Tecnologias

As principais componentes de uma central hidroeléctrica são: a turbina, a barragem e o gerador.

Barragem

É uma estrutura maciça ou ouça normalmente de betão ou com enchimento de terra ou enrocamento, o qual retêm a água. O topo da barragem, designado como crista, pode suportar uma via pedonal ou para de veículos. A barragem possui uma fundação no fundo do rio e apoios na margem para resistir esforços horizontais. Normalmente existe um descarregador na crista ou na estrutura da barragem.

As barragens podem ser classificadas como:

De gravidade: construídas em betão ou terra/enrocamento que resiste pelo próprio peso à pressão da água e transmite os esforços à fundação. A utilização de contrafortes a jusante permite aligeirar o paredão da barragem;




De arco ou abobadada (simples ou dupla curvatura): construídas em betão sendo que a sua forma em curva faz com que as pressões sejam transferidas para as ombreiras. A barragem em arco é construída em vales mais apertados, podendo desta forma a altura ser maior que a largura.

Turbina

A turbina hidráulica é a principal componente de um aproveitamento hidroeléctrico. Este componente mecânico converte a energia da queda de água em energia mecânica. A selecção da mesma depende essencialmente de três factores: altura da queda, caudal e velocidade de rotação.

As turbinas podem ser divididas pelo seu princípio de operação em: turbinas de acção e turbinas de reacção.

Turbinas de acção: funcionam a pressão atmosférica, sendo que as mesmas são impulsionadas por jactos de água que atingem as pás da turbina.

Pelton: consiste numa roda com uma série de semi-baldes ao longo da sua periferia. Um ou mais jactos de alta velocidade são direccionados tangencialmente contra a roda. O jacto atinge o balde dividindo-se em dois, movimentando a roda. A água deflectida nos baldes acaba por cais no canal de descarga. O uso é adequado para locais onde haja altas quedas e pequeno caudal e apresenta bons rendimentos onde há grande variação de carga, podendo ser operadas entre 10 e 100% de sua potência máxima.


Turgo: é semelhante a uma turbina Pelton, no entanto o jacto atinge a roda com um ângulo de 20º, em vez de tangencial, desta forma a água entra por um lado da roda e sai pela outra. Desta forma o fluxo de caudal é independente da descarga do fluido, originando turbinas com menor diâmetro para a mesma potência em comparação com as turbinas Pelton.



Crossflow (Banki): este tipo de turbinas consiste num rotor com forma de tambor com um disco sólido em cada extremidade e pás dispostas radialmente unido os dois discos. O jacto de água entra na parte superior do rotor através das pás curvas emergindo na outra extremidade do rotor, passando assim duas vezes pelas pás.  O seu rendimento é inferior aos das restantes turbinas, mas mantém-se num valor elevado ao longo de uma extensa gama de caudais. O seu campo de aplicação atende quedas de 3 a 100 metros, vazões de 0,02 a 2,0 m3/s e potência de 1 a 100 kW.

Em geral as turbinas de acção são mais flexíveis a variações de caudal fora do valor nominal de projecto, no entanto normalmente necessitam de diferenças de cota superiores a 10 m e idealmente acima dos 50 m.

Turbinas de reacção: neste caso o rotor é submerso totalmente na água e enclausurado numa câmara de pressão. As pás da turbina são perfiladas e devido à diferença de pressão nas superfícies da pá é originada uma força de sustentação (com nas asas dos aviões), o que provoca a sua rotação.  Devido à maior complexidade no fabrico são habitualmente mais caras que as turbinas de acção.

Hélice (Kaplan): o princípio é semelhante ao da hélice de um barco mas funcionado de forma inversa. Neste tipo de turbinas uma da características básicas para aumentar a eficiência é originar rotação no fluído antes de entrar na turbina através de guias fixas ou varáveis. As turbinas de hélice não são reguláveis, este tipo de turbinas permite pouca variação no caudal (apenas controlado pelo distribuidor). São usadas para grandes caudais e baixas quedas. Existem diversas configurações, a principal a Kaplan, onde as pás podem ser ajustadas que apesar dos custos, permitem aumentar a eficiência para maiores gamas de caudais.

Francis: este tipo de turbina é uma modificação das turbinas de reacção, onde a água flui radialmente accionando o rotor e emerge axialmente. O rotor é montado normalmente em caixa em espiral com pás para orientação do fluxo de água. São turbinas adequadas para operação com condições intermédias de queda e de caudal. Apresentam um alto rendimento (80% a 90%), tanto mais alto quanto maior for a potência.As turbinas de reacção em geral são menos flexíveis a variações de caudal, sendo que o máximo de eficiência é sempre próximo do valor de caudal de projecto, no entanto podem operar com alturas abaixo dos 10 m.


Gerador eléctrico
Para conversão da energia mecânica gerada na turbina em energia eléctrica são utilizados geradores os quais possuem uma série de ímãs dentro dos mesmos. Estes imãs rodam no meio de enrolamentos de cobre (bobines) produzindo energia eléctrica. A maior parte dos geradores são trifásicos de corrente alterna, podendo ser equipados com alternadores síncronos ou assíncronos.

^{Fontes:
O. Paish /Renewable and Sustainable Energy Reviews 6 (2002) 537-556.
Falcão, A. Energia Renováveis, AEIST, 2007
ALTENER program – Manual da pequeña hidraulica – Internet available version, 1997.}