TURBINAS HIDROCINÉTICAS

A transmissão e geração de energia elétrica limpa é um dos maiores desafios do mundo contemporâneo. Nessa perspectiva, as turbinas hidrocinéticas se apresentam como uma fonte alternativa de baixo custo e baixo impacto ambiental.

A exploração da energia cinética dos rios vem sendo praticada há séculos pela humanidade, por meio de maquinas rudimentares como moinhos e rodas de água. Com o passar do tempo, tais maquinas foram perdendo sua importância e a força das águas passou a ser utilizada em sistemas de alta tecnologia como usinas hidrelétricas, que permitem uma alta taxa de conversão de energia a um custo relativamente baixo, mas que vem acompanhadas de grande impacto ambiental e social. Nesse contexto, as turbinas hidrocinéticas se apresentam como uma alternativa sustentável para o uso da hidroenergia para a geração de energia elétrica, principalmente em comunidades isoladas onde o acesso á rede elétrica é difícil ou inexistente.

Definição e tipos

Turbinas hidrocinéticas configuram-se como maquinas hidráulicas capazes de gerar eletricidade através de correntes fluviais ou marítimas, sem a necessidade da construção de barragens. Sua estrutura e princípios físicos se assemelham ás turbinas eólicas, fazendo uso do fluxo de água em vez do fluxo de vento, sendo mais vantajosas do ponto de vista da maior confiabilidade e constância das vazões d'água. As turbinas hidrocinéticas são compostas por pás que transmitem o movimento de rotação para um eixo, o que transmite o movimento de rotação para uma transmissão de potencia que pode ser feita com polias, correntes ou engrenagens, chegando finalmente ao gerador que transforma a energia mecânica em energia elétrica. Podem gerar de 0,25 kW a 10 MW de acordo com as condições do projeto, tais como níveis de altura do rio e velocidade da água em um área determinada. Há dois principais tipos de turbinas hidrocinéticas, as de eixo horizontal ou vertical, conforme a tabela abaixo.

turbinas verticais 

As chamadas turbinas de centro aberto são uma modificação das turbinas de eixo horizontal. Elas tem a particularidade de não utilizarem um eixo transmissor, já que as pás deixam um orifício no centro, o que permite a passagem do fluxo d'agua. A única parte móvel é o rotor, tendo um gerador magnético acoplado na carcaça ao redor do rotor.

turbina de centro aberto 

Componentes:

Os principais elementos das turbinas hidrocinéticas são rotor, eixo para o rotor, pás do rotor, acoplamentos, caixa multiplicadora, eixo de saída, freio e gerador, conforme a figura abaixo. Podem ou não apresentar difusor, que tem como função induzir uma sucção em sua parte traseira, aumentando a velocidade de escoamento da água e por consequência, a potencia da maquina. O uso de difusores pode contornar o limite teórico de Betz, que afirma que apenas 59,3% da energia cinética de um fluido pode ser convertido em energia mecânica.

Gerador: converte a energia mecânica em energia elétrica. Pode ser construído por meio da adaptação de motores elétricos.
Rotor: onde corrente de fluido passará aplicando forças nas pás, criando movimento e torque para o eixo.
Caixa multiplicadora: faz com que a rotação lenta do eixo de entrada, se multiplique, fornecendo assim a velocidade que o gerador necessita para gerar energia elétrica.
Eixo: componente rotativo que é usado para transmitir a potência gerada pelo movimento do rotor até a caixa multiplicadora e depois na saída da caixa até o gerador.
Mancais: servem de apoio fixo para o eixo, podem ser de rolamento ou de deslizamento.
Acoplamento: transmitem o movimento de rotação entre dois elementos, podendo ser fixos, móveis ou elásticos.
Sistema de freio: regula a velocidade do eixo. Se a velocidade estiver muito acima da velocidade suportada pelos componentes da turbina, o freio é acionado e a velocidade é reduzida para prevenir falhas ou danos permanentes.

Comercialização:

Em se tratando do desenvolvimento comercial de turbinas hidrocinéticas, há algumas poucas opções no mercado, como a Smart Hydro Power, de fabricação alemã, capaz de produzir até 5kw de energia elétrica em um rio com velocidade media de 2.75m/s, com um rotor de 1m de diâmetro. Outro modelo é a Cappa Ibasei, turbina japonesa que produz até 1kw em um fluxo d'água com velocidade media de 2m/s, com um rotor de 0.7m de diâmetro.

Smart Hydro Power sendo instalada em uma comunidade rural na Nigéria

No Brasil:

A Universidade de Brasília (UnB) trabalha em parceria com a Eletronorte desde 2004 em um projeto de P&D denominado Projeto Tucunaré. Tal iniciativa tem como objetivo desenvolver uma turbina com 100kW de potencia e 5 metros de diâmetro, apta para gerar energia em águas com velocidade igual ou superior a 1m/s.
A UnB também foi responsável pela instalação de turbinas hidrocinéticas, em 1995, no município de Correntina, na Bahia e no município de Maracá, no Amapá. Ambas as turbinas ainda se encontram em funcionamento.

Turbina desenvolvida pela UnB 

Referências:

JUNIOR, A. C. P. B. et al. Turbina Hidrocinética Geração 3. In: IV CONGRESSO DE INOVAÇÃO TECNOLÓGICA EM ENERGIA ELÉTRICA, 2007, Araxás. ANEEL, 2007. 10 p.

CUNHA, Jônatas Teófilo Louzada. Análise de estabilidade da turbina hidrocinética HTUC-01 em condições de operação. 2015. viii, 60 f., il. Monografia (Bacharelado em Engenharia Mecânica)—Universidade de Brasília, Brasília, 2015

FARIA, Alex Rodrigo de Oliveira. Projeto de uma turbina hidrocinética de fluxo axial e eixo horizontal para geração de baixas potências. / Rio de Janeiro: UFRJ / Escola Politécnica, 2017

R Ortiz, E David - 2017. Diseño de una turbina hidrocinética de eje horizontal para microgeneración de energía eléctrica. Universidad Santo Tomás / Division de ingeniaria mecánica / Bogotá D. C., 2017

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Por Sofia Chequer
Aluna do primeiro ano de Engenharia Mecânica, buscando contribuir com a transformação e desenvolvimento da indústria brasileira. Apaixonada pela ciência das inovações tecnológicas e pela arte de cozinhar e costurar.