Mecânica II · Episódio 6

A queda de 118 metros que acende o Brasil

Conservação em escala e potência hidráulica

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 61 / 19

O caso

Usina em corte: reservatório, barragem, conduto, turbina e gerador

barragem de 196 m · lago de 1.350
20 turbinas · queda de 118 m · 700 MW cada
total: 14.000 MW, ou 14 GW
cerca de 90 bilhões de kWh/ano · recorde 103,1 (2016) · nada queimado

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 62 / 19

O caso

barragem de 196 m · lago de 1.350
20 turbinas · queda de 118 m · 700 MW cada
total: 14.000 MW, ou 14 GW
cerca de 90 bilhões de kWh/ano · recorde 103,1 (2016) · nada queimado

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 62 / 19

O caso

barragem de 196 m · lago de 1.350
20 turbinas · queda de 118 m · 700 MW cada
total: 14.000 MW, ou 14 GW
cerca de 90 bilhões de kWh/ano · recorde 103,1 (2016) · nada queimado

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 62 / 19

O caso

barragem de 196 m · lago de 1.350
20 turbinas · queda de 118 m · 700 MW cada
total: 14.000 MW, ou 14 GW
cerca de 90 bilhões de kWh/ano · recorde 103,1 (2016) · nada queimado

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 62 / 19

Pergunta do episódio

Como uma queda d'água vira 700 MW numa única turbina?

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 63 / 19

Conceito 1 — Energia de um metro cúbico

Cubo de uma tonelada de água no alto de uma escala de 118 m

um metro cúbico de água:

zero: nível da água na saída · queda é a diferença
por kg é pouco → o segredo é kg por segundo

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 64 / 19

Exemplo resolvido — uma tonelada no alto

Um metro cúbico de água, 118 m acima da saída ()

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 65 / 19

Exemplo resolvido — uma tonelada no alto

Um metro cúbico de água, 118 m acima da saída ()

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 65 / 19

Exemplo resolvido — uma tonelada no alto

Um metro cúbico de água, 118 m acima da saída ()

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 65 / 19

Conceito 2 — Vazão

Fatia de 700 metros cúbicos passando pelo conduto a cada segundo

: volume por segundo, em
massa por segundo: · água:
uma turbina: cerca de 700 , ou 700 t por segundo

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 66 / 19

Conceito 2 — Vazão

: volume por segundo, em
massa por segundo: · água:
uma turbina: cerca de 700 , ou 700 t por segundo

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 66 / 19

Conceito 2 — Vazão

: volume por segundo, em
massa por segundo: · água:
uma turbina: cerca de 700 , ou 700 t por segundo

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 66 / 19

Exemplo resolvido — de litros a quilos

Um conduto pequeno leva 500 L/s de água

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 67 / 19

Exemplo resolvido — de litros a quilos

Um conduto pequeno leva 500 L/s de água

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 67 / 19

Exemplo resolvido — de litros a quilos

Um conduto pequeno leva 500 L/s de água

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 67 / 19

Conceito 3 — Potência hidráulica

Quatro fatores multiplicados dando 826 MW

no SI → watts
é a por segundo:

potência da água, antes das perdas

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 68 / 19

Exemplo resolvido — uma turbina

Vazão de 700 · queda de 118 m

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

em megawatts: 826 MW

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 69 / 19

Exemplo resolvido — uma turbina

Vazão de 700 · queda de 118 m

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

em megawatts: 826 MW

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 69 / 19

Exemplo resolvido — uma turbina

Vazão de 700 · queda de 118 m

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

em megawatts: 826 MW

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 69 / 19

Conceito 4 — Rendimento

826 MW da água: 700 MW elétricos e 126 MW de calor

perdas: atrito nos mancais, na água, nos enrolamentos → calor
usina: de 85 a 90% · motor de carro: cerca de 30%
placa de 700 MW:

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 610 / 19

Conceito 4 — Rendimento

perdas: atrito nos mancais, na água, nos enrolamentos → calor
usina: de 85 a 90% · motor de carro: cerca de 30%
placa de 700 MW:

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 610 / 19

Conceito 4 — Rendimento

perdas: atrito nos mancais, na água, nos enrolamentos → calor
usina: de 85 a 90% · motor de carro: cerca de 30%
placa de 700 MW:

