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Usinas de eletricidade

Física

Usinas de eletricidade são instalações industriais que produzem energia elétrica. Uma usina pode ser: hidráulica, térmica, solar, eólica, nuclear, entre outros tipos.
As usinas hidrelétricas fazem uso da energia potencial gravitacional da queda d'água para gerarem energia elétrica.
As usinas hidrelétricas fazem uso da energia potencial gravitacional da queda d'água para gerarem energia elétrica.
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Usinas elétricas são instalações industriais designadas para a geração de energia elétrica. As usinas elétricas utilizam geradores que são capazes de converter a energia mecânica proveniente de alguma força motriz externa em energia elétrica.

Os geradores presentes nas usinas elétricas são máquinas capazes de rotacionar em altas velocidades. Em seu interior, há grandes ímãs e uma espira (um enrolamento de fios com grande número de voltas). Quando há movimento relativo entre o campo magnético dos imãs e a espira, ocorre o surgimento de uma corrente elétrica. Tal corrente elétrica é coletada e depois distribuída para indústrias, áreas rurais e residências, por meio de fios condutores de alta tensão.

O termo usinas elétricas abrange todos os tipos de usinas que produzem eletricidade, como as usinas hidrelétricas, termoelétricas, solares, eólicas, nucleares, entre outras.

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Como funcionam as usinas elétricas?

Apesar de existirem diferentes tipos de usinas elétricas, quase todas produzem eletricidade segundo o mesmo princípio físico: indução eletromagnética, também conhecida como lei de Faraday-Lenz.

Essa lei estabelece que, sempre que houver uma variação no fluxo de campo magnético, uma corrente elétrica induzida deverá surgir, para compensar essa variação. Em termos práticos, o movimento rotacional de uma bobina envolta por poderosos ímãs faz com que o fluxo de campo magnético varie com o tempo, com isso, uma grande corrente elétrica flui pela espira. Todas as usinas elétricas que transformam o movimento em eletricidade funcionam por esse princípio.

Uma das poucas usinas elétricas que produz energia por meio de um fenômeno físico, que não a indução eletromagnética, é a usina solar do tipo fotovoltaica. Nesse tipo de usina, a energia das ondas eletromagnéticas emitidas pelo Sol é diretamente convertida em corrente elétrica por um grande número de placas solares.

Veja também: Entenda como ocorre o efeito fotoelétrico

Usinas elétricas no Brasil

O Brasil conta com diversos tipos de usinas voltadas para a produção de energia elétrica. Dentre elas, a usina hidrelétrica é, de longe, a mais popular, em razão do enorme potencial hidráulico do país. Esse tipo de usina é acionada pelo movimento de queda das águas de rios represados. Em seguida, vêm as usinas termoelétricas, cuja energia é provida pela queima de gás natural ou carvão mineral; e, por fim, as usinas nucleares, que geram energia elétrica a partir do calor liberado pela fissão de átomos pesados, como o Urânio.

Tipos de usinas de eletricidade

De acordo com o tipo de matriz energética, da qual uma usina elétrica extrai a sua energia, é possível caracterizar essa última em diferentes tipos. Confira alguns dos mais importantes tipos de energia e a sua definição, bem como os nomes dados às usinas que os exploram, a fim de obter-se energia elétrica:

  • Energia hidráulica: é a energia potencial gravitacional contida nas massas de água que apresentem uma altura, ou desnível. Durante a queda d'água, essa energia é convertida em energia cinética, movimentando os geradores das usinas. Esse tipo de energia é explorado pelas usinas hidrelétricas e maremotrizes.

  • Energia térmica: está diretamente relacionada à temperatura de um sistema. Quanto maior é a temperatura de um sistema, maior será a força com que as suas moléculas atingem as fronteiras que o circunda. Assim, essa forma de energia torna possível movimentar grandes turbinas geradoras usando o vapor d'água, por exemplo. As usinas termoelétricas e geotérmicas fazem uso desse tipo de energia por meio da queima do carvão mineral e pelo aproveitamento dos jatos de vapor emitidos pelos gêiseres, respectivamente.

  • Energia solar: é proveniente da radiação eletromagnética emitida pelo Sol. Essa energia pode ser usada para produzir um grande aumento na temperatura de água, a fim de evaporá-la e impulsionar grandes turbinas. Outro uso da energia solar consiste em convertê-la diretamente em energia elétrica usando painéis solares, por meio de um fenômeno chamado efeito fotoelétrico. As usinas que fazem uso desse tipo de energia são as usinas solares dos tipos termossolares e fotovoltaicas.

  • Energia eólica: é o nome que se dá para a energia cinética dos ventos. Esse tipo de energia produz a rotação de moinhos, o movimento de embarcações etc. As usinas que fazem uso direto desse tipo de energia, por meio de grandes cataventos, são as usinas eólicas.

  • Energia nuclear: é obtida por meio da fissão nuclear de átomos pesados e instáveis, como o Urânio. Durante a fissão nuclear, parte da massa dos átomos é convertida em uma imensa quantidade de energia, essa energia é usada para aquecer a água, que se evapora sob altas pressões e, quando liberada, produz a rotação de turbinas geradoras.

Usinas solares, como a da foto, são uma das aplicações tecnológicas do efeito fotoelétrico.
Usinas solares, como a da foto, são uma das aplicações tecnológicas do efeito fotoelétrico.

