Curso Engenharia de Energia / CECA / UFAL

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'''Usinas Reversíveis Brasil'''</big>
'''Usinas Reversíveis Brasil'''</big>


'''#''' <big>'''(1) Usina de Vigário'''</big>
[https://ceca.wikioasis.org/wiki/Usina_Elevat%C3%B3ria_de_Pedreira Usina Elevatória de Pedreira]
 
[https://ceca.wikioasis.org/wiki/7_Usina_Hidrel%C3%A9trica_Revers%C3%ADvel_Kannagawa 7. Usina Hidrelétrica Reversível Kannagawa]
 
'''#''' <big>'''1. Usina de Vigário'''</big>


As Usinas Hidrelétricas são empreendimentos de engenharia projetados para a geração de energia elétrica, cujo funcionamento fundamenta-se na conversão da energia mecânica, proveniente do movimento das pás dos rotores acoplados aos geradores, em energia elétrica. Esse processo é viabilizado pelo aproveitamento do fluxo de água, que, ao movimentar as turbinas, transforma a energia potencial e cinética da água em energia mecânica, a qual é subsequentemente convertida em energia elétrica pelos geradores. Dessa forma, as hidrelétricas desempenham um papel estratégico no sistema energético, contribuindo para o suprimento de eletricidade de maneira sustentável e renovável, alinhando-se às demandas globais por fontes de energia limpa e de baixo impacto ambiental.
As Usinas Hidrelétricas são empreendimentos de engenharia projetados para a geração de energia elétrica, cujo funcionamento fundamenta-se na conversão da energia mecânica, proveniente do movimento das pás dos rotores acoplados aos geradores, em energia elétrica. Esse processo é viabilizado pelo aproveitamento do fluxo de água, que, ao movimentar as turbinas, transforma a energia potencial e cinética da água em energia mecânica, a qual é subsequentemente convertida em energia elétrica pelos geradores. Dessa forma, as hidrelétricas desempenham um papel estratégico no sistema energético, contribuindo para o suprimento de eletricidade de maneira sustentável e renovável, alinhando-se às demandas globais por fontes de energia limpa e de baixo impacto ambiental.
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No panorama brasileiro, existem atualmente quatro usinas reversíveis instaladas: Pedreira, Traição e Edgard de Souza, localizadas no estado de São Paulo, e Vigário, no estado do Rio de Janeiro. Contudo, essas instalações não operam em sua total capacidade como usinas reversíveis, uma vez que sua função principal foi reorientada para o controle de cheias em rios. Essa mudança de prioridade fez com que o uso dessas estruturas para geração de energia elétrica caísse em desuso.
No panorama brasileiro, existem atualmente quatro usinas reversíveis instaladas: Pedreira, Traição e Edgard de Souza, localizadas no estado de São Paulo, e Vigário, no estado do Rio de Janeiro. Contudo, essas instalações não operam em sua total capacidade como usinas reversíveis, uma vez que sua função principal foi reorientada para o controle de cheias em rios. Essa mudança de prioridade fez com que o uso dessas estruturas para geração de energia elétrica caísse em desuso.


A usina de Vigário (88MW) integra o complexo Lajes, no estado do Rio de Janeiro, embora possua unidades reversíveis, sua função principal é bombear a água do rio Paraíba do Sul para o reservatório de Vigário, permitindo a geração na usina de Nilo Peçanha.


