Como funciona uma usina hidrelétrica?

Em Dicas de ciências por André M. Coelho

A grande maioria da eletricidade no Brasil é gerada a partir de usinas hidrelétricas, usando de nossa vastidão de rios para obter uma energia fácil e barata de produzir. Entender esse componente essencial de nossa matriz energética vai contribuir para que você entenda melhor a geração de energia no nosso país.

O que é uma usina hidrelétrica?

Usinas hidrelétricas capturam a energia da água em queda para gerar eletricidade. Uma turbina converte a energia cinética da queda de água em energia mecânica. Então, um gerador converte a energia mecânica da turbina em energia elétrica. As hidrelétricas variam em tamanho, desde “micro-hidrelétricas” que alimentam apenas algumas casas até represas gigantes como a usina de Itaipu, que fornece eletricidade para milhões de pessoas.

Como funciona uma usina hidrelétrica: passo a passo

A maioria das usinas hidrelétricas convencionais inclui quatro componentes principais:

Barragem: eleva o nível da água do rio para criar água em queda. Também controla o fluxo de água. O reservatório que é formado é, com efeito, energia armazenada.

Turbina: a força da queda de água empurrando contra as pás da turbina faz com que a turbina gire. Uma turbina de água é muito parecida com um moinho de vento, exceto que a energia é fornecida pela queda de água em vez do vento. A turbina converte a energia cinética da queda de água em energia mecânica.

Gerador: conectado à turbina por eixos e possivelmente engrenagens, quando a turbina gira, o gerador também gira. Converte a energia mecânica da turbina em energia elétrica. Geradores em usinas hidrelétricas funcionam exatamente como os geradores de outros tipos de usinas.

Linhas de transmissão: conduzem eletricidade da usina hidrelétrica para residências e empresas.

Quanta eletricidade pode fazer uma usina hidrelétrica?

A quantidade de eletricidade que uma usina hidrelétrica produz depende de dois fatores:

Quão longe a água cai

Quanto mais a água cai, mais poder ela tem. Geralmente, a distância que a água cai depende do tamanho da barragem. Quanto mais alta a represa, mais a água cai e mais força ela tem. Os cientistas diriam que o poder da queda de água é “diretamente proporcional” à distância que cai. Em outras palavras, a água caindo duas vezes mais tem o dobro de energia.

Quantidade de água caindo

Mais água caindo pela turbina produzirá mais energia. A quantidade de água disponível depende da quantidade de água que flui pelo rio. Os rios maiores têm mais água corrente e podem produzir mais energia. O poder também é “diretamente proporcional” ao fluxo do rio. Um rio com o dobro da quantidade de água corrente que um outro rio pode produzir duas vezes mais energia.

A usina hidrelétrica usa a força da água para gerar a eletricidade e é a principal fonte de energia no Brasil. (Foto: Balkan Green Energy News)

Posso descobrir o quanto de energia uma barragem na minha área pode fazer?

Digamos que há uma pequena represa em sua área que não é usada para produzir eletricidade. Talvez a represa seja usada para fornecer água para irrigar fazendas ou talvez tenha sido construída para fazer um lago para recreação. Como explicamos acima, você precisa saber duas coisas:

Quão longe a água cai: falando com a pessoa que opera a barragem, aprendemos que a barragem tem 10 metros de altura, então a água cai 10 metros.

Quantidade de água que flui: medindo o fluxo do rio aprendemos que a quantidade média de água fluindo em nosso rio é de 500 metros cúbicos por segundo.

Agora tudo o que precisamos fazer é um pouco de matemática. Engenheiros descobriram que podemos calcular a potência de uma barragem usando a seguinte fórmula:

Potência = (Altura da Barragem) x (Fluxo do Rio) x (Rendimento hidráulico) / 75

Potência: a potência elétrica em kilowatts (um quilowatt equivale a 1.000 watts).

Altura da Barragem: a distância em que a água cai é medida em metros.

Fluxo do Rio: a quantidade de água que flui no rio, medida em metros cúbicos por segundo.

Eficiência: Como a turbina e o gerador convertem a energia da queda de água em energia elétrica. Para as hidrelétricas mais antigas e mal conservadas, isso pode ser de 60% (0,60), enquanto para as usinas mais novas e bem operadas, isso pode chegar a 90% (0,90).

Para a barragem em nosso exemplo, digamos que compramos uma turbina e um gerador com uma eficiência de 80%.

Então o poder para nossa represa será:

Potência = (10 metros) x (500 metros cúbicos por segundo) x (0,80) / 75= 53,33 kilowatts

Antes de decidir adicionar a energia hidrelétrica a uma barragem, peça a um engenheiro hidrelétrico para analisar seus cálculos e consultar as agências de recursos locais para garantir que você possa obter as autorizações necessárias, além de decidir o tipo de turbina e instalação apropriada para o local. É necessário também ver o impacto que ela pode causar na região.

Ficou alguma dúvida sobre a usina hidrelétrica? Deixe nos comentários suas perguntas e iremos ajudar!

Sobre o autor

André é formado em pedagogia, já tendo dado aulas na educação infantil e atuado como professor e coordenador de cursos de inglês. Entendendo como funciona o processo de aprendizagem, decidiu escrever para o blog Múltipla Escolha onde postagens sobre aprendizado, provas, concursos, e muito mais para ajudar seus leitores a aprenderem.

Veja também