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How to cite this paperAn. 4. Enc. Energ. Meio Rural 2002
Desenvolvimento de uma metodologia para a adequação ambiental de Centrais Hidrelétricas quanto ao nível de ruído sonoro
Marco Aurelio Rodrígues de Paula; Harley Souza Alencar; Exdras Deivys Alves Moura
Universidade Federal de Engenharia de Itajubá - UNIFEI. Av. Benedito Pereira dos Santos, 1303 Bairro: Pinheirinho CEP 37500-903 - Itajubá - Minas Gerais. E-mails: marcoarp@hotmail.com, souzaalencar@aol.com
RESUMO
O parque energético brasileiro é constituído principalmente por Pequenas Centrais Hidrelétricas que aproveitam a energia da água dos rios para a geração de eletricidade. Desde a sua concepção, o licenciamento ambiental das mesmas representa o mais importante critério para garantir a implantação das mesmas. Todavia, após sua entrada em operação, podem aparecer problemas associados com a poluição sonora devido aos níveis de ruído produzidos pelos grupos turbina e geradores na casa de máquinas, que podem comprometer a qualidade de vida nos núcleos de ocupação humana no meio rural.
Neste trabalho, mostra-se que existe a necessidade para efetuar estudos no que se refere à implantação de unidades de geração de energia quanto aos níveis de ruído gerados, avaliando-os segundo a legislação federal. Realiza-se medições de ruído no sítio da PCH Luiz Dias, pertencente ao campus da Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI.
Palavras chave: Mapeamento Sonoro, Microcentrais Hidrelétricas, Meio Ambiente e Qualidade de Vida.
ABSTRACT
The Brazilian energetic park is constituted mainly by Small Power Plants that use the energy of water from the rivers for the electricity generation. Since your conception, the environmental licensing of the same represents the most important criterion to guarantee the implantation. However, after your input in operation, can appear problems with the sonorous pollution due to the noise levels produced by the turbine-generators groups in engine room, which can pledge life quality in the cores of human in the country occupation.
In this work, it shows that there is the need to make studies with regard to the implantation of energy generation units in relation to the levels of generated noise, evaluating them according to the Federal Legislation. It accomplishes noise mensurations in the ranch of SHP Luiz Dias, belonging to the campus of the Federal University of Engineering of Itajubá - UNIFEI.
INTRODUÇÃO
De toda a energia elétrica consumida no Brasil, cerca de 68 GW de potência elétrica instalada, mais de 90 % é de origem Hidráulica, que corresponde a 8% de toda a água doce existente no planeta, concentrando-se nos rios e lagos, cujo potencial energético estimado é de 269 GW.
Grande parte desta energia é transportada para todo o território nacional pelas linhas de transmissão de eletricidade, cuja extensão atual é, aproximadamente, de 70.000 km em tensões superiores a 230 kV. Todavia, no meio rural nem todas as regiões são atendidas pela rede elétrica com tensões até 13,8 kV, devido ao custo de sua implantação ser proibitivo para as pequenas comunidades rurais.
Após a captação, a água é transportada através de canais e tubos até a Casa de Máquinas, onde se realiza a transformação da energia hidráulica em energia elétrica. Este processo de transformação é efetuado por máquinas conhecidas por turbinas e geradores elétricos, os quais podem apresentar problemas de poluição sonora devido aos níveis de ruído e vibração mecânica consideráveis, contribuindo para o aumento da degradação ambiental e a conseqüente diminuição da qualidade de vida da população local.
Outro aspecto igualmente importante é a associação dos níveis de ruído como frutos das metamorfoses que o ambiente construído, seja nas cidades, seja nos campos, vem sofrendo com o progresso e a evolução das grandes cidades.
Diversas fontes de poluição consideradas subproduto do desenvolvimento tecnológico têm contribuído para a degradação ambiental. Desta forma, os núcleos de ocupação humana são expostos, em muitas circunstâncias, a condições de desconforto, baixa qualidade de vida com complicações inclusive na saúde humana.