A Usina Elevatória de Vigário é uma importante obra da engenharia hidráulica no Brasil, tendo um papel essencial no abastecimento de água e na estabilidade energética da Região Metropolitana do Rio de Janeiro. Inaugurada em 1952, com suas turbinas instaladas em 1953, foi uma das pioneiras no mundo a empregar turbinas reversíveis em grande escala, precedida apenas pelas usinas de Pedreira e Traição, em São Paulo. Sua principal finalidade é transferir as águas do Rio Paraíba do Sul para a Bacia do Rio Guandu, assegurando o fornecimento de água para milhões de pessoas e contribuindo para o equilíbrio do sistema elétrico da região.
A Usina Elevatória de Vigário é uma importante obra da engenharia hidráulica no Brasil, tendo um papel essencial no abastecimento de água e na estabilidade energética da Região Metropolitana do Rio de Janeiro. Inaugurada em 1952, com suas turbinas instaladas em 1953, foi uma das pioneiras no mundo a empregar turbinas reversíveis em grande escala, precedida apenas pelas usinas de Pedreira e Traição, em São Paulo. Sua principal finalidade é transferir as águas do Rio Paraíba do Sul para a Bacia do Rio Guandu, assegurando o fornecimento de água para milhões de pessoas e contribuindo para o equilíbrio do sistema elétrico da região.
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As turbinas utilizadas em Vigário são do tipo Francis reversível, um projeto que permite que a mesma máquina funcione como bomba hidráulica, ou seja, quando há excesso de energia na rede, a usina consome eletricidade para bombear água do reservatório inferior (Santana) para o superior (Vigário). E turbina geradora, que em situações de alta demanda, a água pode ser liberada para gerar energia, embora esse modo seja menos utilizado devido ao foco no abastecimento hídrico. Esse sistema foi inovador na época e serviu de modelo para outras usinas no Brasil e no mundo.
As turbinas utilizadas em Vigário são do tipo Francis reversível, um projeto que permite que a mesma máquina funcione como bomba hidráulica, ou seja, quando há excesso de energia na rede, a usina consome eletricidade para bombear água do reservatório inferior (Santana) para o superior (Vigário). E turbina geradora, que em situações de alta demanda, a água pode ser liberada para gerar energia, embora esse modo seja menos utilizado devido ao foco no abastecimento hídrico. Esse sistema foi inovador na época e serviu de modelo para outras usinas no Brasil e no mundo.


<big>
A tubulação possui um comprimento aproximado de 85 metros e está equipada com duas unidades de curvas de 45 graus, localizadas no topo de sua estrutura e na junção com a turbina. Além disso, dispõe de duas comportas, que atuam no controle do fluxo hídrico, impedindo a entrada e saída de água durante sua operação. O objetivo principal desse sistema é promover a elevação das águas do rio Piraí até o rio Paraíba do Sul.
'''# (2) Usina Elevatória de Pedreira</big>'''
 
A Usina Elevatória de Pedreira está localizada sobre o Rio Pinheiros na cidade de São Paulo e integra o complexo hidroelétrico Henry Bordem. Sendo ela responsável pelo bombeamento da água do rio até o reservatório Billings para produção de energia elétrica na usina de Henry Borden.
 
Foi inaugurada em 1939, sendo pioneira no mundo ao operar uma máquina reversível radial, produzida pela Voith Hydro. Esta primeira unidade tinha capacidade de 18 m³/s e potência de 6.430 HP.
 
Esse sistema demonstra que é possível bombear água para o Reservatório Billings ou gerar energia. A empresa em operação atual é a Empresa Metropolitana de Água e Energia S.A (EMAE).
 
Atualmente, o sistema opera somente diante de alta na vazão do rio Tietê ou canal Pinheiros para controle de enchentes.
 
A usina de Pedreira é composta por 08 unidades geradoras, sendo 07 delas reversíveis e 01 que atua somente no bombeamento. Todas elas são munidas de rotores tipo Francis, sendo estas turbinas movidas a motores síncronos.
 
O conjunto de turbinas bombeiam 395 m³/s, com um recalque de 25 m, chegando à potência de 100 MW.
 
Algumas destas máquinas possuem 42 m³/s e 18.100 HP de potência, dados utilizados como base para cálculo de perdas de carga nas tubulações, descrito no capítulo posterior
 
'''#''' <big>'''(3) Usina Hidrelétrica Reversível Cortes - La Muela I'''</big>
 
<big>'''1. Decrição'''</big>
 
A usina hidrelétrica reversível La Muela I faz parte do Complexo Hidrelétrico Cortes-La Muela, localizado no município de Cortes de Pallás (Valência), na bacia do rio Júcar. É uma instalação de bombeamento reversível que aproveita o desnível entre o reservatório superior de La Muela e o reservatório inferior de Cortes representado pelo rio Júcar para gerar e armazenar energia elétrica.
 
