Comportas de usinas hidrelétricas

Universidade Tecnológica Federal do Paraná - Departamento Acadêmico de EletrotécnicaCurso de Engenharia Industrial Elétrica - Ênfase em Eletrotécnica

COMPORTASCOMPORTASHIDRÁULICASHIDRÁULICAS

Emerson de Souza PerezEmerson de Souza Perez

Henrique Dariva Nascimento CostaHenrique Dariva Nascimento Costa

Luiz Alberto Okumura PasinatoLuiz Alberto Okumura Pasinato

Orientação:Orientação:

Prof. Gilberto Manoel Alves, Dr.Prof. Gilberto Manoel Alves, Dr.


Tópicos abordados

• Introdução;• Definição;• Função;• Aplicação;• Classificação;• Constituição;• Mecanismos de manobra;• Tipos.


• Uso da água como benefício para o ser humano;

• Reservatórios e fluxo d’água;• Idéia de comporta;• Evolução:

– China, 1000 d.C.;– França, 1853;– Brasil, PB, 1924.

introdução


• NBR 7259: “Dispositivos mecânicos usados para controlar vazões hidráulicas em qualquer conduto livre ou forçado e de cuja estrutura o conduto é independente para sua continuidade física e operacional.”

• MARTINS, 2005: “Elemento do sistema de controle artificial de vazão de água de rios e bacias, para fins de geração de energia elétrica, de agricultura, de lazer e para impedir inundações.”

definição


• Eclusas de navegação;• Irrigação;• Controle de enchentes;• Usinas hidrelétricas;

– Tomadas d’água;– Vertedouros;– Comportas de emergência, e;– Descarregadores de fundo.

Aplicações


Aplicações

Comporta para controle de enchente.Fonte: BRAZILIAN GIFT, 2005.

Comporta para controle de enchente na Holanda.Fonte: GFORUM, 2008.


Aplicações

Comporta e eclusa.Fonte: OLHAR DIRETO, 2010.


• Tomada d’água: destinam-se a abrir ou fechar a admissão de água nos condutos.

• Vertedouro (ou descarregador de superfície): regula a passagem de água sobre o mesmo.

Aplicações

Comporta para vertedouro.Fonte: TUCURUÍ, 2011.


Aplicações

Comportas para vertedouro – UHE Ilha Solteira.Fonte: CESP, 2009.


Aplicações

• Descarregador de fundo;– Passagem de água contendo material acumulado

ao pé da barragem;– Esvaziar o reservatório;– Desviar o rio durante a construção;– Escoar águas de enchente.


• Emergência: Presentes na manutenção, são instaladas normalmente a montante das comportas principais.

Aplicações

Comporta stop-log.Fonte: HFONTAINE, 2005.


• Quanto a função:Quanto a função:– De serviço;De serviço;– De emergência;De emergência;

• Quanto a movimentação:Quanto a movimentação:– De translação;De translação;– De rotação;De rotação;– De translo-rotação;De translo-rotação;

CLASSIFICAÇÃO


• Quanto à descarga:Quanto à descarga:– Por cima;Por cima;– Por baixo;Por baixo;

• Quanto a forma de paramento:Quanto a forma de paramento:– Planas;Planas;– Radiais.Radiais.

CLASSIFICAÇÃO


CLASSIFICAÇÃO

Forma do paramento Movimentação Descarga

Plana Radial Translação Rotação Translo-rotação Cima Baixo

Gaveta X X X

Ensecadeira X X

Vagão X X X

Lagarta X X X

Stoney X X X

Segmento X X

Setor X X

Tambor X X X

Basculante X X X X

Rolante X X X

Cilíndrica X X

Mitra X X X

Telhado X X X

Visor X X X

Fonte: Adaptado de ERBISTE, 2002.


CONSTITUIÇÃO

ComportaFonte: BEMA, 2009.


CONSTITUIÇÃO BÁSICA

• Tabuleiro;

• Peças fixas;

• Mecanismo de Manobra.


TABULEIRO

• Componente principal;

• Anteparo à água;

• Paramento, vigamento, vedações e elementos de apoio e guiamento.


