Os seres humanos aprenderam a aproveitar a energia da água corrente há muitos milênios. Por mais de um século, a eletricidade foi gerada usando a força da água. A maioria das pessoas associa o uso da energia hidráulica ao represamento dos rios, mas a energia hidrelétrica também pode ser gerada pelo aproveitamento das marés.
As operações de geração hidrelétrica abrangem um vasto terreno e muitos climas, desde o permafrost do Ártico até a floresta equatorial. A localização geográfica da usina geradora afetará as condições perigosas que podem estar presentes, uma vez que riscos ocupacionais como insetos e animais agressivos, ou mesmo plantas venenosas, variam de local para local.
Uma estação de hidrogenação geralmente consiste em um barragem que retém uma grande quantidade de água, um vertedouro que libera o excesso de água de forma controlada e um poço de energia. Diques e outras estruturas de contenção e controle de água também podem fazer parte da usina hidrelétrica, embora não estejam diretamente envolvidas na geração de eletricidade. A casa de força contém canais condutores que guiam a água através de turbinas que convertem o fluxo linear da água em um fluxo rotativo. A água cairá pelas pás da turbina ou fluirá horizontalmente através delas. A turbina e o gerador estão conectados entre si. Assim, a rotação da turbina causa a rotação do rotor do gerador.
O potencial de energia elétrica do fluxo de água é o produto da massa da água, a altura pela qual ela cai e a aceleração gravitacional. A massa é uma função da quantidade de água que está disponível e sua taxa de fluxo. O design da estação de energia determinará a altura da água. A maioria dos projetos extrai água de perto do topo da barragem e, em seguida, descarrega-a no fundo em um leito de rio existente a jusante. Isso otimiza a altura enquanto mantém um fluxo razoável e controlável.
Na maioria das usinas hidrelétricas modernas, os turbogeradores são orientados verticalmente. Essas são as estruturas familiares que se projetam acima do andar principal nessas estações. No entanto, quase toda a estrutura está localizada abaixo do que é visível ao nível do piso principal. Isso inclui o poço do gerador e, abaixo dele, o poço da turbina e o tubo de admissão e descarga. Essas estruturas e os canais de condução de água são inseridos ocasionalmente.
Nas estações de safra mais antiga, o turbogerador é orientado horizontalmente. O eixo da turbina se projeta de uma parede para a casa de força, onde se conecta ao gerador. O gerador se assemelha a um motor elétrico de caixa aberta muito grande e antigo. Como testemunho do desenho e qualidade de construção destes equipamentos, ainda se encontram em funcionamento algumas instalações do virar do século. Algumas estações atuais incorporam versões atualizadas dos designs das estações mais antigas. Nessas estações, o canal de água envolve completamente o turbogerador e a entrada é feita por um invólucro tubular que passa pelo canal de água.
Um campo magnético é mantido nos enrolamentos do rotor do gerador. A energia para este campo é fornecida por bancos de chumbo-ácido ou baterias de níquel-cádmio com enchimento cáustico. O movimento do rotor e o campo magnético presente em seus enrolamentos induzem um campo eletromagnético nos enrolamentos do estator. O campo eletromagnético induzido fornece a energia elétrica que é fornecida à rede elétrica. A tensão elétrica é a pressão elétrica que surge da água corrente. Para manter a pressão elétrica – ou seja, a voltagem – em um nível constante, é necessário alterar o fluxo de água na turbina. Isso será feito conforme a demanda ou as condições mudarem.
O fluxo de eletricidade pode levar a arco elétrico, como por exemplo, no conjunto da excitatriz no rotor. O arco elétrico pode gerar ozônio, que, mesmo em níveis baixos, pode afetar adversamente a borracha da mangueira de incêndio e outros materiais.