<big>'''2. Histórico'''</big>
 
O complexo Cortes-La Muela , localizado em um impressionante cânion de águas azuis profundas do Rio Júcar, iniciou a construção de sua primeira fase em 1983. Naquela época, foram instaladas a represa Cortes, com altura de 116 metros e tipo arco-gravidade, com potência instalada de 290 MW, e La Muela I, comissionada em 1989, que tem 634 MW de potência em turbinação e 549 MW em bombeamento. O reservatório superior ocupa mais de um milhão de metros quadrados tendo 23 Hm³ de água e sendo capaz de abastecer o consumo doméstico diário de 6,75 milhões de pessoas.
Em 2015, o complexo foi expandido com a construção da usina hidrelétrica La Muela II. Com uma capacidade instalada de 880 MW em turbinação e 744 MW em bombeamento, esta nova instalação tornou este complexo a maior capacidade instalada na Europa com mais de 1.800 MW em turbinação e 1.293 MW em bombeamento.
 
<big>'''3. Detalhes do projeto de La Muela I'''</big>


A usina opera com turbinas Francis reversíveis, capazes de gerar energia quando a água flui do reservatório superior para o inferior e de bombear água de volta ao reservatório superior durante períodos de baixa demanda. Está localizada na coordenadas (WGS 84), 39,2628, -0,9192.


• Capacidade Instalada:
= <big >'''3. Usina Hidrelétrica Reversível Cortes-La Muela I'''<big> =
- Geração: 634 MW
- Bombeamento: 549 MW
 
• Reservatórios:
- Reservatório Superior (La Muela): Capacidade de aproximadamente 23 milhões de m³.
- Reservatório Inferior (Cortes de Pallás): Formado pelo represamento do rio Júcar, com capacidade de    aproximadamente 116 milhões de m³.
 
• Turbinas / Bombas:
Os 634 MW de capacidade de geração de La Muela I são produzidos por três turbinas Francis reversíveis fabricadas pela Voith Hydro e a capacidade total de bombeamento desta casa de força é de 549 MW. A capacidade individual de bombeamento fica em torno de 183 MW e de turbinamento em torno de 211 MW. A velocidade de rotação das turbinas gira em torno de 500 rpm. A eficiência de bombeamento fica em torno de 80 % e a energia gerada anualmente é de ~1.000 GWh (varia conforme a demanda)
 
• Tubulação:
O reservatório inferior está ligado ao reservatório superior por meio de um conduto forçado que faz uma ponte com um desnível de 524 metros, com 4,80 metros de diâmetro e 855 metros de comprimento e um ângulo de 45°. A vazão de trabalho é cerca de 48 m³/s por turbina na geração e 36 m³/s no bombeamento e a vazão máxima total das três turbinas em geração é cerca de 150 m³/s e em turbinação é de 120 m³/s.
 
A usina Hidrelétrica Reversível Corte-La Muela I possui um tempo de resposta para entrar em operação de apenas 2 minutos, possuim subestação integrada a rede elétrica espanhola e trabalha com uma tensão de 220 V.
 
<big>'''4. Impacto ambiental de La Muela I'''</big>
 
Estudos de impacto ambiental (GARCÍA, 2022) demonstram que houve uma redução de 450.000 tCO2/ano, um índice de sustentabilidade hídrica de 0,87 juntamente com um monitoramento contínuo da ictiofauna (fauna de peixes).
 
= Usina Hidrelétrica Reversível Cortes-La Muela I =




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=== Capacidade Instalada===
=== Capacidade Instalada===
Turbinas reversíveis (turbinamento/bombeamento)
Turbinas reversíveis (turbinamento/bombeamento):
* Geração: 634 MW (3 turbinas de ~211 MW cada)
* Geração: 634 MW (3 turbinas de ~211 MW cada)
* Bombeamento: 549 MW (3 turbinas de ~183 MW)
* Bombeamento: 549 MW (3 turbinas de ~183 MW)
Line 111: Line 65:
* Eficiência de bombeamento: ~80%   
* Eficiência de bombeamento: ~80%   
* Vazão máxima:   
* Vazão máxima:   
  - Geração: 150 m³/s (total do arranjo)
  - Geração: 150 m³/s (total do arranjo)
  - Bombeamento: 120 m³/s (total do arranjo)  
  - Bombeamento: 120 m³/s (total do arranjo)
* Vazão de trabalho:
  - Geração: ~48 m³/s por turbina
  - Bombeamento: ~36 m³/s por turbina 
* Tubulação forçada:   
* Tubulação forçada:   
  - Desnível: 524 m   
  - Desnível: 524 m   
  - Diâmetro: 4,8 m   
  - Diâmetro: 4,8 m   
  - Comprimento: 855 m
  - Comprimento: 855 m


