brasil, um exemplo típico de aproveitamento
hidrelétrico de baixa queda é o da Usina Hidrelétrica
de Jupiá, 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.
Um modelo interessante e particular de barragem de média
queda é o da Usina Hidrelétrica de Funil, 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
em1969 (FURNAS, 2005).
ENERGIA HIDRÁULICA - USINA

No Brasil, de acordo com o Banco de
Informações da Geração (BIG) da Aneel, em
novembro de 2008, existem em operação 227
CGHs, com potência total de 120 MW; 320 PCHs
(2,4 mil MW de potência instalada) e 159 UHE
com uma capacidade total instalada de 74,632
mil MW. Em novembro de 2008, as usinas
hidrelétricas, independentemente de seu porte,
respondem, portanto, por 75,68% da potência
total instalada no país, de 102,262 mil MW.
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Energia Hidraulica
ENERGIA HIDRÁULICA - CONSUMO
Energia Hidraulica
ENERGIA HIDRÁULICA - GERAÇÃO
IMPACTOS SOCIOAMBIENTAIS

O setor elétrico brasileiro possui uma matriz
energética bem mais “limpa”, com forte
participação de fontes renováveis já que o
parque instalado é concentrado em usinas
hidrelétricas que não se caracterizam pela
emissão de gases causadores do efeito estufa
(GEE). Mais de 70% das emissões de GEE do país
estão relacionadas ao desmatamento e às
queimadas.
Uma usina hidrelétrica demanda a inundação
de uma vasta área, para a ocupação de seu
reservatório de água.

  O impacto causado por esta modificação no
ambiente consiste do alagamento de florestas
inteiras.

  O conjunto dos seres vivos e os ecossistemas
podem ser alterados. A vegetação submersa
decompõe-se, dando origem a gases como o
metano, que tem impacto no chamado "efeito
estufa" e causando mudança no clima.
Outra preocupação se relaciona com o
potencial aumento dos casos de problemas de
saúde acarretados pela retenção de poluentes
produzidos pelas cidades grandes localizadas a
montante da represa.

  Também pode ocorrer uma redução no fluxo
de sedimentos e nutrientes para as regiões
localizadas a jusante da represa.
Ex: após a construção da represa de Assuan no
Egito, em 1964, a pesca na região leste do
Mediterrâneo foi afetada por este motivo.
Águas quentes estagnadas ou com baixa
velocidade de movimentação também podem
causar outros problemas de saúde pública.
Dois exemplos internacionais de graves
    problemas decorrentes de empreendimentos
    hidrelétricos são Akossombo (Gana) e Assuan
    (Egito).

    Além de alterações de ordem hídrica e
    biológica, esses projetos provocaram o
    aumento da prevalência da esquistossomose,
    que em ambos os casos ultrapassou o índice
    de 70% da população local e circunvizinha,
    entre outros transtornos de ordem cultural,
    econômica e social (ANDREAZZI, 1993).
TPQ - 5   Período - Campus Toledo - UTFPR
Há também os perigos de rompimento de
     barragens e outros acidentes correlatos, que
     podem causar problemas de diversas ordens e
     dimensões.

     Um exemplo clássico é o de Macchu, na Índia,
     onde 2.500 pessoas pereceram, em razão da
     falha de uma barragem em 1979.
     (ELETRONUCLEAR, 2001).


TPQ - 5   Período - Campus Toledo - UTFPR
Um acidente deixou 12 mortos e 64 desaparecidos
 na usina hidrelétrica Sayano-Shushenskaya, na
Rússia, com capacidade instalada de 6400 MW (10
 geradores de 640 MW), a sexta maior do mundo.
               17 de Agosto, 2009




