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Usinas hidrelétricas e termelétricas
 

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    Usinas hidrelétricas e termelétricas Usinas hidrelétricas e termelétricas Presentation Transcript

    • Arquivo: Mini_curso_profSEVA_usinas_out05 Usinas hidrelétricas e termelétricas Roteiro experimental sobre as concepções e o modo de funcionamento e sobre algumas das conseqüências1 Professor Oswaldo Sevá2 1. Retrospectiva da eletrificação Com o desenvolvimento técnico havido na indústria capitalista, desde as primeiras máquinas a vapor (segunda metade do século XVIII) e os primeiros motores a combustão interna (século XIX), tornou-se factível a geração de eletricidade através do acionamento dos dínamos e depois, dos modernos geradores. A força motriz (rotação e torque de um eixo) para esse acionamento foi obtida em duas diferentes rotas : Por meio do aproveitamento das quedas d’água nos cursos dos rios, geleiras, fjords, e de alguns lagos de altitude; daí a expressão genérica hidroeletricidade. E, por meio da expansão dos gases quentes ou do vapor d’água obtidos a partir da queima controlada de combustíveis, daí a expressão termeletricidade. O processo de eletrificação de uma localidade, região, ou país, se fundamenta na construção e operação de usinas elétricas, mas significa muito mais que isso, algo mais integrado, historicamente, geograficamente, socialmente. Mesmo quando adotamos estritamente o ponto de vista técnico, o processo de eletrificação compreende também várias etapas intrinsecamente acopladas à produção (chamada de geração de eletricidade), que é feita nas usinas, também chamadas de casas de força (power plants) ou de centrais elétricas. A começar pelas etapas de construção e montagem de tais usinas. Exigem grandes encomendas de insumos e de partes, feitas a vários setores da indústria (construção civil, construção pesada, metalurgia do aço e ferro-ligas, cobre, alumínio, caldeiraria, montagem mecânica, eletromecânica e elétrica de grande peso e montagens de grande precisão). De modo similar, a transmissão de eletricidade em alta voltagem e a longas distâncias exige também investimentos pesados na construção de subestações com transformadores e vários outros implementos, e em “eletrovias” , sistemas de cabos (em geral aéreos e suportados por “torres”, estruturas e pórticos metálicos). 1 Apostila inédita, em versão experimental, sujeita a revisões e aperfeiçoamentos, elaborada especialmente para uso no Mini curso oferecido pelo autor na IX Semana de Engenharia Mecânica Unicamp, organizada pela Motriz Empresa Jr e pela SAE Campinas, dia 19 de outubro de 2005. 2 Engenheiro mecânico de produção (EPUSP, 1971) Mestre em Engenharia de Produção, área de Sistemas Econômicos, (COPPE / UFRJ, 1974) doutor em Ciências Humanas (Institut de Géographie, Université de Paris I Panthéon - Sorbonne, 1982). Desde 1991, professor do Departamento de Energia da Faculdade de Engenharia Mecânica, Unicamp e na pós graduação em Planejamento Energético.
    • 2 E, chegando próximo da extremidade dessa cadeia produtiva, fica a distribuição local de eletricidade pelas ruas, avenidas, estradas, logradouros públicos, a qual também exige investimentos em mais sub estações, e redes de fiação com postes em área urbana e em área rural. Temos que adotar um ponto de vista macro-econômico, (mesmo que o foco dessa apostila esteja concentrado no funcionamento das usinas) para buscar entender a lógica desse conjunto desde a decisão de investimento . Não a generalidade que é “investir para ter lucros”, e sim o investimento daquele tipo naquele local, incluindo a etapa do fornecimento dos materiais e serviços necessários para a concretização dos investimentos, pela sua etapa operacional e todas as suas conseqüências, indo até a utilização final da energia elétrica pelos variados tipos de consumidores ou usuários: * residenciais deste ou daquele tipo e renda, inclusive os da área rural e locais isolados * coletividades como escolas, hospitais, centros comerciais, * os serviços em geral, e * todos os tipos de indústrias, dentre as quais, especialmente aquelas que consomem muita eletricidade, grandes consumidoras em termos absolutos, as que têm processos industriais do tipo eletro-intensivo (alto índice de consumo de eletricidade, da ordem de milhares de kilowatts x hora por tonelada de produto fabricado) 2. Concepção e partes essenciais das usinas Para manter as usinas em funcionamento, deve-ser construir ou preencher um “estoque” de energia acumulada: 1. água reservada na represa, cujo montante, ao longo do tempo, é uma variável dependente das chuvas na bacia fluvial e do balanço hídrico do reservatório, o qual é apenas parcialmente gerenciado; 2. estoque de combustível, dependente dos suprimentos despachados para as usinas, pelas instalações produtoras de combustíveis, especificados ou não: materiais fósseis (carvão mineral e seus gases, petróleo e seus derivados: resíduo viscoso, óleo combustível, óleo tipo diesel; gás associado ao petróleo ou GN) materiais vegetais (óleo vegetal combustível, bagaços, cascas e fibras) materiais residuais (lixívia de celulose, vinhaça, chorume e biogás de lixo orgânico; sucatas de papel, plástico, borrachas e plásticos).
