Como funciona uma barragem hidrelétrica: a conta da potência e da área alagada
Uma barragem hidrelétrica represa um rio para criar desnível e acumular água. A água desce por um conduto até uma turbina, a turbina gira um gerador, e a energia que sai depende de duas grandezas que dá para medir: quanta água passa por segundo e de que altura ela cai. Em 2024, as hidrelétricas responderam por 55,3% da oferta interna de energia elétrica do Brasil, segundo a síntese do Balanço Energético Nacional 2025, da Empresa de Pesquisa Energética.
Este artigo mostra o caminho da água dentro da usina, faz a conta da potência de uma unidade de Itaipu, compara os tipos de turbina e explica por que uma usina de 11.233 MW entrega, em média, menos da metade disso. No fim, a comparação que mais pesa no debate ambiental: quanta área cada usina alaga por megawatt.
Como funciona uma barragem hidrelétrica
O caminho da água numa usina de reservatório tem seis etapas:
- Reservatório. A barragem eleva o nível do rio e guarda água para os meses secos.
- Tomada d’água. Uma estrutura com grades e comportas capta a água perto da barragem.
- Conduto forçado. Um tubo de aço ou concreto leva a água sob pressão até a casa de força.
- Turbina. A água empurra as pás e faz girar o eixo.
- Gerador. No mesmo eixo, um rotor com eletroímãs gira dentro de bobinas e induz corrente. É o princípio dos motores elétricos aplicado no sentido inverso: o giro do eixo induz corrente nas bobinas.
- Canal de fuga. A água sai pela parte de baixo e volta ao rio.
Além dessa linha principal, toda barragem tem vertedouro, por onde passa o excesso de água nas cheias sem atravessar as turbinas. E toda passagem entre água sob pressão e partes móveis, do eixo da turbina às comportas, depende de sistemas de vedação que seguram vazamentos por décadas.
A conta da potência: P = ρ × g × Q × H × η
A potência de uma turbina hidráulica sai de uma fórmula de física básica:
- ρ é a densidade da água, 1.000 kg/m³;
- g é a gravidade, 9,81 m/s²;
- Q é a vazão turbinada, em m³/s;
- H é a queda líquida, o desnível descontadas as perdas no conduto, em metros;
- η é o rendimento da turbina.
Itaipu publica os dados de projeto de cada unidade: vazão nominal de 645 m³/s e queda líquida de 118,4 m, com potência nominal da turbina de 715 MW. Sem perdas, a água entregaria 1.000 × 9,81 × 645 × 118,4 ≈ 749 milhões de watts, ou 749 MW. A relação entre o que a turbina entrega e o que a água oferece dá o rendimento: 715 / 749 ≈ 0,95. Turbinas grandes convertem cerca de 95% da energia da água em trabalho no eixo; o gerador, de 700 MW, perde mais um pouco, um dos rendimentos mais altos entre as máquinas de conversão de energia.
A fórmula também mostra por que vazão e queda se compensam. Uma usina de rio de planície, com queda de 20 m, precisa de cerca de seis vezes a vazão de Itaipu para a mesma potência (118,4 / 20 ≈ 5,9). Uma usina de montanha, com 600 m de queda, faz o mesmo com um quinto da água de uma unidade de Itaipu.
Tipos de turbina: a queda escolhe
| Turbina | Faixa típica de queda | Como a água age | Exemplo |
|---|---|---|---|
| Kaplan e bulbo | baixa, até algumas dezenas de metros | atravessa um rotor em forma de hélice, com pás que podem mudar de ângulo | casa de força de Pimental, em Belo Monte |
| Francis | de 40 a 600 m, segundo o Departamento de Energia dos Estados Unidos | entra pela lateral e sai pelo centro, preenchendo o rotor | Itaipu e a casa de força principal de Belo Monte |
| Pelton | alta, centenas de metros | jatos batem em conchas na borda de uma roda | usinas de montanha, com pouca vazão |
A Francis domina as grandes usinas brasileiras porque cobre a faixa de queda dos rios de planalto. Belo Monte usa as duas soluções: 18 turbinas Francis de 611 MW na casa de força principal e 6 turbinas bulbo de cerca de 39 MW em Pimental, onde a queda é pequena.