TABULEIRO

Comporta com destaque ao tabuleiro.Fonte: BEMA, 2009.


PEÇAS FIXAS

• Soleira;

• Caminho de Rolamento;

• Guias laterais e Contra-Guias;

• Frontal.


PEÇAS FIXAS

Partes de uma comporta.Fonte: RODOLFO E MARTINS, 2010.


MECANISMO DE MANOBRA

• Diretamente responsáveis por abertura e fechamento das comportas;

• Alguns tipos dispensam o uso deste mecanismo;

• 4 principais tipos.


FUSOS

Mecanismo tipo fusos.Fonte: RODOLFO E MARTINS, 2010.


CABOS DE AÇO

Mecanismo tipo cabos de aço.Fonte: RODOLFO E MARTINS, 2010.


CORRENTES

Mecanismo tipo corrente.Fonte: RODOLFO E MARTINS, 2010.


HIDRÁULICO

Mecanismo tipo hidráulico.Fonte: RODOLFO E MARTINS, 2010.


TIPOS DE COMPORTAS

• Gaveta;• Ensecadeira (stop-log); • Vagão;• Lagarta;• Stoney;• Segmento;• Setor;• Tambor;• Basculante;• Rolante;• Cilíndrica;

• Mitra;• Telhado;• Visor;• Mista;• Múltipla.


Clique para editar o formato do texto da estrutura de tópicos2º Nível da

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da estrutura de tópicos

6º Nível da estrutura de tópicos



• 9º Nível da estrutura de tópicosClique para editar os estilos do texto mestre– Segundo nível

• Terceiro nível– Quarto nível

» Quinto nível

Gaveta:

Vista de corte de comporta gavetaFonte: NBR 7259, 2001.

TIPOS DE COMPORTAS

Comporta gaveta para controle de irrigaçãoFonte: FIBRAGEL, 2010.












» Quinto nível

Gaveta:• Funciona por deslizamento;• Paramento plano e vertical;• Funcionamento simples e seguro;• Pouca manutenção;• Larga utilização em canais de irrigação, tomadas de água.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Vagão:

Comporta vagão da PCH Nova AuroraFonte: BEMA INDUSTRIAS, 2010.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Vagão:

Vista de corte de comporta vagãoFonte: NBR 7259, 2001.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Tomada D’Água - ItaipuFonte: USINA HIDRELÉTRICA ITAIPÚ, 2004.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Servo Motor para comporta de Serviço- ItaipuFonte: FOTOS DO BRASIL, 2010.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Vagão:• Funciona com rolamentos;• Paramento plano;• Na barragem de Itaipu há 20 comportas do tipo vagão: Dimensões: 8,23 x 16,35 m; Peso de cada comporta:2420 kN;

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Ensecadeira:

Movimentação de stop-log pelo pórtico.Fonte: ITAIPU, 2011.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

TIPOS DE COMPORTAS

Barragem – Itaipú.Fonte: USINA HIDRELÉTRICA ITAIPÚ, 2004.












» Quinto nível

TIPOS DE COMPORTAS

Tomada D’Água – Itaipú.Fonte: USINA HIDRELÉTRICA ITAIPÚ, 2004.












» Quinto nível

Ensecadeira:

Vista de corte de comporta ensecadeiraFonte: NBR 7259, 2001.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Ensecadeira:• Stop-log ou stoplog;• Funciona por deslizamento;• Paramento plano e vertical;• Não pode ser movimentada sobre fluxo hidráulico;• Destinada a fechar aberturas de tomadas d’água e isolar

um trecho de canal para manutenção de equipamentos.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Lagarta:

Vista de corte de comporta lagartaFonte: NBR 7259, 2001.

Comporta lagartaFonte: ERBISTE, 2002.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Lagarta:• Funciona com rolamentos;• Paramento plano;• Movimentada sob fluxo hidráulico;• Usa cadeias fechadas de rolos;• Baixo coeficiente de atrito;• Alta capacidade de carga.

TIPOS DE COMPORTAS


Stoney:

Vista de corte de comporta StoneyFonte: NBR 7259, 2001.