    • 3 O “miolo” de qualquer usina é o conversor de energia mecânica em eletricidade, ou seja, um gerador de corrente elétrica. Mas, a energia mecânica que impulsiona esse conversor vem de algum outro conversor: - turbina “quente”, movida pela expansão de vapor d’água (ciclo de potência Rankine) - turbina “quente”, movida pela expansão de gases (ciclo Brayton) - turbina “fria”, movida pela água sob pressão da coluna d’água represada - motor “quente”, a pistão, geralmente ciclo Diesel (pequenos geradores portáteis usam motores a gasolina, a GLP e a querosene) As Casas de Força, tipo hangar, onde são chumbados os grupos Turbo-Geradores (TG) ou Moto-Geradores, são da mesma família arquitetônica em todas as usinas. Mas, em termos de concepção construtiva, as duas aqui estudadas são completamente distintas: # nas usinas hidrelétricas: o fluido de trabalho é a vazão d’ água de um rio, uma parte dela, que deve ser “pressurizada”, conduzida [adução] e pilotada até ser engolida pela turbina fria, e depois deve ser devolvida ao leito do rio pela sucção e chegando no canal de fuga ; as turbinas “frias” podem ser - tipo hélice, a água injetada axialmente, virando as pás de um eixo vertical [Kaplan], - tipo roda d’água, a água injetada tangencialmente, empurrando as conchas das pás de um volante com eixo horizontal [roda Pelton]; - tipo redemoinho, a água sendo sugada por um caracol e depois expandida por entre aletas e septos do rotor, um tronco de cone de eixo vertical ou horizontal [Francis] Além de turbinar água, a represa também verte água pelas comportas vertedoras e pelos “tobogãs”, saltos artificiais, caindo na bacia de dissipação, trajeto no qual é gasta uma grande proporção da energia do rio, principalmente nos meses de represa cheia. roda dágua com gerador elétrico corte transversal de usina hidrelétrica desenho O Sevá
    • 4 grupo TG turbo gerador, o “miolo” da usina hidrelétrica desenho extraído de folder CPFL # nas usinas termelétricas: o fluido de trabalho é o vapor d’ água (que é captada e tratada numa E.T.A.), produzido pelo combustível das caldeiras (ciclo Rankine) e depois “pilotado” na turbina a vapor – ou – é o fluxo de gases quentes produzido pela queima no motor a pistão e na turbina (ciclo Brayton). Compõem a arquitetura das termelétricas: - tancagem [tanques de combustível líquido] [pátio: as pilhas de combustível sólido] [válvula de entrada: alinhamento com a rede de transporte de GN]; - chaminés para a descarga dos produtos de combustão, onde é dissipada uma boa parte da energia térmica da combustão; - “torres” de resfriamento de fluidos quentes e de condensação de vapor – alimentadas por um circuito de água bruta, de ar atmosférico e de outros fluidos refrigerantes, - onde é dissipada a outra parte de energia térmica. Em ambos os casos, outras instalações-chave são: os sistemas de proteção elétrica, os sistemas locais e centrais de controle, (pilotagem), e a subestação elevatória de tensão, que recebe eletricidade do gerador pelo barramento, p.ex., a 13,8 kV, e transforma para 230 kV, que é uma tensão comum de despacho no sistema de transmissão.