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  • 1. ENERGIA E MEIO AMBIENTE FONTES RENOVÁVEIS ENERGIA HIDRÁULICA
  • 2. RECURSOS HÍDRICOS A água é o recurso natural mais abundante na Terra: com um volume estimado de 1,36 bilhão de quilômetros cúbicos (km3) recobre 2/3 da superfície do planeta sob a forma de oceanos, calotas polares, rios e lagos. Além disso, pode ser encontrada em aqüíferos subterrâneos, como o Guarani, no Sudeste brasileiro.
  • 3. VANTAGENS A água também é uma das poucas fontes para produção de energia que não contribui para o aquecimento global. E é renovável: Pelos efeitos da energia solar e da força da gravidade, o líquido transforma-se em vapor que se condensa em nuvens, que retornam à superfície terrestre sob a forma de chuva.
  • 4. ENERGIA HIDRÁULICA INTRODUÇÃO A energia hidráulica resulta da irradiação solar e da energia potencial gravitacional, que provocam a evaporação, condensação e precipitação da água sobre a superfície terrestre.
  • 5. DISPONIBILIDADE DE RECURSOS HIDRÁULICOS A estimativa da quantidade de energia hidráulica disponível no mundo poder ser feita pela simples aplicação da fórmula de cálculo da energia potencial (EP): EP = M (massa) x g (aceleração da gravidade) x h (altura)
  • 6. A precipitação média anual na Terra é da ordem de 1.017 kg e a altura média da superfície terrestre (em relação ao nível do mar) é de 800 m. Portanto, a energia hidráulica potencial é da ordem de 200 mil TWh* por ano, o que equivale a duas vezes o consumo médio anual de energia primária no mundo (BOYLE, 1996). *TWh - Terawatts hora vale 10 elevado a 12 Wh
  • 7. ENERGIA HIDRÁULICA - HISTÓRIA O uso da energia hidráulica foi uma das primeiras formas de substituição do trabalho animal pelo mecânico, particularmente para bombeamento de água e moagem de grãos. Características: disponibilidade de recursos, facilidade de aproveitamento e, principalmente, seu caráter renovável.
  • 8. A força das águas foi transferida para uma série de máquinas de movimento rotatório através de eixos, hastes, roldanas, polias, cabos e engrenagens. Os gregos utilizaram rodas d água de eixo vertical já em 85 a.C. e de eixo horizontal por volta de 15 a.C. A força das águas foi a única fonte de energia mecânica (além do vento) disponível até o desenvolvimento do motor a vapor no século XIX. TPQ - 5 Período - Campus Toledo - UTFPR
  • 9. ENERGIA HIDRÁULICA - HISTÓRIA Século XIX o aproveitamento dessa forma de energia se tornou mais atraente do ponto de vista econômico, com a invenção dos grupos turbinas-geradores de energia elétrica e a possibilidade do transporte de eletricidade a grandes distâncias, se conseguiu obter um elevado rendimento econômico desse aproveitamento.
  • 10. A primeira hidrelétrica do mundo foi construída no final do século XIX – quando o carvão era o principal combustível e as pesquisas sobre petróleo ainda engatinhavam – junto às quedas d’água das Cataratas do Niágara. Até então, a energia hidráulica da região tinha sido utilizada apenas para a produção de energia mecânica.
  • 11. O Brasil construiu a primeira hidrelétrica, no município de Diamantina, utilizando as águas do Ribeirão do Inferno, afluente do rio Jequitinhonha, com 0,5 MW (megawatt) de potência e linha de transmissão de dois quilômetros.
  • 12. ENERGIA HIDRÁULICA - USINA Uma usina hidrelétrica pode ser definida como um conjunto de obras e equipamentos cuja finalidade é a geração de energia elétrica. Animação http://www.cricketdesign.com.br/abril/hidr eletrica/
  • 13. ENERGIA HIDRÁULICA - USINA Uma usina hidrelétrica compõe-se das seguintes partes: barragem; sistemas de captação e adução de água; casa de força; sistema de restituição de água ao leito natural do rio.
  • 15. A Figura ilustra o potencial da energia hidráulica no mundo para geração de energia elétrica. Os maiores potenciais estão localizados na América do Norte, antiga União Soviética, China, Índia e Brasil. O Continente Africano é o que apresenta os menores potenciais.
  • 16. 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.
  • 17. 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).
  • 18. TPQ - 5 Período - Campus Toledo - UTFPR
  • 20. Turbina Pelton TPQ - 5 Período - Campus Toledo - UTFPR
