Pouco se sabe sobre o que é energia, mas uma coisa é certa: ela sempre se conserva como um todo. Há uma frase muito difundida, que diz o seguinte: “Na natureza, nada se cria e nada se perde, tudo se transforma.” Esta é a chamada Lei de Lavoisier e diz respeito à conservação de matéria. Entretanto, ela cabe muito bem no contexto da conservação de energia. Na energia hidrelétrica, ocorre a conversão de um tipo de energia em outros, dentre os quais está a energia elétrica.
A energia hidráulica é a principal fonte energética do Brasil. Segundo dados do Governo, 63,8% da energia elétrica do território nacional advém das usinas hidrelétricas, seguida de eólica (9,3%), biomassa e biogás (8,9%) e solar centralizada (1,4%)
O desempenho das usinas hidrelétricas se dá em virtude da grande quantidade de rios em todo o país.
Neste artigo, você aprenderá os fundamentos que tornam possível a conversão da energia hídrica em elétrica. Além disso, entenderá como ela pode ser prejudicial e benéfica ao mesmo tempo.
Figura 1. Usina hidrelétrica.
O surgimento das usinas hidrelétricas
A ideia de utilizar recursos naturais para facilitar ou automatizar o trabalho braçal é bastante antiga. Moinhos movidos a vento ou a água já eram usados cerca de 2 mil anos a.C. na agricultura chinesa. Rodas d’água eram usadas por gregos e romanos para girar maquinários. Apenas no final do século XIX, foram criadas estruturas capazes de utilizar fontes provenientes da natureza para gerar energia elétrica.
A primeira usina hidrelétrica ficou pronta no ano de 1882, utilizando como recurso hídrico o rio Fox, em Appleton, nos Estados Unidos. O projeto consistia na ligação de uma turbina de água a um gerador de energia, produzindo cerca de 12,5 kW. Outras usinas foram abertas, alimentando apenas fazendas e pequenas propriedades. Após a Segunda Guerra Mundial, elas passaram a ser utilizadas por grandes indústrias, que tomaram posse de rios, corredeiras e cachoeiras para construí-las.
Penosamente, no final da década de 80, as usinas puderam ser usadas para alimentar cidades. A energia era transportada por meio da corrente elétrica e, até então, havia apenas a corrente contínua, que limitava a distância desse transporte. Com o desenvolvimento da corrente alternada, distâncias cada vez maiores puderam ser atingidas.
No Brasil, a primeira usina hidrelétrica surgiu em 1889, em Minas Gerais. Seu uso era voltado para a iluminação pública e principalmente para facilitar o trabalho manual da época. Hoje, dentre as usinas hidrelétricas do país, temos a usina Itaipu, em Foz do Iguaçu. Ela é a segunda maior usina hidrelétrica do mundo, em termos de capacidade energética, produzindo cerca de 14.000 MW.
Figura 2. Usina Itaipu, em Foz do Iguaçu.
Na lista com as principais usinas hidrelétricas do mundo, temos:
- Três gargantas, na China, produzindo 22.500 MW;
- Itaipu, na fronteira do Brasil com o Paraguai, produzindo 14.000 MW;
- Belo Monte, no Brasil, produzindo 11.233 MW;
- Guri, na Venezuela, produzindo 10.200 MW;
- Tucuruí, no Brasil, produzindo 8370 MW;
- Grand Coulee, nos Estados Unidos, produzindo 6.494 MW.
É notável a forte presença brasileira na geração de energia hidrelétrica, justificada pelos invejáveis recursos hídricos do país.
O funcionamento das usinas hidrelétricas
Uma usina hidrelétrica parte do princípio de conservação da energia para que seja gerada energia elétrica. O esquema da Fig. 1 mostra os principais componentes para seu funcionamento.
- Uma represa comporta a água que, enquanto se encontra no reservatório, possui apenas energia potencial gravitacional;
- a água flui através de um duto, no qual sua energia potencial é convertida em energia cinética;
- ela atinge uma turbina acoplada a um gerador, fazendo-a girar, girando também o gerador;
- a energia gerada é transmitida através das linhas de transmissão de energia.
Embora a geração de energia hidrelétrica seja altamente eficiente, ainda há dissipação de energia no processo.As perdas de energia estão relacionadas a diversos fatores, como o nível do reservatório e as perdas mecânicas e hidráulicas nos equipamentos. Além destes, que são os responsáveis por grande parte da perda energética, temos também o som da água na queda (energia sonora) e o atrito com as paredes da tubulação (energia térmica).