    • 5 Configuração básica do ciclo Rankine; o gerador elétrico acionado por uma turbina a vapor Desenho O Sevá
    • 6 4. Capacidade, Potência, Consumo, Demanda, definições do jargão usado na indústria elétrica Em termos resumidos: a eletricidade não tem como ser produzida em grande quantidade se não estiver ao mesmo tempo sendo consumida. O consumidor aciona seu conversor, a rede pode ou não responder, e isso é função da situação da oferta naquele instante. A oferta de eletricidade depende de ter água para turbinar, e, nas térmicas, de ter combustível para queimar, e em muitas delas depende de ter água para produzir vapor ou para resfriar fluidos quentes. E assim por diante...Para descrever e monitorar todo o processo há muitas expressões e categorias que são correspondentes a muitas variáveis distintas. Para facilitar, compilamos as definições a seguir (em negrito), extraídas do glossário técnico de uma coletânea recente sobre hidrelétricas 3 O fluxo de eletricidade ofertado é totalmente distinto de qualquer outro produto ou serviço, pois, a linha estando energizada, pode ser despachado um tanto que corresponde à eletricidade que foi solicitada ou demandada por cada consumidor e por cada aparelho, - desde que o valor físico esteja dentro da capacidade das linhas, em potência, ou – em amperagem, se for dada uma certa tensão. Capacidade de Transporte – Carga máxima admissível em permanência de um circuito elétrico ou uma linha de transmissão tendo em conta o aquecimento, a estabilidade e a queda de tensão. Kilovolts (kV) – igual a mil volts. Volt é unidade de tensão elétrica, de diferença de potencial entre dois pólos elétricos. Para os consumidores, as tensões mais comuns são de 110, 220 e 380 volts. As linhas urbanas rurais de distribuição de eletricidade têm tensão de 11 kV e de 13, 8 kV, e as Linhas de Transmissão à longa distância têm tensões especificadas em 69, 138, 230, 345, 440 e 500 kV As maiores LTs – Linhas de Transmissão operando no país podem transportar 1.000 a 1.500 MW por distâncias de 1.500 a 2.000 km; cada linha que pode ter um ou mais circuitos. A maior parte das LTs transporta na faixa de dezenas ou centenas de MW. Quando a usina é projetada, define-se uma potencia total, em geral formada por um número x de grupos geradores. Quando a obra civil está praticamente pronta, começa a montagem eletro-mecânica desses “motores” e da subestação. Diz-se que a usina vai sendo motorizada, até que sua potencia prevista esteja instalada – totalmente motorizada. Capacidade Elétrica Instalada (medida em unidades de potência , Kilowatts, Megawatts) – é a soma, prevista pelos projetistas e fabricantes de máquinas, das potências dos grupos turbo-geradores de uma usina hidrelétrica ou termelétrica. É equivalente à potência máxima que a usina pode produzir. Para a análise eficaz dessas usinas e de seus sistemas elétricos, as unidades de medida física e comercial devem estar rigorosamente adequadas às variáveis adotadas. A potência (instalada ou característica do conversor) é medida em kilowatt ou em megawatt , por conversor, ou por lâmpada, ou por residência... 3 SEVA Filho, A . O . “Tenotã Mõ . Alertas sobre as conseqüências dos projetos hidrelétricos no rio Xingu”, IRN, São Paulo, 2000. Ver endereços nas fontes de informação, ao final dessa apostila.
    • 7 Kilowatts (kW) – igual a mil watts; Watt (W) – Unidade física de Potência mecânica ou elétrica , equivalente ao trabalho de um Joule (equivale a uma força de um kg vezes a distância de um metro) feito durante o tempo de um segundo. um HP que mede a potência dos motores de veículos, equivale a 0, 746 kW; Megawatts (MW) – igual à um milhão de watts; Gigawatts (GW) – igual a 1 bilhão de watts. Um pequeno gerador está na faixa de alguns kW, os maiores geradores em uso têm de 400 a 700 mil kW cada. As maiores usinas (Itaipu; Três Gargantas do rio Yang Tsé, na China; Grand Coulee no rio Columbia, nos EUA; Guri, no rio Caroni, na Venezuela) têm potência instalada na faixa de 9 mil a 14 mil MW. A potência instalada no conjunto das usinas elétricas no Brasil deve estar na faixa de 70 mil MW, dos quais mais de 60 mil nas hidrelétricas . Nos EUA e alguns outros países isto vai a centenas de mil MW. Potência - Quantidade de energia elétrica solicitada por unidade de tempo. No sistema internacional é expressa em watts (W), kilowatts (kW) e Megawatts (MW). É comum se utilizar a expressão como sinônimo da potência elétrica ativa (medida em kVA) , que é uma categoria criada para se poder estimar a potência que realmente foi convertida em trabalho. Outra parte da potência fornecida pela usina assume a forma de potência reativa (kVAr), que é própria do campo eletromagnético mantido ao longo dos cabos, mas inclui também a eletricidade gasta na criação de campos que “compensem” a potencia reativa, e que mantenham a tensão dentro da especificação. Potência Nominal - Potência máxima que pode ser fornecida ou consumida em regime contínuo. Em geral é a potência para a qual a instalação foi projetada. Normalmente vem indicada nas especificações fornecidas pelo fabricante e na placa metálica ou tag afixada nas máquinas. Geração ou produção de eletricidade deve ser medida em kilowatt x hora por