Geradores de energia hidrelétrica produzem correntes muito altas e altas tensões. Os condutores dos geradores se conectam a um transformador da unidade e deste a um transformador de potência. O transformador de potência aumenta a tensão e reduz a corrente para transmissão em longas distâncias. A baixa corrente minimiza a perda de energia devido ao aquecimento durante a transmissão. Alguns sistemas usam gás hexafluoreto de enxofre no lugar de óleos convencionais como isolante. O arco elétrico pode produzir produtos de decomposição que podem ser significativamente mais perigosos do que o hexafluoreto de enxofre.
Os circuitos elétricos incluem disjuntores que podem desligar o gerador da rede elétrica de forma rápida e imprevisível. Algumas unidades utilizam um jato de ar comprimido para quebrar a conexão. Quando essa unidade entra em ação, ela produz um nível extremamente alto de ruído impulsivo.
Administração e Operações da Estação
A maioria das pessoas está familiarizada com os aspectos administrativos e operacionais da estação de geração hidrelétrica, que geralmente criam o perfil público da organização. A administração da usina procura garantir que a usina forneça um serviço confiável. A administração inclui pessoal de escritório envolvido em funções técnicas e de negócios e gerenciamento. O pessoal de operações da estação inclui gerentes e supervisores da planta e operadores de processo.
A hidrogeração é uma operação de processo, mas, ao contrário de outras operações de processo, como as da indústria química, muitas estações de hidrogenação não possuem pessoal operacional. O equipamento gerador é operado por controle remoto, às vezes de longas distâncias. Quase todas as atividades de trabalho ocorrem durante a manutenção, reparo, modificação e atualização de instalações e equipamentos. Esse modo de operação exige sistemas eficazes que possam transferir o controle da produção de energia para a manutenção, a fim de evitar partidas inesperadas.
Perigos e a estrutura de gerenciamento
As concessionárias de energia elétrica são tradicionalmente gerenciadas como organizações “de baixo para cima”. Ou seja, a estrutura organizacional tradicionalmente fornece um caminho de mobilidade ascendente que começa com cargos de nível básico e leva à gerência sênior. Relativamente poucos indivíduos entram na organização lateralmente. Isso significa que a supervisão e a gestão em uma concessionária de energia provavelmente experimentaram as mesmas condições de trabalho que os indivíduos que atualmente ocupam cargos de nível básico. Tal estrutura organizacional pode ter implicações no que diz respeito à exposição potencial do trabalhador a agentes perigosos, especialmente aqueles que têm efeitos cumulativos crônicos. Por exemplo, considere o ruído. Funcionários que atualmente ocupam cargos de gerência podem ter sofrido perda auditiva grave quando trabalhavam em empregos com exposição ocupacional a ruídos. Sua perda auditiva pode passar despercebida nos programas de testes audiométricos da empresa, uma vez que tais programas geralmente incluem apenas os funcionários que estão atualmente expostos a altos níveis de ruído no trabalho.
Manutenção de Equipamento Gerador
A manutenção de equipamentos geradores subdivide-se em dois tipos principais de atividade: manutenção elétrica e manutenção mecânica. Embora ambos os tipos de trabalho possam ocorrer simultaneamente e lado a lado, as habilidades e o trabalho necessários para realizá-los são completamente diferentes.
A manutenção pode exigir o desligamento e desmontagem de uma unidade. O fluxo de água na entrada é controlado por headgates. Headgates são estruturas de aço que são abaixadas no canal de entrada para bloquear o fluxo de água. Bloquear o fluxo permite que a água seja drenada dos canais internos. O nível de água quiescente na saída da turbina (tubo de sucção) está abaixo do nível da caixa scroll e das pás do rotor da turbina. Isso permite o acesso a essas estruturas. A caixa scroll é uma estrutura cônica em forma de espiral que direciona o fluxo de água ao redor do rotor da turbina de maneira uniforme. A água passa da caixa de rolagem através de palhetas-guia que direcionam o fluxo e palhetas móveis (postigos) que controlam o volume.
Quando necessário, o gerador e a turbina podem ser removidos de seus locais normais e colocados no piso principal da casa de força. A remoção pode ser necessária para repintura ou desengorduramento e reparo e substituição de enrolamentos, rolamentos, freios ou sistemas hidráulicos.