  • 21. Turbina Francis TPQ - 5 Período - Campus Toledo - UTFPR
  • 22. Os aspectos que devem ser levados em consideração 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. Fatores são interdependentes. A altura da queda determina os demais, e uma combinação entre esta e a capacidade instalada determina o tipo de planta e instalação.
  • 23. 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). TPQ - 5 Período - Campus Toledo - UTFPR
  • 24. A potência instalada determina se a usina é de grande ou médio porte ou uma Pequena Central Hidrelétrica (PCH). A Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) adota três classificações: Centrais Geradoras Hidrelétricas (com até 1 MW de potência instalada), Pequenas Centrais Hidrelétricas (entre 1,1 MW e 30 MW de potência instalada) e Usina Hidrelétrica de Energia (UHE, com mais de 30 MW). TPQ - 5 Período - Campus Toledo - UTFPR
  • 25. No Brasil, um exemplo típico de aproveitamento hidrelétrico de baixa queda é o da Usina Hidrelétrica de Jupiá, 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.
  • 26. Um modelo interessante e particular de barragem de média queda é o da Usina Hidrelétrica de Funil, 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 em1969 (FURNAS, 2005).
  • 27. ENERGIA HIDRÁULICA - USINA No Brasil, de acordo com o Banco de Informações da Geração (BIG) da Aneel, em novembro de 2008, existem em operação 227 CGHs, com potência total de 120 MW; 320 PCHs (2,4 mil MW de potência instalada) e 159 UHE com uma capacidade total instalada de 74,632 mil MW. Em novembro de 2008, as usinas hidrelétricas, independentemente de seu porte, respondem, portanto, por 75,68% da potência total instalada no país, de 102,262 mil MW.
  • 28. TPQ - 5 Período - Campus Toledo - UTFPR
  • 33. IMPACTOS SOCIOAMBIENTAIS O setor elétrico brasileiro possui uma matriz energética bem mais “limpa”, com forte participação de fontes renováveis já que o parque instalado é concentrado em usinas hidrelétricas que não se caracterizam pela emissão de gases causadores do efeito estufa (GEE). Mais de 70% das emissões de GEE do país estão relacionadas ao desmatamento e às queimadas.
  • 34. Uma usina hidrelétrica demanda a inundação de uma vasta área, para a ocupação de seu reservatório de água. O impacto causado por esta modificação no ambiente consiste do alagamento de florestas inteiras. O conjunto dos seres vivos e os ecossistemas podem ser alterados. A vegetação submersa decompõe-se, dando origem a gases como o metano, que tem impacto no chamado "efeito estufa" e causando mudança no clima.
  • 35. Outra preocupação se relaciona com o potencial aumento dos casos de problemas de saúde acarretados pela retenção de poluentes produzidos pelas cidades grandes localizadas a montante da represa. Também pode ocorrer uma redução no fluxo de sedimentos e nutrientes para as regiões localizadas a jusante da represa. Ex: após a construção da represa de Assuan no Egito, em 1964, a pesca na região leste do Mediterrâneo foi afetada por este motivo.
  • 36. Águas quentes estagnadas ou com baixa velocidade de movimentação também podem causar outros problemas de saúde pública.
  • 37. Dois exemplos internacionais de graves problemas decorrentes de empreendimentos hidrelétricos são Akossombo (Gana) e Assuan (Egito). Além de alterações de ordem hídrica e biológica, esses projetos provocaram o aumento da prevalência da esquistossomose, que em ambos os casos ultrapassou o índice de 70% da população local e circunvizinha, entre outros transtornos de ordem cultural, econômica e social (ANDREAZZI, 1993). TPQ - 5 Período - Campus Toledo - UTFPR
  • 38. Há também os perigos de rompimento de barragens e outros acidentes correlatos, que podem causar problemas de diversas ordens e dimensões. Um exemplo clássico é o de Macchu, na Índia, onde 2.500 pessoas pereceram, em razão da falha de uma barragem em 1979. (ELETRONUCLEAR, 2001). TPQ - 5 Período - Campus Toledo - UTFPR
  • 39. Um acidente deixou 12 mortos e 64 desaparecidos na usina hidrelétrica Sayano-Shushenskaya, na Rússia, com capacidade instalada de 6400 MW (10 geradores de 640 MW), a sexta maior do mundo. 17 de Agosto, 2009 TPQ - 5 Período - Campus Toledo - UTFPR
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