intervalo de tempo, dia ou semana, nos pequenos conversores; na maioria dos casos é medida em megawatt x hora por mês. Na condição teórica ideal, em que toda a potência instalada estivesse operacional durante um ano inteiro, pode-se chegar ao número da produção anual de eletricidade simplesmente multiplicando potência x 8760 horas anuais. Por exemplo, considerando-se uma potência total de 70 mil MW, no caso brasileiro, teríamos uma geração anual de 613 mil MWhora. Na prática, a geração anual está na faixa de 350 a 400 mil MWhora. O consumo de eletricidade... idem... é medido em kilowatt x hora ou megawatt x hora por mês (as contas de luz são mensais, certo?), e na economia regional ou nacional, pode ser referido em gigawatts (ou mil megawatts) x hora por ano. A partir destes conceitos iniciais, vem uma lista de expressões típicas do jargão profissional desta área, engenharia elétrica, negócios elétricos. Uma das distinções sempre necessárias para usar esse jargão é entre a Demanda (significando a potência elétrica requerida pela atividade X ou pelo usuário Y) e o Consumo (significando a quantidade acumulada de energia consumida pela X ou Y num período de tempo T). E assim: Carga Elétrica de Base (em uma rede) – é uma quantidade de energia que é sempre consumida/demandada pelos usuários conectados a uma rede elétrica. Essa carga é medida/avaliada durante um período determinado, por exemplo: Mwh por mês ou por ano. E, num patamar acima, fica a Carga de Ponta - é a máxima quantidade de energia demandada/consumida pelos usuários de uma rede elétrica em determinado período (por exemplo: dia, mês, ano, hora, minuto).
    • 8 Demanda –Indica a quantidade de potência requerida à rede ou ao sistema elétrico, por uma determinada carga durante um intervalo de tempo especificado. Pode se referir à média da potência elétrica ativa , ou à média da potência elétrica reativa, ou ainda, de uma potência aparente (medida em MVA) considerando-se uma composição trigonométrica das potências ativa e reativa. Consumo de Energia – Utilização de energia com o objetivo da sua conversão em energia secundária ou da produção de energia útil. Devem ser indicados os níveis de referência respectivos (energia primária, energia secundária, energia final, energia útil)- e - o tempo como denominador (por dia, hora, minuto). Como os “relógios”, ou medidores de consumo são sempre colocados na interface entre a empresa distribuidora e o usuário, trata-se de Consumo de energia final (do ponto de vista de quem vende a energia). Mas o usuário também tem pontos de perda e dissipação, e aí haverá sempre um número menor do que este, que corresponderia ao consumo final da energia útil. E, acima desses patamares, fica sempre o Consumo em Horas de Ponta, que é máximo consumido durante um curto período determinado de tempo, usualmente das 17 às 20 horas nos dias úteis. Consumo Próprio (de um usuário final)- Consumo de energia elétrica que foi gerada pelo próprio utilizador em sua fábrica, usina, destilaria, que têm na instalação industrial uma casa de força, uma pequena ou média termelétrica, ou que são proprietários e operadores de uma ou mais hidrelétricas exclusivas; em ambos os casos, atuam na modalidade institucional chamada de autoprodução de eletricidade. Consumo Próprio do Setor Energético – Nos balanços energéticos são as quantidades de Energia de todas as naturezas utilizadas pelos produtores (geradores) e pelos transformadores de energia (as coquerias das siderúrgicas e as refinarias de petróleo) para o funcionamento das suas instalações: sistemas de controle e informática, de telecomunicações e telecomando, condicionamento de ambientes, iluminação, bombeamento dos fluidos lubrificantes e refrigerantes e, nas hidrelétricas, bombeamento de água percolada, acionamento de motores elétricos de comportas, pontes rolantes, guinchos, além de combustível usado nos geradores emergenciais. Consumo Próprio de uma Rede - Consumo de energia elétrica nas instalações elétricas auxiliares ou anexas, necessárias ao bom funcionamento da própria rede, ou seja: energia dissipada e gasta para transmitir, modular e distribuir energia: aquecimento dos cabos energizados, aquecimento e gasto na refrigeração dos transformadores, resistores e capacitores; sistemas de controle e acionamento elétrico e eletro-magnético. Do ponto de vista do vendedor da energia transmitida, e do balanço geral de energia, o montante de consumo próprio também é chamado de perdas técnicas. Consumo Real –. Representa a energia primária requerida para cobrir o consumo final. (por exemplo, a energia contida em x toneladas de combustível antes de ser queimado numa termelétrica) Nos balanços energéticos, indica o Consumo final acrescido das perdas de conversão, de transporte e de distribuição 5. Funcionamento real de uma usina Se tomarmos uma usina, hidrelétrica ou termelétrica, no Brasil de hoje, e se a pergunta for: como funciona? , a primeira parte no encaminhamento da resposta é bem lógica: Funciona? Pode funcionar? Tem água pra poder turbinar? tem combustível pra poder queimar? Como se trata de eletricidade, há outra questão tão importante quanto essas: Está sendo demandada mais eletricidade? Está se consumindo mais?