Às vezes, as pás do rotor, bem como os postigos, as palhetas-guia e as estruturas condutoras de água na caixa do scroll e no tubo de sucção, sofrem danos por cavitação. A cavitação ocorre quando a pressão na água cai abaixo de sua pressão de vapor. Quando isso acontece, formam-se bolhas de gás e a turbulência causada por essas bolhas erode os materiais com os quais a água toca. Pode ser necessário reparar os materiais danificados por soldagem, ou reparando e recobrindo as superfícies de aço e concreto.
As estruturas de aço também podem exigir reparo e recobrimento se estiverem corroídas.
Riscos
Há uma variedade de riscos associados à geração de energia hidrelétrica. Alguns desses riscos são compartilhados por todos os funcionários que trabalham na indústria, enquanto outros são restritos aos envolvidos em atividades de manutenção elétrica ou mecânica. A maioria dos perigos que podem surgir estão resumidos na tabela 1 e na tabela 2, que também resumem as precauções.
Tabela 1. Controlando as exposições a riscos químicos e biológicos selecionados na geração de energia hidrelétrica
|
Exposição |
Onde pode ser encontrado |
Trabalhadores afetados |
Abordagens para controlar |
|
Poeiras abrasivas |
A poeira pode conter material de explosão e poeira de tinta. A tinta aplicada antes de 1971 pode conter PCBs. |
Mecânico |
-Sistema de controle de poeira |
|
Amianto |
O amianto pode estar presente em freios de geradores, tubos e isolamento elétrico, revestimentos em spray, cimento de amianto e outros produtos; a exposição depende da friabilidade e da proximidade da fonte. |
Manutenção elétrica |
-Adote as melhores práticas atuais para trabalhos envolvendo amianto- |
|
Bateria |
Curto-circuito entre terminais em bancos de baterias pode causar explosão e incêndio e exposição a líquidos e aerossóis do eletrólito. |
Manutenção elétrica |
-Blindagem dos terminais da bateria e condutores não isolados |
|
Revestimento |
As emissões podem incluir: monóxido de carbono, pigmentos inorgânicos contendo chumbo e outros cromatos e produtos de decomposição de resinas de tintas. Os PCBs podem ter sido usados como plastificantes antes de 1971. Os PCBs podem formar furanos e dioxinas quando aquecidos. |
Mecânico |
-Ventilação de exaustão local |
|
Cloro |
A exposição ao cloro pode ocorrer durante a conexão/desconexão de cilindros de cloro em sistemas de tratamento de água e esgoto. |
Operadores |
-Siga as diretrizes da indústria de cloro ao trabalhar com cilindros de cloro |
|
Desengorduramento |
O desengorduramento de equipamentos elétricos requer solventes com propriedades específicas de inflamabilidade, solvatação e rápida evaporação sem deixar resíduos; os solventes que atendem a essas características são voláteis e podem apresentar riscos de inalação. |
Manutenção elétrica |
-Ventilação de exaustão local |
|
Diesel |
As emissões incluem principalmente dióxido de nitrogênio, óxido nítrico, monóxido de carbono, dióxido de carbono, dióxido de enxofre e partículas contendo hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs) de veículos ou motores operados na casa de força. |
Todos os trabalhadores |
-Proibir a circulação de automóveis e caminhões em prédios. |
|
Restos de insetos |
Alguns insetos se reproduzem nas águas rápidas ao redor da estação; após o acasalamento, os adultos morrem e as carcaças apodrecem e secam; alguns indivíduos desenvolvem problemas respiratórios alérgicos
Após a drenagem, as larvas de insetos que vivem nos canais de água podem tentar baixar seus corpos na água restante pela produção de cordas semelhantes a fios; alguns indivíduos podem desenvolver sensibilidade respiratória alérgica à poeira resultante da secagem desses materiais. |
Todos os trabalhadores
|
-Insetos que passam parte de suas vidas em águas correntes perdem habitat devido à construção de um |