Leia também: Como funcionam as usinas solares

Como funciona a usina hidrelétrica

As usinas hidrelétricas funcionam por meio da repressão de um grande volume de água. Geralmente, a profundidade dos rios represados pode chegar à casa das centenas de metros. Tamanha medida faz com que a água adquira uma grande energia potencial gravitacional. Ao abrirem-se as comportas dessas usinas, a água adquire energia cinética rapidamente, e a sua passagem, através das turbinas geradoras, produz energia elétrica.

1 — Reservatório

2 — Barragem

3 — Turbina

4 — Gerador

5 — Transformador

6 — Distribuição

A corrente elétrica que é produzida pelos geradores das usinas hidrelétricas é chamada de corrente alternada, pois o seu sentido é rapidamente invertido, com frequência de 60 Hz. No momento de sua geração, essa corrente elétrica tem intensidade muito alta, por isso, a fim de evitar-se grandes perdas da energia produzida, ela é direcionada para um conjunto de transformadores que a abaixa para menores intensidades, reduzindo as perdas decorrentes do efeito Joule. Para tanto, essa corrente elétrica tem o seu potencial elétrico elevado para valores de alta tensão.

Veja também: Conheça as 10 maiores hidrelétricas do mundo

Usinas hidrelétricas no Brasil

O Brasil é o terceiro país com o maior potencial hídrico do mundo. As usinas hidrelétricas correspondem a mais de 60% de toda a energia elétrica gerada em território brasileiro. É o tipo de usina mais comum no país, devido à sua abundância de rios com grande potencial hidráulico.

Confira uma lista com as maiores usinas hidrelétricas do Brasil, seguida de sua produção energética, em MW (megaWats):

  • Usina hidrelétrica de Itaipu — 14000 MW

  • Usina hidrelétrica de Belo Monte — 11233 MW

  • Usina hidrelétrica de São Luiz do Tapajós — 8381 MW

  • Usina hidrelétrica de Tucuruí — 8370 MW

De acordo com a Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel), considera-se usinas hidrelétricas aquelas instalações geradoras de energia, capazes de produzir potências superiores a 1 MW. No Brasil, há um total de 217 usinas com tais especificações. Considera-se, no entanto, como centrais geradoras hidrelétricas, as instalações cuja potência é menor que 1 MW. Existem cerca de 698 instalações desse tipo em território nacional.

As turbinas geradoras das usinas hidrelétrica são formadas por enormes enrolamentos de fios e ímãs potentes.
As turbinas geradoras das usinas hidrelétrica são formadas por enormes enrolamentos de fios e ímãs potentes.

Como funciona a usina termoelétrica

As usinas termoelétricas produzem energia elétrica por meio do aquecimento da água e consequente movimentação de pás dos geradores em caldeiras, onde se queimam produtos altamente combustíveis, como carvão mineral, madeira, gás natural, óleo diesel e outros. Existem, no entanto, alguns tipos de usinas termoelétricas que não queimam combustíveis, como o caso das usinas termossolares, que concentram a luz solar em grandes reservatórios de água usando um conjunto de espelhos côncavos.

Veja também: Saiba mais sobre o funcionamento das usinas solares

Quando a água evapora e continua confinada em um reservatório, sua pressão aumenta grandemente, após a sua liberação, o vapor d'água tem velocidade suficiente para mover as grandes pás de um gerador, produzindo, dessa forma, a energia elétrica.

As usinas termossolares usam a luz do Sol para produzir a evaporação de grandes massas de água e mover turbinas geradoras.
As usinas termossolares usam a luz do Sol para produzir a evaporação de grandes massas de água e mover turbinas geradoras.

Usinas termoelétricas do Brasil

As usinas termoelétricas são muito comuns no Brasil em razão do seu baixo custo. Pouco mais de 24% de toda a energia elétrica gerada no Brasil são originadas desse tipo de usina. Até o ano de 2019, o Brasil conta com um número de 3008 usinas termoelétricas, capazes de gerar cerca de 40.000 MW de potência.

Como funciona a usina nuclear

A usina nuclear utiliza a energia que é produzida pela fissão dos átomos de Urânio para aquecer grandes massas de água e mover as turbinas dos geradores, assim como fazem as usinas termoelétricas. No entanto, diferentemente das usinas termoelétricas, as usinas nucleares não podem ser simplesmente desligadas, uma vez que a reação nuclear que produz a energia dessas usinas é uma reação em cadeia que não pode ser interrompida.

De fato, o que ocorre é que, periodicamente, são inseridas grandes barras com pastilhas de alguns elementos químicos, capazes de absorver o grande número de nêutrons emitidos pelas fissões nucleares no interior de seus reatores. Com isso, há uma drástica diminuição da quantidade de energia liberada a cada segundo.

As grandes chaminés características das usinas nucleares fazem parte de seu sistema de resfriamento e não emitem poluição.
As grandes chaminés características das usinas nucleares fazem parte de seu sistema de resfriamento e não emitem poluição.

Veja mais: Conheça mais detalhes do funcionamento das usinas nucleares

Usinas nucleares do Brasil

Existem somente duas usinas nucleares em funcionamento no Brasil que, juntas, produzem cerca de 1,2% de toda a energia elétrica nacional, gerando cerca de 2007 MW de potência. Ambas encontram-se no estado do Rio de Janeiro, em Angra dos Reis. Uma terceira unidade, conhecida como Angra-3, que se encontra em processo de construção, deverá ter uma potência de aproximadamente 1350 MW.

Por Me. Rafael Helerbrock

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

HELERBROCK, Rafael. "Usinas de eletricidade"; Brasil Escola. Disponível em <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/usinas-eletricidade.htm>. Acesso em 25 de maio de 2019.

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