TIPOS DE COMPORTAS


Stoney:• Funciona com rolamentos;• Paramento vertical plano;• Os rolamentos inferiores ficam submersos com a comporta

totalmente aberta.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Segmento:

Comportas segmento no vertedouro de ItaipuFonte: PANORAMIO, 2009.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Segmento:

Comportas segmento.Fonte: HYDROSTEC – D50, 2008.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Segmento:

Vistas de comporta segmentoFonte: NBR 7259, 2001.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Segmento:• Funciona por rotação;• Paramento curvo;• Construção simples;• Abre-se por levantamento.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Setor:

TIPOS DE COMPORTAS

Comporta para controle de enchente na Holanda.Fonte: GFORUM, 2008.












» Quinto nível

Setor:

Vista de corte da comporta setorFonte: NBR 7259, 2001.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Setor:• Funciona por rotação;• Paramento curvo;• Segmento de cilindro com diretriz circular.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Tambor:

Vista de corte da comporta TamborFonte: NBR 7259, 2001.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Tambor:• Funciona por rotação;• Paramento radial;• Abertura com o próprio peso.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Basculante:

Comporta BasculanteFonte: HACKER, 2011.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Basculante:

Vista de corte da comporta BasculanteFonte: NBR 7259, 2001.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Basculante:• Funciona por rotação;• Paramento plano curvo;• Abertura com o próprio peso.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Telhado:

TIPOS DE COMPORTAS

Vista de corte de comporta telhado.Fonte: NBR 7259, 2001.












» Quinto nível

Telhado:• Funciona por rotação;• Dois elementos basculantes com eixos horizontais fixos e

paralelos. Elemento de montante se apóia no elemento de jusante.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Rolante:

Comporta Rolante – Rio Mississipi.Fonte: SPANISH DICT, 2011.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Rolante:

Vista de corte da comporta RolanteFonte: NBR 7259, 2001

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Rolante:• Funciona por translo-rotação;• Paramento geralmente curvo;• Rola em cremalheiras fixas nos pilares.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Cilíndrica:

Vista de corte da comporta CilíndricaFonte: NBR 7259, 2001.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Cilíndrica:• Funciona por translação;• Paramento cilíndrico fechado;• Se desloca ao longo de seu eixo vertical.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Mitra:

Eclusas de Gatún – Canal do PanamáFonte: PANORAMIO, 2009.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Mitra:

Eclusas de Gatún – Canal do PanamáFonte: PANORAMIO, 2009.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Mitra:

Vistas da comporta MitraFonte: NBR 7259, 2001.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Mitra:• Funciona por rotação;• Dois elementos basculantes com eixos verticais fixos

(paredes do conduto).

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Visor:

TIPOS DE COMPORTAS

Comportas visor.Fonte: ERBISTE, 2002.












» Quinto nível

Visor:

TIPOS DE COMPORTAS

Vistas de corte de comporta visor.Fonte: NBR 7259, 2001.












» Quinto nível

Visor:• Funciona por rotação;• Paramento semi-cilíndrico;• Eixo de rotação horizontal.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Mista:

TIPOS DE COMPORTAS

Vistas de corte de comporta mista.Fonte: ERBISTE, 2002.












» Quinto nível

Mista:• Composta de elementos de tipos diferentes superpostos;• Segmento e basculante, rolamento e basculante, entre

outros exemplos.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Múltipla:

TIPOS DE COMPORTAS

Eclusas de Gatún – Canal do Panamá.Fonte: PANORAMIO, 2009.












» Quinto nível

Múltipla:• Composta de elementos de mesmo tipo superpostos;• Vagão duplo, segmento duplo e mitra dupla.

TIPOS DE COMPORTAS












» Quinto nível

Comporta Vantagens Desvantagens AplicaçõesGaveta Funcionamento simples;

Exige pouca manutenção; Distribuição uniforme das cargas sobre o “quadro” de concreto; Ausência de vibrações em aberturas devido à grande força de atrito.

Durante o fechamento da comporta é necessário o auxílio de um pistão hidráulico em função do elevado atrito.

Canais de irrigação;

Decantadores;

Obras de saneamento;

Descargas de fundo;

Tomadas d’água.