As hidrelétricas possuem eficiência de aproximadamente 65,2%.Embora 34,8% da energia potencial gravitacional da água sejam perdidos, esta ainda é a forma de geração de energia mais eficaz. Para fins de comparação, veja a eficiência em outras formas de geração de energia:
- a energia eólica tem eficiência média de 35%;
- a energia solar possui eficiência em torno de 16,5%;
- a energia térmica, dependendo do tipo de usina, apresenta de 20 a 45% de eficiência.
Há alguns aspectos importantes que devem ser levados em conta para a construção de uma usina hidrelétrica. A vazão do rio selecionado ditará a força com que as turbinas serão giradas. A quantidade de água disponível a cada período do ano, será responsável pelo preço pago pelo consumidor. Os desníveis naturais no terreno podem ser aproveitados para a obtenção de energia.
Vantagens da energia hidrelétrica
Cada meio de geração energética possui seus prós e contras e não é diferente para a energia hidrelétrica. Este tipo de usina não produz dióxido de carbono (CO2), ao contrário de outros tipos, como a usina termelétrica, que emitem inúmeros gases poluentes e subprodutos tóxicos. A água é uma fonte limpa e renovável e, embora os custos com a manutenção da usina sejam muito altos, o custo com a água é nulo.
A construção de uma usina hidrelétrica pode ser cara, mas sua durabilidade é alta. Dessa forma, após serem pagos os custos, a energia hídrica se torna uma fonte relativamente barata de eletricidade. Desta forma, ela traz é financeiramente benéfica para o consumidor final. As usinas podem ser construídas em rios sujeitos a enchentes e nesses casos, elas ajudam a controlá-las.
As usinas hidrelétricas podem ainda ser impactantes na economia da região em que se encontram, ao tornarem-se pontos turísticos.Inúmeras delas possuem este como um de seus fins, melhorando a qualidade de vida dos habitantes locais. Em suma, algumas das vantagens da energia hidrelétrica são que ela:
- utiliza uma fonte limpa e renovável: a água;
- não emite dióxido de carbono;
- é uma fonte barata de eletricidade;
- gera um custo relativamente baixo para o consumidor final;
- controla rios propensos a enchentes;
- reforçam a economia com o turismo.
Desvantagens da energia hidrelétrica
Nem tudo poderia ser perfeito, principalmente quando se trata de geração de energia. Existem vários problemas associados à geração de energia hidrelétrica. Toda a área escolhida para a construção da usina precisa ser alagada, desapropriando os habitantes e acabando com a vegetação. O rio que provocará o alagamento tem seu fluxo modificado, o que pode alterar os níveis de oxigênio na água. Dito isso, a vegetação que cresce perto de suas margens é prejudicada.
Embora a usina por si só não produza gases poluentes, a vegetação submersa após o alagamento gera um alto nível de metano enquanto decompõe. A concentração de água no reservatório provoca mudanças climáticas, alterando os regimes de chuva. Ademais, nos períodos de seca, ou seja, de baixo nível de água no reservatório, a produção energética cai, aumentando o preço pago pelo consumidor final.
O desmatamento causado pela instalação das usinas hidrelétricas pode gerar desequilíbrios ecológicos, prejudicando a vida animal da região. O nível do reservatório pode variar não só com as épocas de chuva, mas também com a demanda energética. Assim, não apenas a vida terrestre é prejudicada, como também a vida aquática, de forma que as espécies de peixes e de plantas aquáticas do local são perdidas.
Resumindo, dentre as principais desvantagens da energia hidrelétrica, temos:
- a realocação da comunidade local;
- o desmatamento;
- a produção de metano pela vegetação submersa que entra em decomposição;
- as mudanças climáticas e no regime de chuvas;
- a alteração do curso e do nível dos rios, prejudicando a vida aquática;
- o aumento do preço para o consumidor final em períodos de seca;
- a instabilidade no ecossistema, podendo destruir a fauna e a flora regional.Há estudos para minimizar os impactos ambientais e alguns já foram postos em prática, como no uso das chamadas “Usinas de fio d’água” ou das “Pequenas Centrais Hidrelétricas”. Todavia, uma simplesmente para seu funcionamento em épocas de seca. A outra possui baixa eficiência energética. Ainda assim, é necessário o incentivo à pesquisa, pois este é um caminho que garante uma relação menos danosa entre nós e o meio ambiente.
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