Funcionamento, geração e distribuição de energia em uma Usina Hidrelétrica.

       Funcionamento

As usinas hidrelétricas (ou hidroelétricas) são sistemas que transformam a energia contida na correnteza dos rios, em energia cinética, ou seja, transforma a energia hidráulica em energia elétrica.  Que irá movimentar uma turbina e, esta um gerador que, por fim, irá gerar energia elétrica.

A construção da usinas hidrelétricas se dá sempre em locais onde podem ser aproveitados os desníveis naturais dos cursos dos rios e deve-se ter uma vazão mínima para garantir a produtividade. De acordo com o potencial de geração de energia podemos classificar as hidrelétricas em: PCH’s (Pequenas Centrais Hidrelétricas), que operam em uma faixa de geração de 1 a 30 MW e com um reservatório de área inferior a 3km²; e GCH’s (Grandes Centrais Hidrelétricas), que operam com potências acima de 30MW.

Em Minas Gerais existem três GCH’s e quatro (PCH’s) administradas pela Cemig, a Usina Hidrelétrica Bernardo Mascarenhas é uma GCH, pois a mesma opera com potência de 396MW (com seis unidades geradoras), ela é a segunda maior de Minas Gerais, a maior é a Usina Hidrelétrica de Irapé (no Vales do Jequitinhonha e Mucuri).

A maior hidrelétrica do mundo é a Itaipu Binacional com capacidade de geração de 12.600 MW.

As hidrelétricas podem receber classificações ainda, de acordo com o tipo de queda ou o tipo de reservatório, mas o princípio de funcionamento é o mesmo: Esta água represada é conduzida por meio de tubulações até uma turbina (roda com pás). Em uma instalação hidrelétrica, a barragem represa as águas de um rio formando um reservatório. Esta água represada é conduzida por meio de tubulações até uma turbina (roda com pás).  A energia potencial, existente entre o nível do reservatório antes da barragem e o nível do rio após a barragem transforma-se em energia cinética, através da água que faz girar a turbina.  A turbina está ligada por um eixo a um gerador de energia elétrica que, que conseqüentemente, também entra em movimento. No gerador a energia cinética, ou energia mecânica, é transformada em energia elétrica. A energia elétrica produzida vai para uma subestação de onde é transmitida para os centros de consumo.  As turbinas, em função da sua forma, podem ser de três tipos: Kaplan (tipo de turbina utilizada na Usina em questão, Usina Bernardo Mascarenhas), Francis e Pelton. A escolha do tipo depende da altura da queda d’água e do regime de operação da usina.  O gerador é composto de um rotor (imã), que gira no interior de uma bobina (estator), provocando o aparecimento de uma corrente elétrica.

Os principais componentes das usinas hidrelétricas, também são quase os mesmos:

1.    Reservatório ou lago: Surge quando a água do rio é represada pela construção de uma barragem.

2.     Barragem: É uma estrutura construída no leito de um rio, permitindo acumular água. Pode ser de terra, enrocamento, alvenaria ou concreto.

3.    Vertedouro: Permite o controle do nível da água do reservatório, principalmente em períodos de cheias. Pode ter ou não comportas. Na maioria das vezes, aproveitado para atividades de lazer pela população, assim como, é também o maior responsável pelo impacto ambiental da usina.

4.    Tomada d’água: É a estrutura que permite a condução da água do reservatório para adução das turbinas. Equipada com comportas de fechamento e grades de proteção.

5.    Conduto Forçado: É a canalização que conduz água, sob pressão, para as turbinas. Podem ser externos ou subterrâneos.

6.    Casa de Força: Local de onde se opera a usina e estão localizados os grupos turbo-geradores e auxiliares.

7.     Canal de Fuga: Local de saída da água após movimentar as turbinas.

8.    Subestação: Recebe a energia elétrica gerada na usina, transformando-a em alta tensão, para que possa ser transportada pelas linhas de transmissão a grandes distâncias.

9.     Turbina: É uma roda com pás. A água faz a turbina girar ao atingi-la, transformando energia hidráulica em energia mecânica.

10. Gerador: Está acoplado mecanicamente à turbina. A energia mecânica disponível no eixo da turbina é transformada em energia elétrica pelo gerador. Eles possuem uma série de ímãs que produzem corrente elétrica.

11. Transformador: que aumenta ou diminui a tensão da corrente elétrica até um nível adequado à sua condução até os centros de consumo.

Geração de Energia

Para aproveitar o potencial hidrelétrico de um determinado rio, geralmente interrompe-se seu curso normal através de uma barragem que provoca a formação de um lago artificial chamado reservatório. A água captada no lago formado pela barragem é conduzida até a casa de força através de canais, túneis e/ou condutos metálicos. Após passar pela turbina hidráulica, na casa de força, a água é restituída ao leito natural do rio, através do canal de fuga.

Vídeo de um gerador em funcionamento

Dessa forma, a potência hidráulica é transformada em potência mecânica quando a água passa pela turbina, fazendo com que esta gire, e, no gerador, que também gira acoplado mecanicamente à turbina, a potência mecânica é transformada em potência elétrica.

Modelo Reduzido Original da Turbina
    da Usina Bernardo Mascarenhas 

A energia assim gerada é levada através de cabos ou barras condutoras, dos terminais do gerador até o transformador elevador, onde tem sua tensão (voltagem) elevada para adequada condução, através de linhas de transmissão, até os centros de consumo. Daí, através de transformadores abaixadores, a energia tem sua tensão levada a níveis adequados para utilização pelos consumidores.

Distribuição de energia

A energia hidráulica é convertida em energia mecânica por meio de uma turbina hidráulica, que por sua vez é convertida em energia elétrica por meio de um gerador, sendo a energia elétrica transmitida para uma ou mais linhas de transmissão que é interligada à rede de distribuição.

Esta rede de distribuição é um sistema de transporte envolvendo condutores e equipamentos e diferentes distâncias, formas e níveis de tensão. Devido às diferentes localizações geográficas das usinas geradoras e dos centros de carga, esse sistema faz a interligação entre as usinas e os consumidores para que a energia elétrica produzida possa ser utilizada.

A Usina de Três Maria possui duas linhas de transmissão de 145KV, onde a energia gerada na usina vai para as subestações SE São Gotardo 2 e SE Várzea da Palma 1. E três linhas de transmissão de 168KV, onde a energia gerada na mesma vai para as subestações SE Corinto 1, SE João Pinheiro 1 e CMM (Companhia Mineira de Metais, popularmente conhecida como Mineira).