Rede Agronomia

Rede dos Engenheiros Agrônomos do Brasil

Turbinas hidrocinéticas são máquinas hidráulicas destinadas à geração de eletricidade, que funcionam com o princípio dos aerogeradores.

O meu interesse profissional pelo uso da água em máquinas hidráulicas começou logo no meu segundo ano de formado, em 1968, quando fiz o Mestrado em Saúde Pública (Saneamento Básico) na Fiocruz - RJ. Foi reforçado em 1975 quando ingressei no Hidroesb (Laboratório Hidrotécnico Saturnino de Brito S.A.), meu segundo emprego, sob a chefia do Eng. Civil César Lourenço, que coordenava o Programa Nacional de Pequenas Centrais Hidrelétricas - PCHs junto à Eletrobrás. E continuou em 1985, Professor da UFRRJ desde 1978, quando elaborei com dois colegas o trabalho "Rodas D'Água, Uma Opção Energética".

Mas, voltando à vaca fria, o termo "Turbinas Hidrocinéticas" era desconhecido para mim até a semana passada, quando pesquisei no Google trabalhos relacionados à geração de energia em comunidades isoladas como as da Amazônia (motivado pelo vídeo Floresta Iluminada, do Facebook, que motivou o blog de mesmo nome).

A Figura abaixo mostra os componentes mecânicos e elétricos de uma turbina hidrocinética - THC típica.

A sua instalação logo abaixo da superfície dos rios obedece à seguinte configuração básica.

A Figura abaixo apresenta o dimensionamento hidráulico de uma turbina hidrocinética com 10 m de diâmetro, instalada num rio com velocidade média de 0,75 m/s e que gera cerca de 14 kW.

Bom proveito.

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Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 25 abril 2019 às 8:17

THC CANADENSE

Vídeo:

https://www.facebook.com/cosmosenergias/videos/2277753929146657/

Fonte: Facebook, 25/04/2019

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 22 abril 2019 às 17:48

RODA D´ÁGUA

VÍDEO:

https://www.facebook.com/engenhariaperfeita/videos/276693846613459/

Fonte: Facebook, 22/04/2019

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 16 abril 2019 às 15:43

CÁLCULO DO CONSUMO

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 14 abril 2019 às 16:30

OUTROS MODELOS DE TURBINAS

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 12 abril 2019 às 8:23

TURBINA HIDROCINÉTICA MODELO CATA ÁGUA

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 11 abril 2019 às 8:51

O QUE DÁ PRA FAZER COM UM QUILUOTE

A disponibilidade de energia elétrica no meio rural é um importante vetor de desenvolvimento. A partir desse recurso, é possível favorecer a irrigação, automatizar processos, beneficiar produtos e permitir, em alguns casos, atividades produtivas no período noturno. Ocorre que, no Brasil, justamente esse setor apresenta restrições no tocante ao fornecimento de eletricidade. (1)

A Figura abaixo apresenta o consumo dos seis aparelhos domésticos mais utilizados e o seu consumo de energia, em uotes (W). Quando vemos que um simples chuveiro elétrico consome 3.000 W = 3 kW (quiluotes), nos perguntamos o que fazer, nas comunidades isoladas com o mísero 1 kW de uma Turbina Hidrocinética (THC) convencional ? Por essas contas, seria preciso instalar 3 THCs para alimentar um único chuveiro elétrico.

Pra início de conversa, na Amazônia, com aquele calorão todo, não precisamos de chuveiro elétrico. Por outro lado, todos os demais aparelhos citados, com exceção do ferro elétrico, consomem menos de 10% do campeão de gasto que é o chuveiro elétrico.

Características energéticas

Em 1987 foi instalada em Vila Campinas - AM, uma comunidade isolada com cerca de 1010 habitantes, uma usina termelétrica com capacidade nominal de 96 kW para fornecer energia elétrica no período de 18:00 às 24:00 horas, operada pela concessionária estadual. A Tabela abaixo mostra dados levantados dos principais equipamentos encontrados, no Amazonas (2) e próximo à Palmas - TO.