Desta forma, obedecendo a resolução nº. 6 do CONAMA, de 16 de setembro de 1987, que estabelece regras para o licenciamento ambiental para obras de geração hidrelétrica e a resolução nº. 1 do CONAMA, 1990, que estabelece os limites para a emissão de ruído, este trabalho objetiva estabelecer uma metodologia para o levantamento dos níveis de ruído e vibração em centrais hidrelétricas com potências até 3 MW, bem como, conhecer a extensão de alcance dos efeitos da poluição sonora em relação aos núcleos de ocupação humana, como por exemplo, residências e fábricas. Para isso, realiza-se uma localização piloto dos níveis de ruído a partir do mapeamento sonoro do ruído emitido nas imediações das casas de máquinas.
OS PEQUENOS APROVEITAMENTOS HIDRELÉTRICOS
Os pequenos aproveitamentos hidrelétricos são unidades de geração capazes de transformar a energia hidráulica em energia elétrica. São formadas basicamente de um sistema de captação e transporte de água, bem como, de um sistema responsável pela conversão energética.
O primeiro e o segundo sistema constituem-se pelo reservatório, barragem, canal ou tubo de adução, câmara de carga e conduto forçado. A conversão energética é efetuada na Casa de Máquinas, onde existem máquinas capazes de transformar a energia hidráulica em energia mecânica, as turbinas hidráulicas, e transformar a energia mecânica em energia elétrica, os geradores.
Após a geração, a eletricidade é conduzida através de fios condutores até uma subestação, onde sairá em direção aos centros consumidores através das linhas de transmissão.
Estes aproveitamentos representam a principal fonte energética no Brasil, fornecendo mais de 90 % da energia consumida no pais, como é mostrado na tabela 1, comparando a participação do setor hidrelétrico em relação às demais fontes energéticas.
Observa-se da tabela 1 que mais de 95 % do parque gerador de eletricidade, com capacidade total de 72208 MW, é formado por hidrelétricas, sendo aproximadamente de 2 % a contribuição das termelétricas. Nota-se que a contribuição, devido às centrais eólicas e nucleares, é muito pequena.
Além disso, de toda a energia elétrica gerada está localizada em rios, os quais correspondem a 8% de toda a água doce existente no planeta, cujo potencial energético estimado é de 269 GW.
De acordo com os últimos levantamentos realizados pela Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL, existem mais do que 1200 pequenos aproveitamentos hidrelétricos, sendo que mais de 300 são Pequenas Centrais Hidrelétricas em operação, totalizando mais de 650 MW de potência elétrica instalada.
Estas Pequenas Centrais Hidrelétricas podem estar em sistemas isolados ou interligados através de linhas de transmissão do Norte ao Sul do Brasil, ultrapassando a marca dos 70.000 km de extensão com tensão de 230 kV, segundo o Operador Nacional do Sistema - ONS.
Diz-se que um aproveitamento hidrelétrico é uma Pequena Central quando possue potência elétrica instalada entre 1 e 30 MW e um reservatório com área alagada até 3 km2, segundo a Resolução ANEEL Nº 394, de 4 de dezembro de 1998.
Em Souza (1992) e Eletrobrás (2000) efetua-se uma análise detalhada sobre os procedimentos de planejamento, projeto e implantação de pequenos aproveitamentos hidrelétricos. Alguns aspectos quanto as tecnologias relevantes e disponíveis no Brasil para os estudos, projetos e construção de PCHs são também apresentados de forma sintética por Aurélio et al. (2002).
Qualquer que seja a importância do projeto do empreendimento hidrelétrico é necessário levantar três elementos fundamentais: (a) o recurso hidráulico disponível; (b) a forma para o transporte de energia elétrica; e (c) o destino da energia.
O primeiro elemento refere-se a determinação do altura de queda e da quantidade de água existentes no curso d´água no local. O segundo elemento relaciona-se ao custo para instalação de linhas de transmissão. E o terceiro elemento esta associado ao tipo de consumidor de eletricidade.