Potência instalada e energia entregue
A potência instalada diz quanto a usina gera com todas as máquinas no máximo. A energia entregue depende de quanta água o rio traz ao longo do ano. A razão entre as duas é o fator de capacidade:
- Itaipu. São 20 unidades, 14.000 MW. Em 2016, produziu 103,1 TWh. Com todas as máquinas ligadas o ano inteiro, seriam 14.000 MW × 8.784 h (2016 foi bissexto) ≈ 123 TWh. O fator de capacidade foi 103,1 / 123 ≈ 0,84.
- Belo Monte. São 11.233 MW instalados e garantia física de 4.571 MW médios, a energia que a usina pode vender com segurança. A razão é 4.571 / 11.233 ≈ 0,41.
A diferença vem do tipo de usina. Belo Monte é praticamente a fio d’água: seus reservatórios são pequenos para o porte, e no período seco o Xingu leva uma fração da vazão da cheia. As máquinas existem para aproveitar a cheia, e ficam paradas em boa parte do ano. Itaipu tem um rio mais regular e reservatórios a montante, no Paraná, que guardam água.
Área alagada: o custo que não aparece na conta
A fórmula da potência não tem área. O impacto mais visível de uma barragem hidrelétrica, porém, é o reservatório. Dividindo a potência instalada pela área alagada:
Os números de cada usina: Belo Monte tem 478 km² de reservatórios, segundo o relatório da Norte Energia, o que dá 11.233 / 478 ≈ 23,5 MW por km². Itaipu tem cerca de 1.350 km² de reservatório para 14.000 MW, cerca de 10 MW por km². Balbina, no Amazonas, alagou cerca de 2.360 km² de floresta para 250 MW, segundo a NASA: 250 / 2.360 ≈ 0,1 MW por km². Em energia média, a diferença é parecida: segundo o pesquisador Philip Fearnside, do INPA, Balbina gera em média cerca de 110 MW, ou 0,05 MW médio por km², contra 4.571 / 478 ≈ 9,6 de Belo Monte.
A área alagada pesa por dois motivos. O primeiro é a perda de floresta, terra e moradia. O segundo é o clima: a matéria orgânica submersa se decompõe sem oxigênio e libera metano, um gás de efeito estufa mais potente que o CO₂. Em reservatórios rasos e grandes na Amazônia, como Balbina, estudos de Fearnside estimam emissões maiores que as de térmicas a combustível fóssil que gerassem a mesma energia. Esse tipo de conta é o que pesa quando um projeto pede crédito de carbono como energia limpa.
Reservatório também tem outros usos. O Lago Gatún, formado por uma barragem no rio Chagres, é a água que enche as eclusas do Canal do Panamá, e a ampliação de 2016 incluiu bacias para reaproveitar parte dela. E uma barragem de usina não deve ser confundida com as barragens de contenção de rejeitos da mineração, que guardam resíduo sólido e seguem outra lógica de projeto e de risco.
Perguntas frequentes
Como uma barragem hidrelétrica gera energia?
A barragem cria desnível. A água desce pelo conduto forçado, gira a turbina, e o gerador no mesmo eixo transforma o giro em eletricidade. A potência é ρ × g × Q × H × η.
Qual a maior hidrelétrica do Brasil?
Em potência instalada, Itaipu, com 14.000 MW, dividida com o Paraguai. A maior inteiramente brasileira é Belo Monte, com 11.233 MW. No mundo, a maior em potência é a de Três Gargantas, na China, com 22.500 MW.
Por que Belo Monte gera menos do que a potência instalada?
Porque é quase a fio d’água e o Xingu tem vazão muito menor na seca. A garantia física, 4.571 MW médios, é cerca de 41% da potência instalada.
Qual a diferença entre usina a fio d’água e de reservatório?
A fio d’água turbina a vazão do dia, com pouca reserva. A de reservatório acumula água na cheia para gerar na seca, ao custo de alagar mais área.
Hidrelétrica é energia limpa?
Não emite na operação como uma térmica, mas o reservatório pode emitir metano e alagar grandes áreas. O impacto varia muito com a relação entre potência e área, de 0,1 a mais de 20 MW por km² nos exemplos do artigo.
O funcionamento de uma barragem hidrelétrica se resume a uma fórmula com vazão e queda, e por ela qualquer usina pode ser avaliada. Para comparar projetos, porém, olhe dois números que a fórmula não mostra: o fator de capacidade, que diz quanto da potência vira energia, e os megawatts por km² alagado, que dizem quanto custou em território.