A Figura abaixo mostra o consumo de energia elétrica de uma outra comunidade isolada da Amazônia, pinçada de um trabalho publicado na Internet.

Nesses cálculos, nas duas simulações, a demanda total de energia não chegou a 400 kW. Ainda é muito para uma simples THC de 1 kW. Por isso essas turbinas só conseguem atender umas poucas casas, ou apenas um único Posto Médico ribeirinho.

A Figura abaixo da Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL, padroniza o consumo de referência (consumo mínimo de comunidades isoladas) em 435 W ou 0,43 kW e, se eu tiver interpretado a tabela corretamente, uma única THC de 1 kW, neste caso, daria para alimentar 4 unidades consumidoras (que eu interpreto como sendo uma casa comum).

Algumas concessionárias não investem em sistemas isolados por já terem constatado que os sistemas que garantem menos de 80 kWh por mês não atendem aos critérios de atendimento da totalidade das necessidades energéticas das famílias, mas atualmente esses são os critérios, igualmente padronizados, impostos pela Resolução da ANEEL de 2004.

Para concluir esta reflexão, a Figura abaixo lista as potências nominais típicas de alguns eletrodomésticos e o seu respectivo consumo de energia elétrica (em W), para uma possível consulta.

REFERÊNCIAS:

 (1) PREVISÃO DE CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA COMUNIDADES ISOLADAS BASEADA EM REDES NEURAIS, TCC de Roberta Nunes, Macaé - RJ, 2012

http://bd.centro.iff.edu.br/bitstream/123456789/40/1/a_DISSERT_JAN_...

(2) FORNECIMENTO DE SERVIÇO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA COMUNIDADES ISOLADAS DA AMAZÔNIA: UM ESTUDO DE CASO, Elizabeth Cartaxo e auxiliares.

http://www.fem.unicamp.br/~jannuzzi/documents/ArtigoTESE-elizabeth.pdf

Bom proveito.

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 8 abril 2019 às 17:53

FONTES DE ENERGIA PARA COMUNIDADES ISOLADAS

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 6 abril 2019 às 8:53

TURBINA HIDROCINÉTICA

As Turbinas Hidrocinéticas Fluviais são máquinas de fluxo motrizes, projetadas para obtenção da energia cinética contida na massa de água em movimento e sua conversão em energia elétrica. Essas turbinas aproveitam a velocidade do fluxo da água nos rios para movimentar as pás do rotor da turbina, que são convertidas em trabalho de eixo para produzir eletricidade. A quantidade de energia gerada depende da velocidade do fluxo da água, do diâmetro do rotor e do rendimento do sistema. (1)

Geralmente, esse tipo de geração é aplicada em localidades isoladas das redes principais de distribuição de energia elétrica, beneficiando comunidades carentes (especialmente na região amazônica), melhorando assim a qualidade de vida dos moradores e ajudando em seu desenvolvimento.

A Figura abaixo mostra uma turbina hidrocinética da geração G2 para a produção de 1 kW de energia, em operação no projeto Poraquê (nome comum de peixe elétrico na Amazônia), Rio Maracá, Mazagão, Amapá, em 2007. (2)

De acordo com Junior et al. (2007), a pesquisa sobre THCs na Universidade de Brasília (UnB) iniciou na década de 80 e em 1995 foi instalada em Correntina-BA a primeira unidade operacional, denominada Geração 1, nos testes realizados em escoamento com velocidade de 2 m/s, foram obtidos a potência de 1,5 kW. A evolução das THCs chegou na Geração 3, a qual apresenta um desempenho melhor que a anterior. Nesse modelo o gerador é integrado ao núcleo da turbina, formando um conjunto com o rotor, como pode ser observado na Figura abaixo. O gerador é uma máquina assíncrona DC, de 750 W, acoplado a um sistema de multiplicação com engrenagens planetárias (Junior et al., 2007).