|
Óleos e lubrificantes |
Óleos e fluidos hidráulicos revestem os enrolamentos do rotor e do estator; a decomposição de hidrocarbonetos em contato com superfícies quentes pode produzir hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs). A exposição pode ocorrer por inalação e contato com a pele. O contato com a pele pode causar dermatite. |
Manutenção elétrica |
-Equipamento de proteção individual (depende das circunstâncias) |
|
ozono |
O ozônio gerado pelo arco no rotor e em outros equipamentos elétricos pode representar um problema de exposição, dependendo da proximidade da fonte. |
Todos os trabalhadores |
-Manter equipamentos elétricos para evitar arcos elétricos |
|
Vapores de tinta |
Os aerossóis de tinta contêm tinta pulverizada e diluente; solvente em gotículas e vapor pode formar mistura inflamável; sistema de resina pode incluir isocianatos, epóxis, aminas, peróxidos e outros intermediários reativos. |
Espectadores, pintores |
-Cabine de pintura |
|
policlorado |
Os PCBs foram usados em fluidos isolantes elétricos até o início dos anos 1970; fluidos originais ou resíduos ainda podem estar presentes em cabos, capacitores, transformadores ou outros equipamentos; a exposição pode ocorrer por inalação ou contato com a pele. Fogo ou aquecimento extremo durante o serviço podem converter PCBs em furanos e dioxinas. |
Manutenção elétrica |
-Equipamento de proteção pessoal |
|
hexafluoreto de enxofre |
A quebra do arco elétrico do hexafluoreto de enxofre produz substâncias gasosas e sólidas de toxicidade consideravelmente maior. |
Manutenção elétrica |
-Ventilação de exaustão local |
|
Soldagem e brasagem |
Cádmio, chumbo, prata na solda |
Electrical
Mecânico |
-Ventilação de exaustão local |
Tabela 2. Controlando as exposições a riscos químicos e biológicos selecionados na geração de energia hidrelétrica
|
Exposição |
Onde pode ser encontrado |
Trabalhadores afetados |
Abordagens para controlar |
|
Trabalho desajeitado |
O trabalho prolongado em postura inadequada pode levar a lesões musculoesqueléticas. |
Todos os trabalhadores |
-Equipamento projetado para refletir os princípios ergonômicos |
|
Espaços confinados |
A barragem, estruturas de controle, portões de controle, canais de condução de água, geradores e máquinas de turbinas contêm muitos fossos, fossas, tanques e outros espaços fechados e parcialmente fechados que podem se tornar deficientes em oxigênio, podem confinar atmosferas perigosas ou podem conter outras condições perigosas. |
Todos os trabalhadores |
-Dispositivos de teste de ar |
|
Drowning |
O afogamento pode ocorrer após uma queda na água em movimento rápido no forebay (zona de entrada) ou tailrace (zona de descarga) ou outra área. Água extremamente fria está presente em latitudes mais altas durante os meses de primavera, outono e inverno. |
Todos os trabalhadores |
-Barreiras de contenção de pessoal |
|
eletrocussão |
As áreas da estação contêm condutores energizados e não blindados; equipamentos contendo condutores blindados podem ficar energizados após a remoção da blindagem. O risco de eletrocussão resulta da entrada deliberada em áreas não autorizadas ou da falha acidental dos sistemas de proteção. |
Todos os trabalhadores |
-Estabelecer práticas e procedimentos para garantir condições seguras de trabalho com equipamentos elétricos. |
|
Eletromagnético |
Geradores e outros equipamentos elétricos produzem campos CC e CA de 60 Hz (e superiores); a exposição depende da proximidade da fonte e da blindagem oferecida pelas estruturas. Campos magnéticos são especialmente difíceis de atenuar por blindagem. A significância da exposição ainda não foi estabelecida. Radiofrequência: Efeitos em humanos não totalmente estabelecidos. |
Todos os trabalhadores |
-Perigo não estabelecido abaixo dos limites atuais |
|
HEAT |
