18 - O Caminho da Eletricidade
Veja aqui o percurso que a energia elétrica faz desde a usina onde ela é gerada até chegar na sua casa.
Os desenhos abaixo apresentam de forma esquemática os equipamentos que existem ao longo da linha.
A TURBINA é a máquina que é movimentada por alguma força externa. Essa força externa pode ser água em movimento ou vapor sob pressão.
No caso da água, teremos as Usinas Hidro-Elétricas. Ainda assim, pode haver 2 tipos de usinas.
Aquelas que se utilizam da Energia Potencial, isto é, aproveitam grandes alturas como na Usina Henry Borden, em Cubatão, que aproveita uma queda de quase 800 metros. Havendo grandes alturas não há a necessidade de grandes volumes de água. Nestas, a turbina é do tipo KAPLAN, que é formada por uma enorme roda de aço que tem na recipientes na forma de concha que recebem o impacto do jato de água sob grande pressão. O impacto é tão grande que ocorrem fenêmenos conhecidos como cavitação que vai "comendo" a superfície do aço.
Outro tipo de usina hidro-elétrica são aquelas que se utilizam da Energia da Vazão de água, isto é, aproveitam grandes volumes de água como em Ilha Solteira, Itaipú e na maior parte das hidrelétricas brasileiras. Nestas, a turbina é do tipo FRANCIS com enormes pás para captar melhor a água. Algumas turbinas como as de Itaipú chegam a medir 20 metros de diâmetro. Estas usinas são relativamente baixas, em torno de 60 metros de altura. Excessão é Itaipu que apresenta um desnível de quase 115 metros. Veja uma em http://www.itaipu.gov.br/dtport/unidade2.htm.
No caso do vapor, este vapor pode ser produzido por diversos tipos de fontes: Queima de óleo, queima de gás natural, queima de carvão, queima do bagaço de cana.
Em todos os casos há a necessidade de calor, muito calor, para produzir o vapor sob presssão. Então essas usinas são conhecidas como Termo-Elétricas.
As Usinas Nucleares também produzem vapor sob pressão. Mas o calor não é obtido pela QUEIMA de algum material, por isso elas não são consideradas Termo-Elétricas.
A turbina possui um EIXO acoplado a um gerador elétrico. O GERADOR transforma a Energia Mecânica em Energia Elétrica. A Energia Elétrica é conhecida também como Eletricidade. Essa energia gerada é de baixa tensão por questões de segurança operacional. Então a tensão gerada precisa ser elevada para poder ser transmitida a longas distâncias. Veja um deles em http://www.itaipu.gov.br/dtport/unidade1.htm. As Usinas Hidro-Elétricas são construídas em locais que tem rio caudaloso ou grandes quedas e esses locais nem sempre ficam perto das cidades. Então a eletricidade gerada precisa ser transmitidas (ou transportadas) pelas linhas de transmissão até as cidades. O TRANSFORMADOR tem a função de elevar a tensão. Os transformadores de Itaipú, pela potência que devem transformar, são enormes e pesam mais de 400 toneladas. Veja um deles em http://www.itaipu.gov.br/dtport/gis.htm
A BOBINA DE BLOQUEIO é um equipamento que serve para fazer a mixagem dos sinais de comando e controle.
Explicando melhor: A operação do sistema elétrico envolve comunicação entre os diversos componentes e essas comunidações não são realizadas pelos meios convencionais. Não se usa ondas de rádio nem o telefone. Estes sistemas são muito vulneráveis. As ondas de rádio sofrem interferência atmosférica e a telefonia é sujeita a panes e também a interferências atmosféricas. Então, o sistema elétrico possuem um meio próprio de comunicação que é a própria linha de transmissão.
