• Usar um dispositivo mecânico para aproveitar a energia da água.

• Obter energia elétrica a partir da energia mecânica da água.

• Que no processo de geração de energia hidrelétrica em grande porte provoca impacto ao meio ambiente.

          Energia mecânica, energia elétrica, transformação de energia, gerador eletromagnético.

          Sugerimos que o(a) professor(a) inicie sua aula exibindo um filme, embora aparentemente infantil, é bem didático e fornece um resumo geral para introduzir o assunto da aula. O filme se encontra disponível em:

De onde vem a energia elétrica? 

Parte I

          Após apresentar o filme, comentar alguns pontos e destacar alguns trechos que achar convenientes poderá falar sobre o ciclo da água, com o objetivo de explicar a energia nela armazenada e principalmente destacar a fonte de toda energia responsável pelas atividades e vida em nosso Planeta.

Para isso poderá utilizar a seguinte animação disponível no link abaixo.

Energia hídrica 

         Após explicações, faça a seguinte pergunta para que respondam oralmente:

         Qual a origem da energia responsável pelo ciclo da água?

         Explique o tipo de energia que a água possui, quando se encontra em um ponto mais alto e quando escoa em rios e riachos.

·        Principalmente após assistir a animação deverão saber que essa energia que a água absorve vem do Sol.

·        Se a água está em repouso num ponto mais alto que determinado nível de referência ela possui energia potencial gravitacional e quando em movimento possui energia cinética.

Parte II

Para explicar como é constituída uma usina hidrelétrica, bem como cada segmento, poderá utilizar a figura abaixo:

1. Reservatório: Lago artificial onde a água é armazenada.
2. Represa ou Barragem: É uma barreira de contenção construída de concreto e em posição transversal ao leito do rio, com a finalidade de represar a água criando um lago artificial.
3. Duto: Canal em geral em forma de tubo que conduz a água do lago até a turbina.
4. Turbina: Roda móvel constituída de pás cuja função é transformar energia da água em energia mecânica de rotação. Seu eixo é conectado ao um gerador de energia elétrica.
5. Gerador: O eixo da turbina é acoplado ao eixo do gerador. À medida que a turbina gira, o eixo do gerador gira junto, fazendo com que a energia mecânica seja transformada em energia elétrica.
6. Subestação: A energia gerada pelo gerador é conduzida por cabos condutores de eletricidade até a subestação da usina onde em um transformador elevador, a tensão é elevada de maneira adequada à condução de eletricidade.

Para reforçar o funcionamento de uma usina hidrelétrica poderá exibir o filme, link abaixo, e utilizar essa animação. Se na escola dispuser de recursos para os alunos peça que, individualmente ou em duplas, acessem o endereço correspondente a essa animação; instrua-os para que acompanhe cada passo da animação na ordem nela apresentada.

            Peça aos alunos que em duplas apontem algum fato que indica danos provocados ao ambiente por uma usina hidrelétrica.

• Certamente a maioria vai atentar pelo fato de que a água represada pela barragem vai inundar uma área que dependendo do tamanho da barragem e do local poderá ser muito grande. Essa inundação provocará uma alteração enorme das condições de vida local.
• A área inundada principalmente se for grande poderá alterar o clima nas proximidades.
• A barragem impede ou dificulta a piracema de peixes que desovam nas cabeceiras dos rios.

http://static.hsw.com.br/gif/hydropower-plant-parts.gif

Usina hidrelétrica 

Parte III

            Para complementar e implementar o funcionamento de uma usina hidrelétrica poderá apresentar a animação, “Eletricidade: como gerar?” que se encontra disponível no Link abaixo. Novamente se dispuser de recursos para os alunos peça que, individualmente ou em duplas, acessem o endereço correspondente e seguindo passo a passo calculem o valor da vazão que deverá ter para gerar a potência que se deseja obter preenchendo o espaço em branco correspondente.

Essa animação simula como se calcula a vazão de água que aciona a turbina em função da quantidade de energia elétrica a ser gerada, dependo da altura de queda da água, da eficiência da turbina e da eficiência do gerador em uma usina hidrelétrica.

Se for apresentar a simulação para a turma, peça que cada aluno anote as equações e em duplas calculem o valor da vazão necessária para obter a potência desejada, 400 mega-watts. Escolha aleatoriamente os resultados obtidos por alguns alunos e peça que preencham no local indicado, espaço em branco, correspondente na simulação. Se não conseguirem obter o resultado correto, resolva passo a passo, com acompanhamento de todos para que possam conferir seus cálculos e fazer as correções se necessário.

Seguindo os passos na simulação apresentada:

• V = P/(ET.EG.g.h)
• V = 400.10⁶ /(0,96.0,92.9,8.120) – Unidades no SI
• V = 0,385.10⁶ m³
• V = 3,85.10⁵ m³, como na lacuna aceita apenas dois dígitos, segue:
• V = 3,9.10⁵ m³

A lacuna, espaço em branco deverá ser preenchido com “3.9”.

Eletricidade: como gerar? 

          Acesse link abaixo; sugerimos que repassem os dois primeiros sites aos alunos.

Como funcionam as usinas hidrelétricas

http://ciencia.hsw.uol.com.br/usinas-hidreletricas1.htm

Acesso em 11/04/2012.

Hidrelétricas brasileiras

http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/meio-ambiente-agua/hidreletricas-brasileiras.php

Acesso em 12/04/2012.

Aproveitamento hidroelétrico de castelo de bode

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=18064

Água e Energia

http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/meio-ambiente-agua/agua-e-energia.php

Acesso em 15/04/2012.

Fontes renováveis – parte 2

http://www.aneel.gov.br/arquivos/PDF/atlas_par2_cap3.pdf

Acesso em 17/04/2012.

          Para avaliar o conteúdo dessa aula, peça aos alunos para resolver em duplas, fora do horário de aulas, o problema abaixo. Deverá ser entregue durante uma futura aula de Física e será sorteada uma dupla para apresentar e explicar a resolução encontrada.

            Considerando que em média uma pessoa consome 54 kWh de energia elétrica por mês, calcule para uma cidade de 2 milhões de habitantes, a vazão mínima de água em uma usina, cuja eficiência de energia útil em relação a energia potencial da água é de 80 %,  sendo a altura de queda da água de 100 metros. Use g = 10 m/s².

Sugira aos alunos que antes de resolver o exercício, acesse:

Hidrelétrica

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=1495

• A energia E que cada habitante consome por dia é: E = 54/30 = 1,8 kwh.
• E = 1,8.10³.(J/s).3,6.10³ s; E = 6,48.10⁶J.
• Em 1 segundo: E_s = 6,48.10⁶J/24.3,6.10³ = 75 J
• Todos habitantes consomem em 1,0 segundo a energia de: E_total = 2.10⁶.75 J = 1,5.10⁸ J
• 1,5.10⁸ = 0,80.M.g.h
• 1,5.10⁸ = 0,80.M.10.100, Unidades no SI
• M = 1,875.10⁵ kg
• d = M/V; V = M/d; d = densidade absoluta da água e V = volume.
• V = 1,875.10⁵/10³ - (Unidades no SI).
• V = 1,875.10² m³
• V = 187,5 m³