Os geradores desenvolvem um calor considerável; geradores e trocadores de calor podem descarregar ar aquecido na casa de força; a estrutura da casa de força pode absorver e irradiar energia solar para dentro do prédio; lesões por calor podem ocorrer durante os meses mais quentes, dependendo do clima e do nível de esforço. |
Trabalhadores internos |
-Desviando o ar aquecido em direção ao telhado, blindagem, controles de engenharia |
|
Ruído |
O ruído de estado estacionário de geradores e outras fontes e tarefas pode exceder os limites regulamentados; disjuntores de explosão de ar produzem níveis muito altos de ruído de impacto; estes podem descarregar a qualquer momento. |
Todos os trabalhadores |
-Aplique a tecnologia de controle de ruído. |
|
Trabalho por turnos |
As operações de turno podem produzir tensões fisiológicas e psicossociais; tensões psicossociais podem ser especialmente sérias para o pequeno número de pessoas envolvidas em comunidades pequenas e isoladas onde essas operações tendem a estar localizadas. |
Operadores |
-Adote horários de trabalho que reflitam o conhecimento atual sobre os ritmos circadianos. |
|
Vibração mão-braço |
A vibração produzida por ferramentas manuais motorizadas e equipamentos manuais é transmitida por meio de alças. |
Manutenção elétrica |
-Utilizar ferramentas que atendam aos padrões atuais de vibração mão-braço. |
|
Vibração, corpo inteiro |
A vibração transmitida pela estrutura originada do movimento rotacional dos geradores e da turbulência dos fluxos de água é transmitida através de pisos e paredes. |
Todos os trabalhadores |
-Monitore e faça manutenção em equipamentos rotativos para minimizar a vibração. |
|
Unidades de exibição visual |
O uso eficaz de estações de trabalho computadorizadas depende da aplicação de princípios ergonômicos visuais e de escritório. |
Trabalhadores de escritório |
-Aplicar princípios ergonômicos de escritório para seleção e utilização de monitores de vídeo |
|
Relacionado ao clima |
A energia ultravioleta pode causar queimaduras solares, câncer de pele e catarata. O frio pode causar estresse por frio e congelamento. |
Trabalhadores ao ar livre |
-Vestuário de trabalho que protege contra o frio |
Efeitos ambientais
A geração hidrelétrica de energia foi promovida como sendo ambientalmente amigável. É claro que proporciona um enorme benefício à sociedade através do fornecimento de energia e da estabilização do fluxo de água. Mas essa geração de energia não vem sem um custo ambiental, que nos últimos anos tem recebido cada vez mais reconhecimento e atenção pública. Por exemplo, sabe-se agora que a inundação de grandes áreas da terra e da rocha por água ácida leva à lixiviação de metais desses materiais. A bioacumulação de mercúrio foi encontrada em peixes que foram capturados na água dessas áreas inundadas.
As inundações também alteram os padrões de turbulência na água, bem como o nível de oxigenação. Ambos podem ter sérios efeitos ecológicos. Por exemplo, as correntes de salmão desapareceram em rios represados. Esse desaparecimento ocorreu, em parte, porque o peixe não consegue localizar ou percorrer um caminho para o nível mais alto da água. Além disso, a água passou a se assemelhar mais a um lago do que a um rio, e a água parada de um lago não é compatível com as corridas de salmão.
As inundações também destroem o habitat dos peixes e podem destruir as áreas de reprodução de insetos, das quais os peixes e outros organismos dependem para se alimentar. Em alguns casos, as inundações destruíram terras agrícolas e florestais produtivas. A inundação de grandes áreas também aumentou a preocupação com as mudanças climáticas e outras mudanças no equilíbrio ecológico. A retenção de água doce que estava destinada a fluir para um corpo de água salgada também levantou preocupações sobre mudanças na salinidade.