Uma vez concebido o projeto da central hidrelétrica, existem outros critérios relevantes para a autorização do funcionamento da mesma
Quanto aos aspectos do processo de outorga para autorização e registro de Pequenas Centrais Hidrelétricas junto a ANEEL, Lago e Nóbrega (2001) também realizam uma análise sucinta sobre os principais benefícios ofertados pelo Governo Federal de forma a melhorar a atratividade econômica das mesmas, por exemplo, a criação do Programa Nacional de Pequenas Hidrelétricas - PNCE.
Por outro lado, considerando os aspectos de impacto ambiental dos pequenos empreendimentos hidrelétricos, pode-se destacar a resolução nº. 6 do CONAMA, de 16 de setembro de 1987, que estabelece regras para o licenciamento ambiental para obras de geração hidrelétrica e a resolução nº. 1 do CONAMA, 1990, que estabelece os limites para a emissão de ruído.
Por estas resoluções, faz-se necessário levantar o nível e ruído sonoro periodicamente nas imediações da casa de máquinas da PCH construída, a fim de verificar a extensão de alcance dos efeitos da poluição sonora em relação aos núcleos de ocupação humana, por exemplo, residências e fábricas.
A CENTRAL HIDRELÉTRICA LUIZ DIAS
A Central Luis Dias foi concebida em 1908, pelo o então Capitão Luis Dias, diretor da Companhia Industrial Sul Mineira e vice-presidente da Câmara de Vereadores de Itajubá, no rio São Lourenço Velho, para atender a demanda de indústria têxtil do município e das cidades circunvizinhas. Os primeiros equipamentos — geradores, turbinas — foram adquiridos na Alemanha.
Em 11 de Setembro de 1914, inaugurou-se a primeira etapa da Usina Lourenço Velho. Eram duas unidades de 900 kVA, que abasteciam as cidades de Delfim Moreira, Itajubá, Maria da Fé, Pedralva e o distrito de Piranguinho. Estava inaugurada a Companhia Industrial Força e Luz. Em 1927 entrou em operação o terceiro grupo gerador, também de 900 kVA.
Em 1942, a Central do Lourenço Velho foi adquirida pela Companhia Sul Mineira de Eletricidade (CSME), que passou a denominá-la de Usina Luis Dias. Em 1969, a Central Luis Dias passou a ser administrada pela Companhia Energética de Minas Gerais (CEMIG), que a manteve em operação até 12 de março de 1993. Nesse mesmo ano, iniciou-se negociações entre a EFEI, a CEMIG e a Prefeitura Municipal de Itajubá, para a celebração de um convênio entre CEMIG e Prefeitura, que abriu possibilidades para a EFEI aproveitar as potencialidades hidro-energéticas oferecidas pelo sítio hidrológico da Central Luis Dias.
Em 21 de junho de 1994, através de um convênio a central luiz dias passa formalmente à competência administrativa da efei.
A Central Luiz Dias está localizada no rio Lourenço Velho, na sub-bacia hidrográfica do rio Sapucaí, bacia do Rio Grande, no município de Itajubá, a 18 km do Campus Universitário da UNIFEI. O acesso a ela se dá no quilômetro 8 da Rodovia Itajubá-Maria da Fé, num trajeto de 4 km em estrada de terra.
A central é classificada de desvio: tem 2,43 MW de potência instalada e um pequeno reservatório de pedras argamassadas, dotado de duas comportas ao fundo, com 5 m de altura e 43 m de comprimento e um vertedouro com 36 m de comprimento. O canal de adução em concreto armado tem 360 m de extensão.
As duas tubulações forçadas possuem diâmetro de 1,40 m, feitas em aço carbono rebitado, com 23 m de comprimento, dotadas, cada uma, de válvulas borboletas e grades na câmara de carga.
Na figura 1 é apresentado um mapa digitalizado do local do empreendimento hidrelétrico, destacando a estrutura civil da barragem (ponto vermelho), o acesso por estrada de terra e algumas residências. As linhas de nível apresentam alturas variando de 20 m.
