A Física da hidrelétrica

[Música] Olá queridos Estudante eu sou professor Douglas Gomes de física e quero trazer para você nesse vídeo o tema a usina hidrelétrica e a física envolvida nela você tá se preparando para o Exame Nacional do Ensino Médio você é uma pessoa curiosa que gosta de entender como funcionam as coisas pois então eu te convido a ficar comigo nesse vídeo até o final vamos juntos aqui nesse desenho nós temos uma usina hidrelétrica Note que a gente precisa ter um certo desnível entre as águas envolvidas então para você ter uma usina hidrelétrica você precisa ter relevo o

nosso relevo brasileiro da região dos planaltos é sensacional para isso então você precisa ter uma queda d'água para conseguir obter energia elétrica outra coisa Douglas esse tipo de usina não causa impactos ambientais causas Sim você precisa construir uma dorme barragem para poder represar a água prender a água aqui em cima para ter a queda controlada dessa água isso vai exigir um grande desmatamento impacto ambiental outra coisa durante o alagamento que você observa que acontecendo por conta dessa barragem você vai ter seres vegetais inclusive se decompondo né eles vão morrer você vai matar a parte da

vegetação e isso vai liberar gases estufa então durante o processo de instalação a usina hidrelétrica sim causam efeito estufa que não estava previsto na concepção original outra coisa a transformação de energia não é tão simples quanto parece nós vamos ter energia potencial gravitacional obviamente vai haver movimento no escoamento da água mas em primeira análise é a energia potencial gravitacional desta água que está aqui em cima que vai ser em energia elétrica Douglas ao intermediário energia potencial gravitacional energia cinética no movimento e energia elétrica Sim a gente pode pensar nisso mas seria um estudo mais complexo

Vamos então pensar direto a energia potencial gravitacional transforma-se em energia elétrica Mas como isso é feito nós vamos ter bem aqui o que nós chamamos de uma turbina a turbina vai conseguir transformar Essa energia de translação numa energia de rotação ela vai girar e com um rotor e um estator esses dois termos são usados no âmbito da geração de energia elétrica através do princípio da indução eletromagnética como assim se você tiver por exemplo uma pequena lâmpada Imagine que isso daqui seja um e dentro deste fio a uma lâmpada a gente consegue fazer esta lâmpada acender

movimentando um imã nas proximidades dela Se você pegar um imã Polo Norte Polo Sul e começar a chacoalhar este imã a lâmpada acende a gente diz que o movimento do imã provoca uma variação no fluxo do campo magnético no interior deste fio é enrolado e usando esse princípio que é o princípio da indução eletromagnética nós conseguimos transformar energia de movimento energia mecânica em energia elétrica que lá nos seus Finalmente vai acabar sendo convertida no caso dessa lâmpada em energia luminosa uma grande vantagem da energia hidrelétrica né da energia gerada pelas usinas hidrelétricas é que ela

tem um grande rendimento muito um pouco se dissipa nas transformações os rendimentos chegam a ser da ordem de 90% ou até mais ao contrário do que acontece em usinas termelétricas a maior parte da energia nas termoelétricas Douglas O que é isso são aquelas usinas onde você queima alguma coisa para transformar energia térmica em energia elétrica lá a maior parte da energia térmica é dissipada para o ambiente aqui não aqui a maior parte da energia mecânica que você tem potencial gravitacional vai ser convertido em energia elétrica a partir deste princípio da indução então Douglas o que

que eu aprendi aqui por conta da altura esta altura confere a água energia potencial gravitacional esta energia potencial gravitacional se transforma em cinética na descida da água esta energia no movimento do escoamento da água quer acabar movimentando uma turbina Douglas O que é uma turbina eu nunca entendi isso Você já brincou de catavento você sobra o Catavento ele gira aqui é parecido só que o sopro Na verdade seria o fluxo de água por essa bobina então este fluxo de água pela bobina vai fazer o girar e no que ela gira essa força realiza trabalho for

se deslocamento das partes da turbina que por sua vez vai girar o indutor eletromagnético E com isso produzir energia elétrica que deve ser encaminhada para o sistema de distribuição Existem algumas outras etapas mas só um engenheiro eletricista que precisa ter esse conhecimento vamos agora entender a potência envolvida Nisso vem comigo neste exemplo que você está vendo aqui nós vamos ter uma queda da água e eu quero que você pense o seguinte imagine uma porção de água de massa M que vem escorrendo por aqui e vem parar aqui embaixo e deixa a energia potencial gravitacional dela

com a turbina a gente pode chamar de potência teórica Total Então vou colocar tórica Professor porque que é teórico porque nós estamos desprezando as perdas potência teórica Total seria o valor da energia dividida pelo intervalo de tempo então é a variação da energia dividido pela pelo intervalo do tempo a variação de energia energia que essa porção de água vai perder vai ser ele GH Essa é a expressão da quantidade de energia que você vai perder né na forma potencial você perde a medida que cai energia potencial gravitacional porque transforma em outras modalidades mas essa energia

potencial gravitacional vai ser transmitida aqui para o sistema de turbinas Então nós vamos ter a potência teórica Total vai ser esta quantidade de energia mgh Douglas Como assim a quantidade de energia gravitacional que você tem lá em cima depende da quantidade de massa quanto mais massa mais energia você tem depende também da gravidade no local a energia gravitacional obviamente só pode estar relacionada à quantidade de campo gravitacional que você tem e depende também da altura quanto mais alto você tiver mais energia você vai ter para envolver durante a queda por esse motivo Nossa expressão fica

assim uma forma de você entender isso seria chamando esta tal desta potência teórica total que a gente está representando aí vai ser a massa pelo intervalo de tempo vezes G vezes h eu gosto muito de deixar esse intervalo de tempo só com a massa você pergunta professor Douglas essa matemática está correta está o professor de matemática me ensinou que se esse delta t dividir todo mundo eu também posso representá-lo dividindo apenas um dos termos a matemática dá a mesma se você tiver dúvida Não deixe de consultar um professor de matemática ele vai ter uma enorme

