Micro-central hidrelétrica com transmissão hidrostática
Devido à extensão do território brasileiro, as áreas rurais frequentemente estão sujeitas a problemas com interrupções no fornecimento de energia elétrica. A falta de eletricidade por longos períodos de tempo resulta em perdas financeiras para os produtores rurais, visto que algumas atividades econômicas agrícolas dependem fortemente de eletricidade, como as fazendas de laticínios, cujos produtos precisam ser constantemente refrigerados, ou as granjas de aves e suínos, que utilizam ventiladores e lâmpadas por quase 24 horas por dia para o rápido crescimento dos animais.
As micro-centrais hidrelétricas (MCHs) modulares oferecem uma alternativa ecologicamente correta para produzir eletricidade quando ocorrem interrupções no fornecimento de energia. A modularidade reduz os custos de fabricação e aquisição, uma vez que as técnicas de construção modular permitem o uso de peças fabricadas em massa. Outra vantagem importante das MCHs modulares é a sua adaptabilidade a diferentes propriedades rurais, pois permitem personalização com base na demanda de energia e localização.
O Laboratório de HardWare (LHW), em parceria com o Laboratório de Robótica Aplicada Raul Guenther (LAR) e o Laboratório de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos (LASHIP) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), contando também com a colaboração da Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP), conduz um projeto para desenvolver uma MCH modular com transmissão hidrostática, financiado pelo CNPq (Projeto “Desenvolvimento de uma solução inovadora para turbina de baixa queda usando transmissão hidrostática”, nº 406936/2022-6, contemplado na chamada CNPq/MCTI 25/2022 – Pesquisa, Desenvolvimento, Inovação em Temáticas Prioritárias para o Setor Elétrico Nacional). O projeto teve início em janeiro de 2023 e tem previsão de término em 2025.
Uma MCH é composta principalmente pelo sistema de condução de água (a tubulação que transporta a água até a turbina); a turbina (um dispositivo que converte a energia cinética da água em energia rotacional); o gerador de eletricidade (um dispositivo que transforma a energia rotacional da turbina em eletricidade); e a fiação que distribui a eletricidade.
Adaptado de https://www.energy.gov/energysaver/microhydropower-systems
Normalmente, existe um sistema de transmissão que conecta a turbina ao gerador de eletricidade para transmitir e ajustar a velocidade rotacional entre a turbina e o gerador. Os sistemas de transmissão mais comuns encontrados em MCHs são correias em forma de “V” ou correias planas e polias, correias sincronizadoras e rodas dentadas, e engrenagens.
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| Correias em “V” e polias | Correias planas e polias |
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| Correia sincronizadora e roda dentada | Engrenagens |
Essas tecnologias apresentam algumas desvantagens. Apesar de seus custos de construção modestos, os sistemas de correias e polias não são tão eficientes quanto à transmissão por engrenagens. No entanto, uma transmissão por engrenagens têm custos mais elevados, associados à manutenção e ao alinhamento.
Uma transmissão hidrostática é um bom candidato para conectar a turbina ao gerador, pois não exige uma infraestrutura extensa e pode ser construída usando componentes padronizados, alinhando-se aos princípios de modularidade.
Uma transmissão hidrostática converte a potência mecânica da turbina, derivada do torque e da velocidade angular, em potência hidráulica, na forma de pressão e vazão do fluido hidráulico. Essa conversão é realizada utilizando uma bomba hidráulica acoplada à turbina. A potência resultante, caracterizada pelo produto da vazão e da pressão, é transmitida por meio de mangueiras para um motor hidráulico. O motor hidráulico está acoplado ao gerador elétrico e transforma essa potência hidráulica em potência mecânica novamente, impulsionando o rotor do gerador a uma velocidade controlada.
A contribuição mais inovadora do projeto da MCH modular executado pela parceria LHW-LAR-LASHIP (UFSC) e UFOP é a utilização de uma transmissão hidrostática conectando a turbina ao gerador, para ajustar as variações de velocidade da turbina, visto que as transmissões hidrostáticas são praticamente inéditas em usinas hidrelétricas.