    • 9 E, caso haja máquinas em condições de responder essa variação de demanda ou de consumo - tem como transmitir essa eletricidade pra esse ponto da rede ? Respondendo em termos mais técnicos, diremos que: para funcionar, depende da condição operacional e de risco da usina. Sempre haverá uma ou outra máquina ou setor operacional “fora de operação”, seja por motivo de acidente, de pane, quebra, ou porque estava na época programada de manutenção (após x mil horas de trabalho, após y meses da ultima parada de manutenção, ou da ultima substituição de tal ou tal peça). E, mesmo na parte operacional, pode haver algum risco relevante se acaso uma máquina a mais for posta a operar. Por exemplo, numa usina térmica, pode-se decidir ligar mais uma ou duas turbinas sem que o estoque (p.ex. de óleo diesel leve, para turbinas), seja proporcionalmente aumentado; se o suprimento não chega, acabará o combustível mais cedo para todas as máquinas. Numa usina hídrica, se decidirem que ela irá despachar mais carga, isto exige virar mais um ou dois TGs que estejam operacionais; o quê pode repercutir na usina toda, p.exemplo, se um aquecimento nos cabos da transmissão provocar um desligamento e em seguida, o inter - travamento daquele ou de outros TGs. No jargão dos eletricistas e engenheiros, a Energia Firme seria a máxima capacidade de produção ou de geração de energia elétrica em uma usina hidrelétrica ou termelétrica, que pode atender continuamente uma determinada demanda. Mas isto supõe que as máquinas estejam operacionais e que haja água para turbinar e que se decida turbiná-la. O funcionamento das hidrelétricas é único, não comparável a nenhuma outra indústria ou serviço, pois tudo depende também do estoque de água e da situação da represa. A represa não é uma instalação produtiva em si, é um ecossistema; também não é um ecossistema natural, pois foi construído e , em parte, tem o seu “funcionamento” gerenciado pela empresa que opera a usina. Portanto, funcionamento de hidrelétrica inclui o funcionamento da represa; mas por sua vez, a represa – que apenas em parte, pode ser gerenciada - depende do funcionamento do rio e sua bacia fluvial. Mais alguns termos do jargão técnico: Capacidade Útil do Reservatório - Volume de água disponível numa represa entre o nível médio de pleno armazenamento e o nível mínimo de operação (que fica na mesma cota que a tomada d’água das máquinas). Armazenamento Inativo (Volume Morto) – Volume d’água retido na represa abaixo da cota da tomada d’água da usina, que é o nível mínimo de exploração. Bacia Hidrográfica (Bacia Fluvial) - Superfície do terreno, medida em projeção horizontal, da qual provém efetivamente a água que alimenta um curso de água até ao ponto considerado; a rede fluvial é formada por um rio principal e seus afluentes ou tributários; mas o ciclo da água inclui ainda os corpos d’água subterrâneos (lençóis freáticos, que minam nas nascentes e que carregam os rios “por baixo” e aqüíferos profundos). Por isto, a bacia hidrográfica é mais ampla e tem mais água do que a bacia fluvial (superficial). Vazão – variável que representa a dimensão do fluxo de material por tempo, medida em m3/s, metros cúbicos (mil litros) por segundo ou então, em litros/s, litros por segundo. Vazão d’água de um rio é uma medida da correnteza, da quantidade de água passando durante um tempo x em uma secção transversal da calha do rio, em um ponto determinado do rio. Vazão Turbinada em usina – parte da vazão de um rio, acumulada numa represa e que foi engolida por uma turbina hidráulica, fazendo girar o seu eixo; se estiver acoplada num gerador, será gerada eletricidade.