Expliando melhor, a Linha que é utilizada para transportar Energia Elétrica é utilizada também para transportar sinais de comunicação. Por exemplo: A Usina de Três Marias envia energia elétrica para Belo Horizonte. O quanto ela deve produzir é determinada pela quantidade de pessoas, comercio e de fábricas que estão precisando de eletricidade. Isso se chama DEMANDA. Então, o valor desse total de energia é enviado de Belo Horizonte para Três Marias pelo próprio cabo que traz a energia elétrica.
Quem injeta e retira esses sinais de comunicação é a bobina de bloqueio.
O TRANSFORMADOR DE CORRENTE e o TRANSFORMADOR DE POTENCIAL são 2 aparelhos que servem para medir, respectivamente, a corrente e a tensão que estão saindo da usina. Esses dois parâmetros fornecem a quantidade de energia que está sendo enviada. Esses valores sãu utilizados pelo departamente financeiro para efetuar a cobrança da conta de luz.
O PÁRA-RAIOS é um equipamento de proteção que tem a função de absorver os ráios que caem nas linhas de transmissão. Ao longo da linha ocorrem chuvas e tempestades com relâmpagos e trovoadas. Os raios que caem nas linhas caminham pelas próprias linhas até chegar nas subestações. Logo na entrada (ou saída) existem esses pára-raios que absorvem os raios, desviando-os para a terra.
A Linha de Transmissão começa no pára-raios da Subestação da Usina e termina no pára-raios da Subestação de Distribuição. Cada linha é composta de 3 fases identificadas pelas letras A, B e V que significam Azul, Branca e Vermelha, que são as 3 fases da corrente trifásica.
Quanto mais alta a tensão, menor serão as perdas. A linha entre Itaipú e Tijuco Preto tem um comprimento de 700 kilometros e a tensão é de 750.000 Volts. Nas proximidades de centros urbanos não é seguro se operar com tensõs tão elevadas. Então as linhas operam com tensão de 230.000 Volts. Dentro da cidade a tensão é menor ainda. Pode ser em 138.000 Volts ou 69.000 Volts.
As torres são bem altas para a segurança das pessoas e veículos que passam debaixo das linhas. As linhas formam uma "barriga" por causa do seu peso. As torres da travessia do rio Tocantins em Tucuruí, chegam a medir 116 metros de altura. As torres muito altas, por questões de segurança da navegação aérea, devem ser pintadas de laranja e branco.
Os cabos elétricos ficam bem esticados. Em cada cabo pode haver uma força de 2.000 kilogramas para mantê-lo esticado. A distância média entre uma torre e outra é de 500 metros. Os cabos ficam tão esticados que na passagem do vento, eles podem vibrar como as cordas de um violão. Isso é muito perigoso pois o cabo pode entrar em ressonância e rebentar. Então são instalados dispositivos chamados de AMORTECEDORES de vibração. Algumas torres como as do Linhão da CESP que liga Ilha Solteira com São Paulo, são do tipo DUPLA, ou seja, carregam 2 circuitos trifásicos. É uma torre inovadora, muito bonita. Na época em que foram construídas não havia igual em outro lugar do mundo.
Na parte de cima dos circuitos existe um cabo fino. Este cabo não é fase e não conduz eletricidade. É um cabo de proteção chamado Cabo Pára-Raios e ficando por cima dos cicuitos formam uma espécie de guarda-chuva eletrostático que vai absorver os ráios provenientes dos relâmpagos que ocorrem em dias de chuvas e tempestades.
Os cabos Pára-Raios são muito finos e em dias nublados quase não são visíveis pelos pilotos de aeronaves de pequeno porte que voam a baixas altitudes. Essas aeronaves não dispõem de radar ou outra aparelhagem de navegação e seu vôo é visual, isto é, o piloto precisar ver por onde ele vai. Geralmente o trajeto é determinado por alguma estrada ou rio. Por exemplo, para ir de São Paulo para Panorana o piloto pode escolher entre ir pelo rio Tietê ou pela rodovia Washinton Luis.