=== Reservatórios ===
=== Reservatórios ===
* ''Superior (La Muela):''  
* Superior (La Muela):   
  - Capacidade: 23 hm³   
  - Capacidade: 23 hm³   
  - Área: ~1.000.000 m²   
  - Área: ~1.000.000 m²   
* ''Inferior (Cortes):''  
* Inferior (Cortes):   
  - Capacidade: 116 hm³   
  - Capacidade: 116 hm³   
  - Formado pelo represamento do Rio Júcar
  - Formado pelo represamento do Rio Júcar


== Operação e Integração Elétrica ==
== Operação e Integração Elétrica ==
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* Redução de emissões: ~450.000 tCO₂/ano.   
* Redução de emissões: ~450.000 tCO₂/ano.   
* Índice de sustentabilidade hídrica: 0,87 (alto).   
* Índice de sustentabilidade hídrica: 0,87 (alto).   
* Monitoramento ambiental: Contínuo da [[ictiofauna]] e ecossistemas aquáticos.
* Monitoramento ambiental: Contínuo da ictiofauna e ecossistemas aquáticos.


== Importância do Complexo ==
== Importância do Complexo ==
* **Armazenamento de energia:** Bombeia água para o reservatório superior em períodos de baixa demanda (ex.: madrugada) e gera energia em horários de pico.   
* Armazenamento de energia: Bombeia água para o reservatório superior em períodos de baixa demanda (ex.: madrugada) e gera energia em horários de pico.   
* **Estabilidade da rede:** Auxilia no equilíbrio da rede elétrica espanhola, complementando fontes intermitentes ([[energia eólica|eólica]]/[[energia solar|solar]]).
* Estabilidade da rede: Auxilia no equilíbrio da rede elétrica espanhola, complementando fontes intermitentes energia eólica/energia solar).


== Curiosidades ==
== Curiosidades ==
* O reservatório '''La Muela''' tem capacidade para abastecer o consumo diário de '''6,75 milhões de pessoas'''.   
* O reservatório '''La Muela''' tem capacidade para abastecer o consumo diário de '''6,75 milhões de pessoas'''.   
* O complexo é um dos maiores sistemas de bombeamento reversível da [[Europa]].
* O complexo é um dos maiores sistemas de bombeamento reversível da Europa.
 
== Ver também ==
* [[Energia hidrelétrica]] 
* [[Usina hidrelétrica reversível]] 
* [[Complexo Hidrelétrico Cortes-La Muela]] 


== Referências ==
== Referências ==
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Wikipedia, Reservatório Cortes-La Muela. Disponível em: https://es.wikipedia.org/wiki/Embalse_de_Cortes-La_Muela
Wikipedia, Reservatório Cortes-La Muela. Disponível em: https://es.wikipedia.org/wiki/Embalse_de_Cortes-La_Muela


[[Categoria:Usinas hidrelétricas da Espanha]] 
=<big >'''# 4. Complexo Hidrelétrico Río Grande ''' </big>=
[[Categoria:Energia renovável]] 
[[Categoria:Engenharia hidráulica]] 
 
