Em todo o mundo, as usinas hidrelétricas produzem cerca de 24% da eletricidade do mundo e abastecem mais de 1 bilhão de pessoas com energia.As usinas hidrelétricas do mundo produzem um total combinado de 675.000 megawatts, a energia equivalente a 3,6 bilhões de barris de petróleo, de acordo com o National Renewable Energy Laboratory.Existem mais de 2.000 usinas hidrelétricas operando nos Estados Unidos, tornando a hidrelétrica a maior fonte de energia renovável do país.
Neste artigo, veremos como a queda de água cria energia e aprenderemos sobre o ciclo hidrológico que cria o fluxo de água essencial para a energia hidrelétrica.Você também terá um vislumbre de uma aplicação única de energia hidrelétrica que pode afetar sua vida diária.
Ao ver um rio passar, é difícil imaginar a força que ele carrega.Se você já praticou rafting, então você sentiu uma pequena parte do poder do rio.Corredeiras de água branca são criadas como um rio, carregando uma grande quantidade de água para baixo, gargalos através de uma passagem estreita.À medida que o rio é forçado por essa abertura, seu fluxo se acelera.As inundações são outro exemplo de quanta força um tremendo volume de água pode ter.
As usinas hidrelétricas aproveitam a energia da água e usam mecanismos simples para converter essa energia em eletricidade.As usinas hidrelétricas são, na verdade, baseadas em um conceito bastante simples – a água que flui através de uma barragem aciona uma turbina, que aciona um gerador.
Aqui estão os componentes básicos de uma usina hidrelétrica convencional:
Barragem – A maioria das usinas hidrelétricas conta com uma barragem que retém a água, criando um grande reservatório.Muitas vezes, esse reservatório é usado como lago recreativo, como o Lago Roosevelt na represa Grand Coulee, no estado de Washington.
Captação – As comportas da barragem se abrem e a gravidade puxa a água pelo conduto forçado, uma tubulação que leva à turbina.A água acumula pressão à medida que flui através deste tubo.
Turbina – A água atinge e gira as grandes lâminas de uma turbina, que está ligada a um gerador acima dela por meio de um eixo.O tipo mais comum de turbina para usinas hidrelétricas é a Francis Turbine, que se parece com um grande disco com lâminas curvas.Uma turbina pode pesar até 172 toneladas e girar a uma taxa de 90 rotações por minuto (rpm), de acordo com a Foundation for Water & Energy Education (FWEE).
Geradores – À medida que as pás da turbina giram, também giram uma série de ímãs dentro do gerador.Ímãs gigantes giram em torno de bobinas de cobre, produzindo corrente alternada (AC) movendo elétrons.(Você aprenderá mais sobre como o gerador funciona mais tarde.)
Transformador – O transformador dentro da casa de força pega a CA e a converte em corrente de alta tensão.
Linhas de energia – De cada usina de energia saem quatro fios: as três fases de energia sendo produzidas simultaneamente mais um neutro ou terra comum a todas as três.(Leia Como funcionam as redes de distribuição de energia para saber mais sobre transmissão de linha de energia.)
Vazão – A água utilizada é transportada por adutoras, chamadas de canais de fuga, e reentrada no rio a jusante.
A água no reservatório é considerada energia armazenada.Quando as comportas se abrem, a água que passa pelo conduto forçado torna-se energia cinética porque está em movimento.A quantidade de eletricidade que é gerada é determinada por vários fatores.Dois desses fatores são o volume de fluxo de água e a quantidade de carga hidráulica.A cabeça refere-se à distância entre a superfície da água e as turbinas.À medida que a altura manométrica e o fluxo aumentam, o mesmo acontece com a eletricidade gerada.A cabeça é geralmente dependente da quantidade de água no reservatório.
Há outro tipo de usina hidrelétrica, chamada usina reversível.Em uma usina hidrelétrica convencional, a água do reservatório flui através da usina, sai e é transportada rio abaixo.Uma usina reversível tem dois reservatórios:
Reservatório superior – Como uma usina hidrelétrica convencional, uma barragem cria um reservatório.A água neste reservatório flui através da usina hidrelétrica para gerar eletricidade.
Reservatório inferior – A água que sai da usina hidrelétrica flui para um reservatório inferior, em vez de reentrar no rio e fluir a jusante.
Usando uma turbina reversível, a usina pode bombear água de volta para o reservatório superior.Isso é feito fora do horário de pico.Essencialmente, o segundo reservatório reabastece o reservatório superior.Ao bombear água de volta para o reservatório superior, a usina tem mais água para gerar eletricidade nos períodos de pico de consumo.
O Gerador
O coração da usina hidrelétrica é o gerador.A maioria das usinas hidrelétricas possui vários desses geradores.
O gerador, como você deve ter adivinhado, gera a eletricidade.O processo básico de geração de eletricidade dessa maneira é girar uma série de ímãs dentro de bobinas de fio.Este processo move elétrons, o que produz corrente elétrica.
A Hoover Dam tem um total de 17 geradores, cada um dos quais pode gerar até 133 megawatts.A capacidade total da usina hidrelétrica Hoover Dam é de 2.074 megawatts.Cada gerador é feito de certas partes básicas:
Haste
Excitador
Rotor
Estator
À medida que a turbina gira, o excitador envia uma corrente elétrica para o rotor.O rotor é uma série de grandes eletroímãs que giram dentro de uma bobina de fio de cobre bem enrolada, chamada estator.O campo magnético entre a bobina e os ímãs cria uma corrente elétrica.
Na barragem Hoover, uma corrente de 16.500 amperes se move do gerador para o transformador, onde a corrente sobe para 230.000 amperes antes de ser transmitida.
As usinas hidrelétricas aproveitam um processo contínuo e natural – o processo que faz com que a chuva caia e os rios subam.Todos os dias, nosso planeta perde uma pequena quantidade de água através da atmosfera à medida que os raios ultravioleta quebram as moléculas de água.Mas, ao mesmo tempo, nova água é emitida da parte interna da Terra através da atividade vulcânica.A quantidade de água criada e a quantidade de água perdida é aproximadamente a mesma.
A qualquer momento, o volume total de água do mundo está em muitas formas diferentes.Pode ser líquido, como nos oceanos, rios e chuva;sólido, como nas geleiras;ou gasoso, como no vapor de água invisível no ar.A água muda de estado à medida que se move ao redor do planeta pelas correntes de vento.As correntes de vento são geradas pela atividade de aquecimento do sol.Os ciclos de correntes de ar são criados pelo sol brilhando mais no equador do que em outras áreas do planeta.
Os ciclos de corrente de ar conduzem o suprimento de água da Terra através de um ciclo próprio, chamado ciclo hidrológico.À medida que o sol aquece a água líquida, a água evapora em vapor no ar.O sol aquece o ar, fazendo com que o ar suba na atmosfera.O ar é mais frio na parte superior, então, à medida que o vapor de água sobe, ele esfria, condensando-se em gotículas.Quando gotículas suficientes se acumulam em uma área, as gotículas podem se tornar pesadas o suficiente para cair de volta à Terra como precipitação.
O ciclo hidrológico é importante para as usinas hidrelétricas porque dependem do fluxo de água.Se houver falta de chuva perto da usina, a água não se acumulará a montante.Sem água coletada a montante, menos água flui através da usina hidrelétrica e menos eletricidade é gerada.
Horário da postagem: 07-07-2021