A casa de máquinas é constituída em alvenaria, abriga três grupos geradores, com potência de 810 kW cada. As turbinas são do tipo Francis dupla, com eixo horizontal, fabricadas pela AMME Giesecke, operam a uma vazão de 3,75 m3/s, 28 m de queda e 720 rpm.
Os geradores com 900 kVA de potência nominal são dotados de excitatrizes e foram fabricados pela ESD para trabalhar a uma freqüência de 50 Hz, 600 rpm, 4000 V e fatores de potência 0,9. Em 1969, a freqüência e a rotação foram alteradas para 60 Hz e 720 rpm, respectivamente. Além destes equipamentos, a casa de máquinas abriga os quadros de comando e controle, a subestação, uma ponte rolante manual e um trole para movimentação dos transformadores.
A figura 2 apresenta uma visão geral da casa de máquinas dentro do empreendimento hidrelétrico e a figura 3 mostra uma visão interna da casa de máquinas, destacando o posicionamento dos grupos hidrogeradores.
Além da casa de máquinas, a Usina Luiz Dias tem uma vila de operadores com sete edificações: cinco residências, uma escola e um pequeno depósito de ferramentas próximo à barragem.
ASPECTOS DA POLUIÇÃO SONORA
A poluição sonora é um problema de grande importância econômica na sociedade moderna. Assim, quando o nível de ruído em instituições de ensino ou ambientes de trabalho é alto o suficiente para interferir na comunicação, perdas econômicas são computadas. Indenizações envolvendo grandes valores, nos casos de perda permanente da audição são pedidas por trabalhadores na justiça, Harris (1991).
Outro aspecto da importância econômica do ruído está relacionado com o valor de propriedades. Por exemplo, o ruído de operação de um espaço aéreo ou de uma indústria pode influenciar o valor da terra na região lindeira. Por razões econômicas, um considerável esforço tem sido feito pela industria para desenvolver produtos silenciosos e, no mundo dos negócios, para atingir condições de silêncio em escritórios e fábricas, Pimentel (2002).
Infelizmente, a maioria das máquinas desenvolvidas com propósito industrial, para transporte, ou para fazer a vida mais agradável fornecendo conforto adicional, reduzindo o trabalho, e aumentando a velocidade na realização de nossas tarefas diárias para providenciar horas adicionais de lazer, são acompanhadas de ruído, Lago (2001).
Visto que o ruído pode afetar o ser humano de diversas maneiras; audição, habilidade de comunicação e comportamento, o controle torna-se tremendamente importante dos pontos de vistas econômico e de saúde. O controle de ruído é igualmente significante porque pode fazer do mundo um lugar mais agradável para se viver, Lago (2001).
Além disso, nos núcleos de ocupação humana, sobretudo para quem trabalha e/ou habita nas cidades, vive-se o dia-a-dia agitado, exposto a altos níveis de ruído, na maior parte dos casos muito superiores ao recomendado. Estas fontes de ruído estão ligadas tanto ao progresso tecnológico como aos hábitos de vida e lazer modernos, Valadares (1998).
Aliás, este problema parece tornar-se cada vez mais abrangente, visto que lugares outrora sossegados, tornaram-se zonas de altos níveis de ruído e cada vez se torna mais difícil encontrar um local realmente silencioso. Embora o grau de sensibilidade varie com as características individuais e dependa do tipo de sociedade em que cada cidadão esta inserido, o certo é que o agravamento da situação começa a suscitar preocupações generalizadas.
Mas, afinal, porque é que o ruído pode ser prejudicial à saúde?
No que tange ao sistema nervoso, sons acima dos 65 dB podem contribuir para aumentar os casos de insônia, comportamento agressivo e irritabilidade, entre outros. Níveis superiores a 75 dB podem gerar problemas de surdez e provocar hipertensão arterial.
As tabelas 1 e 2 mostram alguns níveis de ruído e suas conseqüências na saúde humana. A tabela 2, em particular, mostra o nível de pressão sonora em um espectro largo de freqüência, ABNT NBR 10151 (1989) e ABNT NBR 10152 (1989).
O que pode-se fazer para melhorar a situação?