    • 10 A parte da vazão afluente que não é turbinada - ou ela se acumula no reservatório - ou é vertida no Vertedouro (ou também vertedor) - uma parte do corpo da barragem, em geral numa das laterais do paredão, construída com comportas e estruturas especiais para poder escoar parte da vazão d’água. O mais comum é o vertedouro de crista, e quando aberto, a água vertida desce pelos “tobogãs” até a bacia de dissipação rio abaixo. Há barragens com vertedouros de fundo, que quando abertos escoam também o lodo acumulado e podem ser usados para esvaziar totalmente a represa. Afluência – Volume variável de água que passa numa dada secção transversal de um rio, canal, tubulação, durante um período de tempo determinado; pode-se usar para significar a vazão que chega numa represa, uma vazão afluente. A palavra isolada Afluente é sempre usada em relação ao rio principal; afluente é um rio menor, ribeirão, igarapé que é tributário do maior, que desemboca no maior, cuja vazão d’água alimenta a vazão do rio principal. Ano Úmido - Ano baseado em critérios estatísticos, em que o curso de água tem afluências superiores à média. Em contraposição, a cada período de x anos, pode-se ter um Ano Seco – escolhido com base em critérios estatísticos, em que o curso de água tem afluências inferiores à média. Cota – nome técnico genérico da altura ou altitude de um terreno ou de uma construção, usualmente medida em m, metros acima do nível do mar, e em geral vem indicada numa planta técnica, numa cartografia, num mapa. No caso de um rio ou de uma represa, as várias cotas são as alturas em que chega a água nas várias situações: cota mínima, média, máxima. Nível de Água a Montante – Nível (m) do plano de água na represa , ou rio acima, indicando o ponto onde se mede. Nível Máximo de Exploração (ou Cota máxima) - É o nível mais alto permitido normalmente numa represa (sem ter em conta as sobre-elevações devidas a cheias). Corresponde ao nível de pleno armazenamento da represa, máximo admissível em caso de cheias. Nível de Água a Jusante- Nível (m) do plano de água rio abaixo, no canal de fuga da água turbinada, após a barragem, indicando o ponto onde se mede. O “gerenciamento” dessa combinação de usina com represa - uma acoplada nas variações de demanda da rede, e outra acoplada nas variações de chuvas e de situação fluvial rio acima - é evidentemente complicado. Além disso, alguns parâmetros que vão se modificando de forma cumulativa. O volume útil e o volume morto de cada represa são praticamente dados de projeto, mas existe sempre o problema do assoreamento e do acúmulo de lodo e areia no fundo. Isso faz diminuir o volume útil, certamente, e pode fazer aumentar o volume morto a ponto de começar a entrar na sucção das turbinas uma mistura bifásica com mais sedimentos, mais lodo, mais areia - o quê obrigará a parar para resolver o problema, e exigirá manutenção mais freqüente. Se a qualidade química da água se altera, por exemplo, aumentando a acidez, isso provoca disseminação e aceleração da corrosão nas partes metálicas, obrigando também a parar e a gastar mais com manutenção. Nas usinas térmicas, a situação é menos complexa, pois se trata de gerenciar um estoque de combustível (estoque para x horas ou para y dias de consumo) ou então, quando se usa gás canalizado, trata-se de se adequar ao funcionamento de uma rede de transporte existente e controlada pela distribuidora do gás. De todo modo, para manter a usina funcionando, há uma exigência simultânea de logística e de cumprimento de contratos; quando o combustível é sólido ou líquido e se armazena, isso influi diretamente no custo do capital de giro da usina; e quando é gasoso, há que se prever a forma de pagamento ou não das vazões não utilizadas nos períodos em que a usina gera menos, ou quando pára uma máquina, ou quando a rede “cai” e a usina desliga.