Para a segurança do vôo, as linhas que atravessam estradas e rios devem possuir sinalizadores. Os mais utilizados são esferas de plástico pintadas na cor laranja. Esses sinalizadores são instalados no cabo mais alto da linha que é o Cabo Pára-Raios. Existem também sinalizadores elétricos que tem a vantagem de serem visíveis mesmo à noite.
Nem sempre o transporte é tranquilo.
As linhas de transmissão precisam, muitas vezes, atravessar por lugares de difícil acesso como mata fechada, morros e montanhas muito altas.
Por outro lado, há casos em que a linha precisa atravessar um rio muito largo e profundo.
Este é caso da Travessia do Rio Guamá, em Belém-PA. O Rio Guamá tem uma largura de 1.400 metros muito grande para ser atravessado com vão único por isso foi necessário construir uma torre no meio do rio.
Mas, o Guamá tem uma profundidade de 15 metros com correntes de até 10 metros por segundo na vazante e um fundo de mais de 30 metros de argila orgânica.
Veja mais detalhes desse "desafio" da engenharia clicando na figura ao lado.
A SUBESTAÇÃO DE DISTRIBUIÇÃO tem como função abaixar a elevada tensão de transmissão e de formar os diversos circuitos de distribuição. Uma circuito para o bairro do Tatuapé, outro para o bairro da Penha, etc.
Na entrada da subestão encontramos os equipamentos PR, TP, TC e BB cuja função já vimos.
Os equipamentos principais da subestação são o disjuntor e o transformador. O DISJUNTOR parece uma enorme chave de liga e desliga. São operadas a gás. No seu movimento de liga ou de desliga, a chave ocasiona o surgimento de uma faísca grande e forte. Esta faísca é tão forte que pode derreter o próprio disjuntor. Então, durante a manobra, é injetado um gás especial que vai apagar a faísca. É como a gente assoprando uma vela para apagar a sua chama.
O TRANSFORMADOR vai transformar a tensão de transmissão, geralmente elevada, para um tensão de distribuição em torno de 10.000 a 15.000 Volts.
Na saída de subestação temos também os TC, TP e PR já conhecidos. Pelos registros dos valores medidos no TC e TP, sabe-se quanto de energia elétrica foi fornecido ao bairro do Tatuapé.
A rede de distribuição é feita nas ruas do bairro.
Existem, basicamente 2 tipos de circuitos nos postes da rua: A Rede Primária e a Rede Secundária.
A Rede Primária é de tensão um pouco elevada (em torno de 10.000 a 15.000 Volts) e a sua trajetória é pelo ponto mais alto dos postes.
A Rede Secundária é na tensão de fornecimento, em 110 Volts e 220 volts. Há variações podendo-se encontrar tensão de 440 Volts ou mais dependendo das necessidades.
Nos grandes consumidores como fábricas, o fornecimento pode ser feito diretamente pela rede primária. Nestes casos, a fábrica precisar ter uma Cabine Primária para fazer, eles mesmos, o abaixamento para as tensões de consumo. Quem faz o abaixamento da tensão é o transformador instalado no poste da rua.
Veja outros detalhes na página: http://www.ebanataw.com.br/roberto/energia/ener11.thm.
Em regiões de grande concentração de consumo. As normas de saúde e segurança obrigam que as redes sejam subterrâneas. É a passagem de uma corrente elétrica elevada pode provocar doenças nas pessoas.
Assim, na região central das grandes cidades a rede de distribuição é subterrânea e não se vê postes com fios, cabos e transformadores nas ruas e avenidas.
Você que gosta de filme de peseguição de aumomóveis preste atenção nos próximos filmes Norte Americanos. Não existe poste nas ruas dos Estados Unidos. Uma perseguição nunca acaba com a colisão do carro em um poste. Ao contrário do que acontece nas cidades brasileiras, uma grande parcela de acidentes de trânsito acaba com uma colisão no poste, geralmente fatal.