<big >'''# (4) Complexo Hidrelétrico Río Grande ''' </big>


O Complexo Hidrelétrico Río Grande é a maior central hidrelétrica reversível (ou de bombeamento) da América Latina e a terceira maior das Américas. Localizada no Vale de Calamuchita, a 130 km ao sul da cidade de Córdoba, na Argentina, esta usina foi projetada para gerar 750 MW de potência.
O Complexo Hidrelétrico Río Grande é a maior central hidrelétrica reversível (ou de bombeamento) da América Latina e a terceira maior das Américas. Localizada no Vale de Calamuchita, a 130 km ao sul da cidade de Córdoba, na Argentina, esta usina foi projetada para gerar 750 MW de potência.
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[[Categoria:Usinas Hidrelétricas]]
[[Categoria:Usinas Hidrelétricas]]
[[Categoria:Energia na Argentina]]
[[Categoria:Energia na Argentina]]
=<big >'''5. Usina Hidrelétrica de Goldisthal''' </big>=
== Descrição Geral ==
A Usina Reversível de Goldisthal é uma das maiores e mais modernas usinas de armazenamento por bombeamento da Alemanha. Localizada no estado da Turíngia, próximo à fronteira com a Baviera, essa hidrelétrica reversível desempenha um papel crucial no equilíbrio da rede elétrica e no armazenamento de energia renovável. 
A construção da usina começou em 1997, após anos de planejamento, e foi inaugurada oficialmente em 2003, tornando-se um marco na engenharia hidrelétrica europeia. Operada pela Vattenfall Europe Generation AG, uma das principais empresas de energia da região, a usina utiliza dois reservatórios em diferentes altitudes para gerar ou armazenar energia conforme a demanda. 
Uma hidrelétrica reversível, como a de Goldisthal, opera em dois modos: 
# Geração de Energia: Quando há alta demanda, a água do reservatório superior é liberada para o inferior, passando por turbinas que geram eletricidade. 
# Armazenamento de Energia: Em períodos de baixa demanda (e excedente energético, como em horários com muita geração eólica ou solar), a usina usa eletricidade para bombear a água de volta ao reservatório superior, armazenando-a para uso futuro.
 