Enquanto medidas mais efetivas não forem tomadas ao nível do tráfego, da construção, do planejamento urbano e do ruído ambiente em geral, caberá à sociedade fazer o possível para minimizar tal problema.
Com o objetivo de regulamentar quais as ações que devem ser tomadas por parte do governo e da população para que o artigo 225 da Constituição seja respeitada o Conselho Nacional do Meio Ambiente - CONAMA estabeleceu as resoluções números 1 e 2, na área de poluição sonora. Uma parte dessas resoluções foi publicada no Diário Oficial da União em abril de 1990 e definem as seguintes questões. A resolução nº1 de 8 de março de 1990 estabelece normas a serem obedecidas, no interesse da saúde, no tocante a emissão de ruídos em decorrência de quaisquer atividades.
A resolução determina critérios, padrões e diretrizes a serem seguidos no interesse da saúde e do interesse público. As normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT, NBR 10151 - Avaliação do ruído em áreas habitadas visando o conforto da comunidade e 10152 - Níveis de ruído para conforto acústico são citadas para que sejam utilizadas como referência quanto aos níveis de ruído que devem ser utilizados como limites e como devem ser feitas as medições desses ruídos. A resolução estabelece, também, dentre outras coisas, que as entidades e órgãos públicos são os responsáveis pela preservação da saúde e do sossego público.
A NBR 10151 - Avaliação do conforto em áreas habitadas visando o conforto da comunidade - tem dentre seus objetivos determinar condições limites de ruído em comunidades, estabelecendo métodos medição dos ruídos, além de apresentar as correções que devem ser feitas aos níveis medidos em condições especiais ambientais. Todas as medições apresentadas por esta norma serão feitas utilizando a escala de compensação A.
De acordo com a NBR 10151, os níveis de ruído não devem ser superiores 40 dB(A) no período diurno e a 35 dB(A) no período noturno para áreas de sítios e fazendas, ou superiores 50 dB(A) no período diurno e a 45 dB(A) no período noturno para áreas estritamente residencial urbana.
Quanto ao tempo de exposição ao ruído no ambiente de trabalho temos a NR-15 que estabelece para uma jornada de 8h o nível máximo de 85 dB(A) sendo o tempo diminuído à metade cada vez que o nível de ruído aumenta de 5 dB(A), por exemplo 4 h para 90 dB(A).
METODOLOGIA DE MEDIÇÃO
Com o objetivo de se avaliar as condições operacionais quanto aos níveis de ruído gerados e também fazer o levantamento da área de impacto da poluição sonora provenientes de uma PCH em uma região com características predominantemente rurais, figuras 4 e 5, foram realizadas medições de ruído no interior da sala de máquinas, na sala dos operadores e na região lindeira da usina para avaliação da poluição sonora no local.
É avaliado neste trabalho a condição para o operador bem como o ruído ambiente proveniente das atividades de geração de energia das turbinas e geradores da PCH, figura 6.
Foi utilizado um medidor de nível de pressão sonora para obtenção dos valores dos níveis de pressão sonora, com os quais foram calculados os níveis de ruído equivalente contínuo, LAeq, de forma gerar o mapa sonoro da Figura 7 que apresenta a área de maior impacto do ruído proveniente da PCH Luis Dias.
RESULTADOS OBTIDOS
Pode-se observar que os níveis de ruído apresentam valores superiores aos limites estabelecidos pela legislação Federal na região da PCH. Observa-se que a área de impacto abrange uma vasta área ultrapassando a área de avaliação. Se for observado a lei do inverso quadrado estima-se que a área de impacto esteja dentro de um raio de 500 m para se chegar à um nível abaixo de 35 dB(A).
Na área de avaliação, boa parte do ruído da sala de máquinas da PCH, onde o nível é de 95 dB(A), é transmitido através de janelas e portas que permanecem constantemente abertas e mesmo quando fechadas provêem baixo isolamento sonoro. O projeto adequado de janelas e portas ou ainda o uso de barreiras acústicas deve ser então observado para a mitigação do ruído visando reduzir os níveis de ruído aos limites da legislação.