    • 11 Nos dois casos, portanto, as usinas funcionam conforme o histórico operacional precedente e conforme as prescrições comerciais. Partir e parar máquinas envolve variações de parâmetros importantes, p.ex. quando um grupo TG “sai” de operação, por exemplo, por causa de atuação de um inter-travamento, a rede elétrica pode “balançar”, pois tudo depende de alguma outra fonte estar suprindo aquela carga naquela rede. Sempre que um gerador entra em operação e começa a despachar, ele deve começar a rodar antes de se ligar à rede, pois tem que “sincronizar” a corrente alternada com a que já circula na rede. O gerador só vira se acoplado à turbina, a qual por sua vez, deve estar rodando desde antes, desacoplada - o quê por sua vez, se for numa usina hidrelétrica, exige que as comportas d água já estivessem sendo abertas para a sucção. Mas usinas térmicas, partir os TGs exige que os injetores de combustível já estejam alinhados, e que as caldeiras e turbinas quentes já estejam pré-aquecidas, o chamado “stand by” térmico. As emissões de produtos de combustão pelas chaminés são muito maiores nas partidas do que no funcionamento em regime constante. O uso de grande volume d’ água para vapor e para resfriamento também deve ser equacionado com esta operação variável da usina: as atividades de captação de água em rio ou lago, descarga de água quente em rio ou lago, troca de calor nas TRs e nos condensadores, ficam mais ou menos limitadas pelas condições climáticas e hidrológicas (variáveis) e pela obrigação de respeitar os limites de temperatura e de concentração de poluentes na descarga de efluentes e água servida. Enfim , usinas funcionam conforme a condição jurídica comercial do seu operador: se é uma geradora, ou uma concessionária de serviço, ou um produtor independente de eletricidade, ou um auto produtor. No âmbito macroeconômico, tudo depende da situação da demanda e do consumo de energia por região, por malha da rede, e em cada centro de carga. A definição da transmissão de onde pra onde e do despacho de carga x ou y em cada minuto de cada dia é feita por meio de sofisticados “softwares” de simulação e projeção contínua das curvas de demanda e de consumo, operados por técnicos e engenheiros especializadíssimos, convivendo 24 hs por dia num “board” de representantes de empresas geradoras e transmissoras - Operador Nacional do Sistema elétrico, ONS. As somatórias dos montantes de eletricidade gerados, transmitidos e revendidos a terceiros deve corresponder à execução de contratos de venda de eletricidade, em grandes “blocos” de dezenas ou centenas de MW cada, e com vários anos de duração (Power Purchase Agreement) e às cláusulas dos contratos de concessões daquele bem público (outorga de exploração hidrelétrica) e das autorizações de funcionamento de usinas térmicas; a instância de celebração e regulamentação destas outorgas e contratos é a ANEEL, Agencia Nacional de Energia Elétrica. 6. Necessidade de uma avaliação crítica das instalações existentes A avaliação das usinas existentes deve ser feita constantemente, em muitos casos, diariamente (p.ex. emissões pelas chaminés das termelétricas; níveis e vazões das represas). As melhores avaliações - as mais úteis para as empresas, para as autoridades, para os vizinhos das instalações - são aquelas em que os avaliadores adotam todo o rigor no
    • 12 emprego das palavras, do jargão técnico, e no manuseio dos números que representam grandezas físicas, e também comerciais. Ao avaliar estamos tratando de problemas e de atividades que podem significar custos econômicos e também ambientais e até em termos de saúde e de vidas humanas. Não esquecer que combustíveis incendeiam e explodem; que usinas nucleares são também usinas termelétricas, e que podem desarranjar a ponto de emitir radiações ou até derreter seu núcleo, como na usina de Tchernobyl, na Ucrânia nos anos 1980. As leis da conservação de massa e da energia continuam em vigor, e basta que os estudiosos tracem em cada perímetro analisado, as portas de entrada e saída corretas, completas, ... para que todos os processos industriais e de produção de eletricidade produzam necessariamente resíduos, fluxos regulares de resíduos, e energias dissipadas, perdidas. No balanço hídrico correto das represas, há muitos outros fluxos além da água turbinada, (atividade fim) e da água vertida (contingência do rio e do projeto), pois a água na represa pode infiltrar em falhas rochosas, e brotar mais adiante, em locais onde não havia minas d’água antes da represa existir...a água pode percolar constantemente pela porosidade dos paredões, dos diques, e até do concreto da casa de força, e certamente evapora na superfície da represa, e que evapora nebulizando nos “tobogãs” do vertedor e do dissipador, e no turbilhão do canal de fuga. A mera aplicação do balanço energético seguindo a 1al lei da Termodinâmica recomendaria não usar muito a expressão “gerar energia”, pois energia não se cria, apenas se transforma. Gerar corrente elétrica não é tão incorreto, pois é algo que na natureza