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 610 / 19

Exemplo resolvido — pequena central

Queda de 20 m · vazão de 10 · rendimento de 80%

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

cerca de 290 chuveiros de 5.500 W

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 611 / 19

Exemplo resolvido — pequena central

Queda de 20 m · vazão de 10 · rendimento de 80%

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

cerca de 290 chuveiros de 5.500 W

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 611 / 19

Exemplo resolvido — pequena central

Queda de 20 m · vazão de 10 · rendimento de 80%

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

cerca de 290 chuveiros de 5.500 W

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 611 / 19

Conceito 5 — Energia do ano

Teto de 123 TWh contra produção real de 90 e recorde de 103,1

MW é potência · MWh, GWh, TWh são energia
plena carga o ano todo: teto
seca e manutenção → o real fica abaixo

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 612 / 19

Conceito 5 — Energia do ano

MW é potência · MWh, GWh, TWh são energia
plena carga o ano todo: teto
seca e manutenção → o real fica abaixo

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 612 / 19

Conceito 5 — Energia do ano

MW é potência · MWh, GWh, TWh são energia
plena carga o ano todo: teto
seca e manutenção → o real fica abaixo

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 612 / 19

Exemplo resolvido — o teto

14 GW a plena carga por 8.760 h · recorde de 103,1 TWh

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

122.640 GWh: cerca de 123 TWh

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 613 / 19

Exemplo resolvido — o teto

14 GW a plena carga por 8.760 h · recorde de 103,1 TWh

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

122.640 GWh: cerca de 123 TWh

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 613 / 19

Exemplo resolvido — o teto

14 GW a plena carga por 8.760 h · recorde de 103,1 TWh

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

122.640 GWh: cerca de 123 TWh

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 613 / 19

Conceito 6 — A energia veio do Sol

Ciclo da água: Sol, vapor, nuvem, chuva nas cabeceiras, rio, usina

Sol evapora → vapor sobe → chuva nas terras altas
a foi paga na subida do vapor
hidrelétrica: solar em escala de rio

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 614 / 19

Conceito 6 — A energia veio do Sol

Sol evapora → vapor sobe → chuva nas terras altas
a foi paga na subida do vapor
hidrelétrica: solar em escala de rio

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 614 / 19

Conceito 6 — A energia veio do Sol

Sol evapora → vapor sobe → chuva nas terras altas
a foi paga na subida do vapor
hidrelétrica: solar em escala de rio

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 614 / 19

Exemplo resolvido — chuva no alto

1 mm de chuva sobre 1 , 118 m acima da saída

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

cerca de 328 kWh

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 615 / 19

Exemplo resolvido — chuva no alto

1 mm de chuva sobre 1 , 118 m acima da saída

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

cerca de 328 kWh

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 615 / 19

Exemplo resolvido — chuva no alto

1 mm de chuva sobre 1 , 118 m acima da saída

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

cerca de 328 kWh

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 615 / 19

Radar ENEM

Usina modelo: 450 MW certo, 500 MW e 450 kW riscados

✗ sem rendimento: 500 MW em vez de 450 MW
✗ mega trocado por quilo: 450 kW
✗ vazão em litros direto na fórmula
✗ MW tratado como energia
✓ cadeia: potencial → cinética → rotação → elétrica (+ calor)

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 616 / 19

Radar ENEM

✗ sem rendimento: 500 MW em vez de 450 MW
✗ mega trocado por quilo: 450 kW
✗ vazão em litros direto na fórmula
✗ MW tratado como energia
✓ cadeia: potencial → cinética → rotação → elétrica (+ calor)

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 616 / 19

Radar ENEM

✗ sem rendimento: 500 MW em vez de 450 MW
✗ mega trocado por quilo: 450 kW
✗ vazão em litros direto na fórmula
✗ MW tratado como energia
✓ cadeia: potencial → cinética → rotação → elétrica (+ calor)

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 616 / 19

Radar ENEM

✗ sem rendimento: 500 MW em vez de 450 MW
✗ mega trocado por quilo: 450 kW
✗ vazão em litros direto na fórmula
✗ MW tratado como energia
✓ cadeia: potencial → cinética → rotação → elétrica (+ calor)

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 616 / 19

Radar ENEM

✗ sem rendimento: 500 MW em vez de 450 MW
✗ mega trocado por quilo: 450 kW
✗ vazão em litros direto na fórmula
✗ MW tratado como energia
✓ cadeia: potencial → cinética → rotação → elétrica (+ calor)

Professor Canário · Mecânica II · Episódio 616 / 19

Resumo em cinco peças