Em uma usina hidrelétrica, a energia cinética desenvolvida devido à gravidade na queda da água de um nível mais alto para um nível mais baixo é utilizada para girar uma turbina e produzir eletricidade. A energia potencial armazenada na água no nível superior será liberada como energia cinética quando cair para o nível inferior. Esta turbina gira quando a água que cai atinge as pás da turbina. Para alcançar uma diferença de cabeceira da água, as usinas hidrelétricas geralmente são construídas em áreas montanhosas. No caminho do rio em áreas montanhosas, é construída uma barragem artificial para criar a cabeceira de água necessária. A partir desta barragem, a água é permitida cair em direção ao downstream de forma controlada até as pás da turbina. Como resultado, a turbina gira devido à força da água aplicada às suas pás e, portanto, o alternador gira, pois o eixo da turbina está acoplado ao eixo do alternador.
A principal vantagem de uma usina elétrica é que ela não requer nenhum combustível. Ela apenas precisa de uma cabeceira de água, que está naturalmente disponível após a construção da barragem necessária.
Sem combustível significa sem custo de combustível, sem combustão, sem geração de gases de escape e sem poluição na atmosfera. Devido à ausência de combustão de combustível, a usina hidrelétrica em si é muito limpa. Além disso, ela não produz nenhuma poluição na atmosfera. Também, do ponto de vista da construção, é mais simples do que qualquer usina térmica ou usina nuclear.
O custo de construção de uma usina hidrelétrica pode ser maior do que o de outras usinas térmicas convencionais devido à construção de uma grande barragem no rio. O custo de engenharia, além do custo de construção, também é alto em uma usina hidrelétrica. Outra desvantagem dessa usina é que ela não pode ser construída em qualquer lugar de acordo com os centros de carga.
Portanto, são necessárias linhas de transmissão longas para transmitir a energia gerada aos centros de carga.
Assim, o custo de transmissão pode ser suficientemente alto.
Apesar disso, a água armazenada na barragem também pode ser utilizada para irrigação e outros fins similares. Às vezes, criando tal barragem no caminho do rio, as inundações ocasionais no downstream do rio podem ser significativamente controladas.
São necessários apenas seis componentes principais para construir uma usina hidrelétrica. Estes são a barragem, o túnel de pressão, o tanque de surto, a casa de válvulas, o penstock e a casa de máquinas.
A barragem é uma barreira de concreto artificial construída no caminho do rio. A área de captação atrás da barragem cria um grande reservatório de água.
O túnel de pressão leva a água da barragem para a casa de válvulas.
Na casa de válvulas, existem dois tipos de válvulas disponíveis. A primeira é a válvula de escoamento principal e a segunda é a válvula de isolamento automática. As válvulas de escoamento controlam a água que flui para o downstream e as válvulas de isolamento automático interrompem o fluxo de água quando a carga elétrica é repentinamente desligada da usina. A válvula de isolamento automático é uma válvula de proteção que não desempenha nenhum papel direto no controle do fluxo de água para a turbina. Ela opera apenas durante emergências para proteger o sistema de rompimento.
O penstock é um tubo de aço de diâmetro adequado conectado entre a casa de válvulas e a casa de máquinas. A água flui do alojamento de válvulas superior para a casa de máquinas inferior através deste penstock.
Na casa de máquinas, existem turbinas d'água e alternadores com transformadores de elevação associados e sistemas de comutação para gerar e, em seguida, facilitar a transmissão de eletricidade.
Por último, chegaremos ao tanque de surto. O tanque de surto também é um acessório protetor associado à usina hidrelétrica. Ele está localizado logo antes da casa de válvulas. A altura do tanque deve ser maior que a cabeceira da água armazenada no reservatório de água atrás da barragem. Este é um tanque de água com tampa aberta.
O propósito deste tanque é proteger o penstock de rompimento quando a turbina repentinamente se recusa a receber água. No ponto de entrada das turbinas, existem portões de turbina controlados por reguladores. O regulador abre ou fecha os portões da turbina de acordo com as flutuações da carga elétrica. Se a carga elétrica for repentinamente desligada da usina, o regulador fecha os portões da turbina e a água é bloqueada no penstock. A parada súbita da água pode causar um rompimento sério do tubo do penstock. O tanque de surto absorve esta pressão de retorno fazendo o nível de água neste tanque oscilar.
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