existe de formas apenas não controladas, não utilizadas (a corrente que salta num raio, a estática que acompanha as nuvens), portanto precisa mesmo é ser fabricada, gerada. Gerar eletricidade é menos incorreto, mas mesmo assim, não tem rigor, pois essas máquinas convertem energia mecânica em elétrica, deveriam ser batizadas convertedores, e não geradores. Na aplicação da 2ª.lei da Termodinâmica, fica evidente que (apesar de existirem turbinas com fluido quente e com fluido frio), todas as máquinas aquecem, e precisam ser refrigeradas; e que eletricidade aquece, diretamente por meio de resistência, efeito Joule, e indiretamente por meio de campos eletromagnéticos e elétricos. Os valores numéricos atingidos pela eficiência dependem estritamente do perímetro adotado para o sistema avaliado, ou para o Volume de controle do fluido de trabalho avaliado. O perímetro em torno da Turbina pode dar mais de 95% de eficiência; ao acoplar o Gerador pode cair para a faixa de 80 %, na Casa de Força e na usina inteira, considerando-se o auto consumo de eletricidade e todas as perdas até o despacho da carga na saída da Subestação, pode-se ficar em 70% e , no sistema barragem e represa com vertedouro, considerando que metade da vazão anual é vertida, na mesma altura que a outra parte da vazão que foi turbinada, portanto, com a mesma potência, aí finalmente a eficiência atingiria 35% ou menos! O conhecimento efetivo e legítimo dessas usinas exige um acompanhamento sistemático, por vários anos, do parque técnico existente, dos projetos, das usinas desativadas, das tecnologias antigas e das atuais, de suas vizinhanças, dos rios “aproveitados”, dos trabalhadores destas usinas e redes elétricas, dos seus usuários. –x-x-
    • 13 conseqüências do funcionamento de termelétrica (emissões atmosféricas) e de hidrelétricas (alterações na represa) desenhos O Sevá
    • 14 Séries de imagens de hidrelétricas 1. pasta Us_Hidrel_diagram_tecnologia Casos das pequenas usinas que foram desativadas 2. pasta usina bar Paraty 3. pdf_anppas02_SEVA_KOP_anexo_fot_croquis Fotos de canteiros de obras de construção e da fase de montagem eletromecânica: 4. pdf _5a_b_obrasItap_Laj_sMesa_12out Casos de hidrelétricas antigas em funcionamento e desativadas 5. pasta fot_514_seva_Potiribu_Ijui_abril03 6. pasta fot_515_CascaI_II_III_MTjan03 Casos de hidrelétricas com graves problemas ambientais 7. pdf_5c_portemed_funcion_Samuel_Canabrava 8. pdf_5b2_usiSP_sistBillings_Tiete Caso de hidrelétrica com conflitos e altos custos sociais 9. pasta itá_visita89_livroGerasul Caso das hidrelétricas de grande porte na Amazônia 10. ppt_UFRJ_Stanf_Seva_03_hydroele 11. pasta eneramb_s5_publicid_empr_eletr Séries de imagens de termelétricas 1. pasta Us_Termel_diagram_tecnologia 2. pasta eneramb_s1_carvmin_uteutes_tub_jac_charq 3. pdf_slides_serie$a_usiterm_manaus 4. pasta eneramb_s4_utes_proj_audienciasparec_SevaFerreira_prefAmeric_mai01 5. pdf_slides_serie4b_audien_licutesp audiências publicas Fontes de informação para consulta eletrônica *Apostila “Revisão didática: eletricidade, combustíveis e usinas elétricas” e outros materiais conexos http://www.fem.unicamp.br/~seva/cap1livro.pdf * noticiário empresarial do setor e links com as instancias de governo e da indústria elétrica: MME , ANA , ONS , ANEEL em http://www.canalenergia.com.br * links com empresas geradoras, produtores independentes, transmissoras, distribuidoras http://www.canalenergia.com.br/zpublisher/secoes/EMPRESAS.asp * uma entidade não governamental formada por engenheiros das estatais Furnas e Eletrobrás e por pesquisadores acadêmicos : Instituto ILUMINA, com sede no RJ www.ilumina.org.br * links com entidades profissionais e sindicais, grupos de defesa do consumidor, estudos especiais no setor petróleo e na eletricidade, fontes internacionais de consulta sobre energia em geral e sobre eletricidade http://www.ilumina.org.br/zpublisher/paginas/Hotlinks.asp * uma entidade não governamental que congrega movimentos de populações atingidas por obras de barragens em vários estados brasileiros - MAB http://www.mabnacional.org.br * entidades e federações de entidades que lutam pelos rios e pelso moradores ribeirinhos no Brasil e em vários países - RIOS VIVOS http://www.riosvivos.org.br International Rivers Network, sede em Berkeley, CA http://www.irn.org * Arquivo da integra do texto e fotos do Livro “Tenotã Mõ alertas sobre as conseqüências dos projetos hidrelétricos no rio Xingu”, organizado pelo prof Oswaldo Sevá, editado pela IRN São Paulo, 2005: http://www.irn.org/programs/latamerica/index.php?id=TenotaMo.html * Informes sobre os problemas e conflitos havidos na construção da maior hidrelétrica mundial, Three Gorges, no rio Yang Tzé, China http://www.threegorgesprobe.org/tgp/before_flooding/index.htm * Instância multilateral diplomática, empresarial e de entidades, criada pela ONU para cuidar de novas estratégias para as barragens no mundo : World Comission on Dams, que publicou seu relatório global em 2000, disponível em http://www.dams.org --------------------