Com uma capacidade total de 1.060 MW, a Usina Reversível de Goldisthal é uma peça essencial na transição energética alemã, garantindo flexibilidade e estabilidade ao sistema elétrico.
== Características Técnicas ==
A Usina Hidrelétrica Reversível de Goldisthal possui uma potência instalada total de 1.060 MW, distribuída em quatro unidades geradoras, sendo duas delas configuradas para
operação em velocidade variável, uma tecnologia inovadora que aumenta a eficiência na adaptação às flutuações da rede. Essa capacidade permite à Goldisthal atender a demanda de aproximadamente 1 milhão de residências, reforçando a estabilidade do sistema energético alemão, especialmente em cenários de alta penetração de fontes intermitentes, como eólica e solar.
O sistema é composto por quatro turbinas reversíveis do tipo Francis, projetadas para operar tanto na geração de energia (modo turbina) quanto no bombeamento de água para o reservatório superior (modo bomba). Cada turbina tem uma potência nominal de 265 MW, totalizando os 1.060 MW da usina. As turbinas Francis foram escolhidas por sua versatilidade em lidar com altas quedas d'água e vazões significativas, características essenciais para uma usina de armazenamento por bombeamento. A vazão máxima combinada das turbinas atinge até 101 m³/s durante a geração, enquanto, no modo bombeamento, a vazão é reduzida para cerca
de 80 m³/s, refletindo o maior consumo energético necessário para elevar a água contra a gravidade.
A usina opera com dois reservatórios: o superior, com capacidade de 12 hm³, e o inferior, com 18,9 hm³. Essa diferença de capacidade garante flexibilidade operacional, permitindo múltiplos ciclos de bombeamento e geração sem esvaziamento completo dos reservatórios. A diferença de altura (desnível) entre os dois reservatórios é de 301,65 metros, um fator crítico para a eficiência energética, já que a energia gerada é proporcional à altura da queda e à vazão. Esse desnível elevado maximiza a conversão da energia potencial da água em eletricidade, tornando o sistema altamente eficiente para armazenamento de grande escala.
A Goldisthal destaca-se também por sua eficiência global de ciclo, que é a medida da razão entre a energia elétrica gerada (saída) e a energia elétrica consumida no bombeamento (entrada), considerando um ciclo completo de armazenamento e recuperação de energia; que alcança cerca de 80% – valor típico em usinas reversíveis, considerando as perdas energéticas no bombeamento.
A usina pode ser acionada para operação plena em menos de 5 minutos, oferecendo resposta rápida a emergências na rede. Combinando tecnologia de ponta, capacidade de armazenamento estratégico e integração com fontes renováveis, a Goldisthal é um pilar da transição energética alemã, exemplificando como soluções hidrelétricas reversíveis podem equilibrar demandas complexas em sistemas elétricos modernos.
== Referências ==
<references />
* MACINTYRE, A. J. Bombas e instalações de bombeamento. Rio de Janeiro: LTC, 1997. 
* IDEL’ČIK, I. E. et al. Handbook of hydraulic resistance. Mumbai: Jaico Publishing House, 2008. 
* MUNSON, B. R.; YOUNG, D. F.; OKIISHI, T. H. Fundamentos da mecânica dos fluidos. São Paulo: Editora Blucher, 2004. 
* VOITH. Goldisthal, Germany – pumped storage plant. Disponível em: https://voith.com/corpen/industry-solutions/hydropower/pumped-storage-plants/goldisthal-germany.html.
=<big >'''6. Usina Hidrelétrica Los Reyunos''' </big>=
== Descrição Geral ==
A Usina Hidrelétrica Los Reyunos está localizada no Rio Diamante, na província de Mendoza, Argentina. Faz parte de um sistema hidrelétrico que inclui a represa Agua del Toro (montante) e El Tigre (jusante). Embora muitas vezes mencionada como usina reversível, na verdade opera como uma hidrelétrica convencional de fluxo a fio, sem capacidade de bombeamento.
== Histórico e Construção ==
A construção da represa Los Reyunos foi concluída em 1980, como parte do plano de desenvolvimento energético da região de Cuyo. O projeto foi desenvolvido pela Água e Energia Elétrica S.E. e construído pela Cons-Conbic S.A.C. A usina começou a operar comercialmente no mesmo ano de sua conclusão.
== Características Técnicas ==
=== Barragem ===
* Tipo de fundação: Rock-Aluvião
* Altura: 136 m
* Comprimento da coroação: 295 m
* Volume da barragem: 3.500.000 m³
* Capacidade de despejo: 2.300 m³/s
=== Reservatório ===
* Capacidade total: 260 hm³
* Área inundada: ~6,5 km²
=== Usina Hidrelétrica ===
* Potência instalada: 224 MW
* Geração média anual: 302 GWh
* Turbinas: 4 × Francis (56 MW cada)
* Vazão turbinada máxima: 275 m³/s
== Operação e Integração Elétrica ==
* Tempo de resposta: ~5 minutos
* Conexão: Integrada ao Sistema Argentino de Interconexão (SADI)
* Frequência de operação: 50 Hz
== Impacto Ambiental ==
* Redução de emissões: ~120.000 tCO₂/ano
* Monitoramento: Contínuo do ecossistema aquático do Rio Diamante
* Programas: Conservação da ictiofauna nativa
== Importância do Sistema ==
* Geração de energia limpa para a região de Mendoza
* Controle de cheias no Rio Diamante
* Suporte à agricultura irrigada no vale
* Estabilidade para a rede elétrica regional
== Curiosidades ==
* A represa foi construída em uma zona de alta atividade sísmica, com projetos especiais de engenharia antisísmica
* O reservatório é utilizado para pesca esportiva de trutas
* A usina opera com um fator de capacidade de cerca de 15-20%
== Referências ==
<references />
* ENEL Argentina. "Central Hidroeléctrica Los Reyunos". Disponível em: [www.enel.com.ar]
* Gobierno de Mendoza. "Plan Energético Provincial 2020-2030". 2020.
* Instituto Nacional del Agua. "Registro de Embalses Argentinos". 2023.
* Global Energy Observatory. "Los Reyunos Hydroelectric Plant". Disponível em: [https://globalenergyobservatory.org]
{{Usinas hidrelétricas da Argentina}}
{{Energia na Argentina}}
[[Categoria:Usinas hidrelétricas da Argentina]]
[[Categoria:Infraestrutura de Mendoza]]
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