Geração de energia elétrica em adutora de sistema de abastecimento de água: protótipo de microcentral hidrelétrica

Abstract

A energia elétrica é um dos principais insumos, e o segundo mais oneroso, para as empresas de saneamento, as quais estão entre os maiores clientes das distribuidoras de eletricidade. Na atual conjuntura, a busca por novas fontes de energia limpa e de menor custo é uma das premissas básicas para a sustentabilidade do planeta, como também das corporações. O funcionamento das hidrelétricas fundamenta-se no aproveitamento do fluxo hídrico no interior de dutos, nos quais são instaladas turbinas, responsáveis por fornecer energia mecânica ao eixo de geradores de corrente elétrica. O presente trabalho teve como objetivo a comprovação da viabilidade técnica do aproveitamento de potencial existente nas tubulações dos sistemas de abastecimento de água, muitas das quais assemelham-se aos dutos das hidrelétricas convencionais, para a geração de energia elétrica. Foram desenhados e testados dispositivos para operar como microturbinas, a serem instaladas no interior de adutoras por gravidade e linhas tronco de redes distribuidoras, existentes ou a serem projetadas, aproveitando esse potencial. Foi avaliada a capacidade dos dispositivos criados para conversão da energia hidrodinâmica em mecânica e aferidos os parâmetros técnicos envolvidos. Foram mensuradas as perdas de carga hidráulica introduzidas, de modo a não se reduzir a vazão necessária ao abastecimento de água das populações atendidas a jusante do ponto de inserção. A pesquisa foi desenvolvida em etapas, com desenhos e simulações realizados através de computação gráfica. Na fase final foram impressos protótipos em plástico, em escala reduzida, e realizados testes práticos em campo. Os ensaios resultaram na obtenção do pretendido giro do eixo dos protótipos, com a conversão do fluxo hídrico em rotação no eixo dos dispositivos testados. Os modelos testados em campo obtiveram resultados de 330 rpm e 263 rpm, para o protótipo de maior e o de menor diâmetro, respectivamente, comprovando-se viabilidade técnica e probabilidade para surgimento de modal alternativo destinado à geração de energia elétrica em tubulações de sistemas de abastecimento de água. ________________________________________________________________________________________ ABSTRACT The electric energy is one of the principal inputs, second most onerous, to sanitation companies, which are among the principal electricity distributor’s clients. In the current situation, the search for new clean and lower costs energy sources is one of the basics premises for planet’s sustainability, and so for the companies as well. A hydroelectric operation is based on the exploitation of the hydric flow inside of ducts, on which are installed the turbines, who are responsible for the mechanical energy provision to the electric current’s generators shafts. The present work had the objective of proving the technical on the potential’s employment existent on the water supply system’s pipes, many of which are similar to the ducts of conventional hydroelectrics, for the electric energy generation. Devices were drawn and tested to operate like a microturbine, which should be, prospectively, installed on the pipelines’s insides, existing or to be designed, taking advantage on this potential. The capacity of the devices created for the conversion of hydrodynamic energy into mechanics was evaluated, and so were the involved technical parameters. The hydraulic load losses introduced were measured, in order to do not reduce the needed flow to the populations served downstream from the point of insertion’s water supply. The research was developed into stages, with drawings and simulations made through graphic computation. On the final stage, plastic prototypes were printed, on a reduced scale, and practical tests were executed. The trials resulted in the expected prototype axis’s gyre, with the water fluid’s conversion into the devices’s axis’s rotation. The field-tested models obtained the results of 330 rpm and 263 rpm, for the largest and the smallest prototype, respectively, proving technical viability and the probability of the emergence of alternative modalities intended to electric energy’s generation inside water supply systems’s pipes.