Em testes realizados em campo, os melhores resultados para esta turbina foram obtidos com uma velocidade de escoamento de 2 m/s e seis pás, oitenta centímetros de diâmetro e coeficiente de solidez de 30%. Nestas condições a máquina gera 1,5 kW, atendendo plenamente a necessidade de energia do pequeno posto de saúde. Tal máquina funciona eficientemente até o presente momento. (2)

Dentre as vantagens das THCs, está o fato de possuírem custo e tempo de instalação menor que as hidrelétricas, provocando menor impacto ambiental, maior previsibilidade e fator de potência que as eólicas. Quanto às desvantagens, as THCs são mais suscetíveis a corrosão, danos por tempestade e crescimento de algas (Cunha, 2015).

Uma das vantagens desse sistema de geração de energia elétrica com relação as hidrelétricas tradicionais é o fato de não necessitar do uso de barragem ou desvio, consequentemente provocando menor impacto ambiental. Por ser a velocidade da água mais constante e com menor variabilidade que a do vento, a energia hidrocinética possui maior confiabilidade no fornecimento de eletricidade que as eólicas.

A Figura abaixo mostra umas das turbinas hidrocinéticas mais modernas do mundo, produzida na Alemanha, com 1 m de diâmetro, velocidade de rotação entre 90 e 230 rpm, 1,12 m de altura e largura e 2,64 m de comprimento, cuja geração de energia pode chegar até 5 kW. (3)

A indicação do melhor local para instalar a THC, leva em conta a topografia e as características do rio, como sua largura, profundidade, velocidade e vazão. Os locais com maior potencial são as regiões de curso d’água com declividades mais acentuadas (Felizola; Maroccolo; Fonseca, 2007). As THCs por apresentarem baixa velocidade de rotação, em torno de 25 rpm, permite que os peixes circulem livremente entre as pás (Santos et al., 2004).

Santos et al. (2004) projetou, construiu e instalou uma THC axial de pequeno porte, para rios na faixa de velocidade entre 1,33 a 2 m/s e profundidade mínima de 2 m. A turbina é equipada com três pás com diâmetro externo de 1,4 m e proporciona uma potência de 1kW.

A Figura abaixo mostra a classificação das turbinas hidrocinéticas - THCs.

As turbinas de eixo horizontal possuem baixo torque de partida e maior eficiência, as de eixo em plano são pouco eficientes e as de eixo vertical operam em qualquer direção do fluido, porém possuem um alto torque de partida (SILVA, 2014). As turbinas de eixo horizontal com gerador não submerso, são menos eficientes, por incluir na transmissão, correias, mancais e engrenagens. As turbinas com eixo horizontal são muito usadas na geração de energia nos rios e mares e usam os mesmos princípios das turbinas eólicas, já as com eixo inclinado têm sido largamente estudadas para o uso em pequenos rios.

Local para a instalação

A profundidade ideal para instalação das THCs é entre 5 a 25 por cento da superfície em relação ao fundo do leito do rio, local onde ocorre a velocidade máxima, conforme ilustra a Figura abaixo.

A Figura abaixo mostra uma THC de 2a. geração desenvolvida pela Universidade de Brasília - UnB e de base sólida (não flutuante) para ser usada em pequenos rios.

REFERÊNCIAS:

 (1) Prospecção de Parques Hidrocinéticos, Marcos Araujo, Foz do Iguaçu, 2016

https://dspace.unila.edu.br/xmlui/bitstream/handle/123456789/684/TC...

(2) Turbina Hidrocinética Geração 3, Antônio Júnior e auxiliares

http://www.mfap.com.br/pesquisa/arquivos/20081205101337-it46.pdf

(3) PROJETO DE UMA TURBINA HIDROCINÉTICA DE FLUXO AXIAL E EIXO HORIZONTAL PARA GERAÇÃO DE BAIXAS POTÊNCIAS, TCC de Alex Faria, UFRJ, 2017

http://monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10019394.pdf

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