Alegremente explicar isso daí mas nós estamos numa aula de física bem a quantidade de massa pelo intervalo de tempo a gente chama invasão em massa mas muitos problemas não gostam de tratar a água em termos de massa ou seja não se diz quantos quilos de massa passa por segundo se diz a quantidade de volume quantos litros quantos metros cúbicos vão acontecer é muito comum então nós ao invés de representarmos aqui para a potência teórica Total a massa a gente usar a densidade vezes o volume densidade vezes volume me dá o valor da massa e o

restante da expressão eu continuo deixando aqui mas volume por intervalo de tempo é o que a gente chama vazão em volume qual o volume pelo tempo de tal maneira que você pode expressar assim ó a sua potência teórica Total vai ser dada pela expressão densidade vezes volume sobre o intervalo de tempo vezes G vezes H esse volume pelo intervalo de tempo ele vai ser medido aqui ó potência teórica Total ele deve ser medido em metro cúbico por segundo do sistema internacional de unidades eu vou chamar o simplesmente dizer Zé de vazão certo isso aqui vezes

G vezes H Douglas eu estou sentindo que vou me esquecendo que se trata esse Z então eu vou colocar para você Z é a vazão volumétrica envolvido no problema este Z ele vai ser medido em metros cúbicos por segundo ou litro por segundo vai depender do sistema de unidades adotado a prova do Exame Nacional do Ensino Médio traz várias questões das suas mais diversas edições comentando esse assunto eu vou deixar ao final desse vídeo uma questão para que você consiga saborear um pouco mais eu sou professor Douglas Gomes de física e deixo aqui para você

a ideia qual é a potência teórica total de uma queda d'água vai depender de que o da densidade do líquido que no nosso caso é a água e da vazão quanto mais intensa a vazão da água mais mais potência eu vou ter então se você quer uma gerador uma hidrelétrica e seja capaz de te dar uma potência bem grande Você vai precisar de uma vazão bastante grande vai depender da gravidade dela nós não podemos mexer mas na altura você pode ir atrás de rios que tem uma maior queda d'água um maior desnível para ter uma

maior potência teórica Total vamos a resolução da questão a usina de Itaipu é uma das maiores hidrelétricas do mundo em geração de energia tem 20 unidades geradoras e 14 mil Mega watts de potência Total instalada tem uma queda de 118,4 metros e a vazão nominal de 690 metros cúbicos por segundo mas para cada unidade ge radora não se esqueça são 20 o cálculo da potência teórica leva em conta a altura da massa de água represada pela barragem a gravidade local a densidade da água e ele disse que a diferença entre a potência teórica e aquela

que está instalada é chamada de potência não aproveitada Ele quer saber qual é a potência não aproveitada em cada unidade geradora ele não quer Total ele quer em cada unidade geradora e são no total os dados para uma unidade geradora foram fornecidos o Deus Eugênio H que a gente viu nesta expressão então a potência teórica total de uma unidade geradora a gente vai calcular multiplicando esses valores e olha a alegria a gente vê que os as unidades de medidas são todas do sistema internacional quilograma metro cúbico metro cúbico segundo metro segundo e metro vamos fazer

a conta fazendo a multiplicação dos valores fornecidos nós vamos encontrar uma potência de 816,96 x 10 a sexta watts 10 a sexta significa milhão significa Mega Então nós vamos ter 816,96 megawatts de potência teórica total em uma unidade Douglas e qual que é a potência realmente utilizada a gente sabe de acordo com o enunciado o valor da potência Total Douglas o total das 20 unidades geradoras dá 14 mil megawatch de potência aqui a gente precisa fazer o seguinte ó 20 unidades vai nos dar 14 mil megawatts aí você me uma unidade está fornecendo quanto chamada

regra de três simples esta conta se 20 unidades dão isso uma unidade da isso dividido por 20 quanto é que vai dar 14 mil Mega watts de potência dividido por 20 fazendo esta conta vai dar 1.400 por 2 Olha a potência que a gente tem funcionando rodando é de 700 megawatts Mas o problema ele é malvado no seguinte sentido ele quer não só que você tenha calculado esses dois valores não você viu que o total que esta unidade pode te dar é 816 Mas ela está te fornecendo megawatts o que que o problema pede de

você a diferença e eu vou então Apagar este pedaço para a gente terminar aqui nós terminamos nosso raciocínio a diferença entre o que ela pode me dar e o que ela está dando né os 816,96 e os 700 vai dar 116,96 e por isso a opção correta é o item c de casa cuidado fica que a moral da história o Exame Nacional do Ensino Médio não quero que você simplesmente decore as equações ele quer que você compreenda o significado dessas equações e consiga fazer bom uso delas e fazendo este bom uso significa saber que o

que você calculou aqui é a potência teórica total de uma unidade precisa saber que se 20 unidades me dão 14 mil megawatts divide isso tudo por 20 Você tem cada unidade te dando 700 megawa isso significa dizer que 116,96 megawatts não estão sendo aproveitados com isso nós ficamos por aqui gostou da nossa aula e acesse o nosso canal eu vou deixar o link aqui embaixo para que você se quiser se inscrever no nosso curso de mecânica para o Enem se inscreva vai ser uma alegria ter você com a gente se você gostou do nosso vídeo

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