Desenvolvimento de turbina hidráulica de pequeno porte para autoprodução de energia em propriedades rurais

Abstract

O uso de energias renováveis possui um papel fundamental na redução da emissão de gases do efeito estufa e, tratando-se de hidrelétricas como fonte renovável de energia, o Brasil ocupa a posição de um dos maiores produtores, mais de 60% da matriz elétrica brasileira é de origem hídrica. Entretanto, existe um potencial inexplorado de mais de 10 mil MW de rios voltados para pequena produção, além de uma baixa confiabilidade no sistema de distribuição de energia brasileiro. Considerando o contexto apresentado, o presente trabalho foi responsável pelo dimensionamento de uma turbina hidrelétrica do tipo Kaplan para autoprodução de energia em pequenas propriedades rurais com rios de baixa queda d’água. Para tal, utilizaram-se valores disponibilizados na literatura para a construção de um modelo inicial e posterior implementação de um perfil hidrodinâmico otimizado via algoritmo genético, os valores de potência são obtidos via simulação computacional e calcula-se que a turbina dimensionada tem capacidade de geração de 29,7 a 204,1 kW para condições de escoamento entre 3 e 7 metros de coluna d’água para o rio selecionado.

Renewable energy plays a crucial role in reducing greenhouse gas emissions. Regarding hydropower as a renewable energy source, Brazil stands out as one of the largest producers, with over 60% of its energy matrix derived from hydropower. However, there is an untapped potential of over 10,000 MW in rivers suitable for small-scale energy production, in addition to the low reliability of Brazil’s energy distribution system. Given this context, the present work designs a Kaplan-type hydroelectric turbine for self-energy production in small rural properties with rivers with low water heads. To achieve this, values from the literature are used to construct an initial model, followed by implementing an optimized hydrodynamic profile using a genetic algorithm. Power output values are obtained through computational simulations, and it is estimated that the designed turbine has a generation capacity ranging from 29.7 to 204.1 kW for flow conditions between 3 and 7 meters of water head for the chosen river