O nível de ruído na sala de operadores, 68 dB(A), está de acordo com a legislação trabalhista que estabelece o nível de 85 dB(A) para uma jornada de 8 horas. Pode-se observar pela Figura 8 que para atingir este nível foi necessário dentre outros procedimentos o uso de porta dupla para isolar o ruído da casa de máquinas.
A área de medição de ruído ficou limitada à distância de aproximadamente 150 m quando o nível de ruído proveniente da sala de máquinas atinge valores próximos ao ruído ambiente de 50 dB(A). Nas condições ambientes, observou-se que o nível de ruído é caracterizado pela existência de quedas d´água pertencentes ao Rio Lourenço Velho, como mostra a figura 9.
CONCLUSÕES
O trabalho mostra a necessidade de maior atenção no que se refere à implantação de unidades de geração de energia no que se refere aos níveis de ruído gerados nas mesmas.
Normalmente pequenas centrais hidrelétricas são implantadas em regiões de sítios e fazendas onde os limites para os níveis de ruído estabelecidos na legislação federal são mais rigorosos, necessitando um estudo quanto ao controle do ruído no local.
AGRADECIMENTOS
Aos engenheiros e técnicos responsáveis pela operação da Pequena Central Hidrelétrica Luiz Dias, com especial menção ao Prof. Dr. Geraldo L. Tiago Filho, coordenador-geral do Centro Nacional de Referência em Pequenos Aproveitamentos Hidrelétricos.
REFERÊNCIAS
[1] AURELIO M. R. G. , ZAMBROTI R. P, COSTA A . B., FREITAS M. A . V., Alguns Tipos de Instalações, Sistemas e Componentes, CD-Rom - O Estado das Energias Renováveis no Brasil, CAPES, CNPQ, PPE, COPPE, UFRJ
[2] ELETROBRÁS, Diretrizes para Estudos e Projetos de Pequenas Centrais Hidrelétricas, Ministério das Minas e Energia, Brasília, DF, 2000.
[3] ELETROBRÁS. Plano 2015: Plano Nacional de Energia Elétrica 1993/2015. Volume I, Relatório Executivo. pp. 33-35;
[4] LAGO R. , NOBREGA A . P., O Processo de Outorga de Autorização-Registro de PCHs, Superintendência de Concessões e Autorizações de Geração, ANEEL, PCH Noticias & SHP News revista, ano 3 nº 11, ago a out de 2001.
[5] MME/DNAEE/ELETROBRÁS. Manual de Pequenas Centrais Hidrelétricas. Brasília, DF, 1982;
[6] SOUZA, Z., Centrais Hidrelétricas - Dimensionamento de Componentes, Editora Edgard Blücher Ltda., Rio de Janeiro, RJ, 1992.
[7] TIAGO G. L. F., ALENCAR H. S., Panorama Elétricos das PCHs, Acervo do Centro Nacional de Referência em Pequenos Aproveitamentos Hidrelétricos - CERPCH, Itajubá, MG, 2001
[8] ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1989. Avaliação do ruído em áreas habitadas visando o conforto da comunidade. NBR 10151. Rio de Janeiro.
[9] ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1989. Níveis de ruído para conforto acústico. NBR 10152. Rio de Janeiro.
[10] VALADARES, Victor Mourthé, BARBOSA, Heloísa Maria, 1998. Adequação ambiental de corredores de transporte urbano quanto à poluição sonora através de técnicas de moderação de tráfego, III Encontro Ibero-Americano de Unidades Ambientais do Setor Transportes.
[11] PIMENTEL, Fernando Souza, ALVARES, Pedro Alcântara de Souza. A poluição sonora em Belo Horizonte. www.icb.ufmg.br/lpf/2-2.html.
[12] PIMENTEL, Fernando Souza. Efeitos da poluição sonora no sono e na saúde em geral - ênfase urbana. www.icb.ufmg.br/lpf/2-2.html.
[13] HARRIS, Cyril M., 1991. Handbook of Acoustical Measurements and Noise Control.
[14] SOUNDPLAN. Users Manual, Cap. 6 pag. 64-74