TABELA COMPARATIVA












» Quinto nível

Comporta Vantagens Desvantagens Aplicação

Ensecadeira (stop-log)

Pode ser formada por vários elementos superpostos (painéis).

Pouca manutenção.

Aplicada sob pressão hidráulica equilibrada;

Manutenção e reparo em seco de equipamentos ou comportas principais.

Vagão Baixo atrito durante a movimentação (utilização de rodas e rodetas); Possibilidade de ser fechada somente com a força da gravidade.

A diferença de esforços nas diversas rodas pode ocasionar falha (em função de uma roda encostar mais do que a outra no caminho de rolamento).

Tomadas d’água (Itaipú);

Descarga de fundo;

Vertedouro.

TABELA COMPARATIVA












» Quinto nível

TABELA COMPARATIVA

Comporta Vantagens Desvantagens Aplicação

Lagarta Baixo atrito durante a movimentação (utilização de cadeias de rolos);

Possibilidade de ser fechada somente com a força da gravidade.

A ocorrência de falha em um rolo da cadeia pode comprometer toda a cadeia.

Tomadas d’águaprofundas;Descargas de fundo.

Stoney Utilização de uma cadeia de rolos que se movimenta em uma polia livre (redução da força de atrito).

Com a comporta totalmente aberta, a cadeia de rolos fica exposta à passagem de água (probabilidade de corrosão).

Vertedouro.












» Quinto nível

TABELA COMPARATIVA

Comporta Vantagens Desvantagens AplicaçõesSegmento Construção simples;

Apenas duas peças de precisão: os mancais; Superfícies laterais planas (sem reentrâncias) eliminam a cavitação; Atrito dos mancais é desprezível; Esforços do levantamento são desprezíveis (apenas o peso da comporta).

Possibilidade de abertura somente por levantamento (ajuste do nível de água a montante é menos “preciso”); Impossibilidade de escoar corpos flutuantes.

Vertedouros(Itaipú);Eclusas (comportas verticais);Tomadas d’água;Descargas de fundo.












» Quinto nível

TABELA COMPARATIVAComporta Vantagens Desvantagens AplicaçõesSetor Mesmas da comporta segmento;

Possibilidade de escoar corpos flutuantes; Possibilidade de ser acionada na ausência dos servomotores (nesse caso faz-se uso das câmaras de flutuação).

Construção mais frágil e complexa se comparada a segmento;

Mais cara devido a necessidade de mecanismos para criação de fluxo nas câmaras de flutuação.

Vertedouros.

Tambor Movimento pelo próprio peso;

Abertura independente de energia elétrica.

Construção complexa . Vertedouros.

Basculante Pode ser utilizada em associação com outros tipos de comporta;

Pode ser utilizada em vãos extensos.

Apenas para pequenas alturas;

Durante o fechamento da comporta é necessário o auxílio de um pistão hidráulico em função da força da água.

Centrais de tratamento de água;Vertedouros.












» Quinto nível

TABELA COMPARATIVAComporta Vantagens Desvantagens Aplicações

Rolante Pode ser aplicada em vãos extensos.

A ocorrência de falhas em um trecho da cremalheira pode comprometer o funcionamento da comporta;

Pequenas quedas.

Barragens de pequena altura;

Regiões com camada de gelo flutuante.

Cilíndrica Permite abertura parcial sem que ocorra vibração.

Tomada d’água em forma de torre.

Mitra Suporta grandes esforços;Abertura e fechamento rápidos.

Exige esvaziamento da câmera para manutenção.

Eclusas.

Telhado Pode ser acionada na ausência de energia elétrica;

Permite automatismos sensível.

Apenas para baixas quedas. Pequenas represas.












» Quinto nível

TABELA COMPARATIVAComporta Vantagens Desvantagens Aplicações

Visor Pode ser aplicada em vãos extensos;

Seu fechamento pode se dar apenas pela gravidade.

Custo elevado. Instalações com vãos muito extensos.

Mista Combina as vantagens de dois tipos diferentes de comportas;

Em aplicações de superfície, permite regulação sensível do nível do reservatório.

Aumenta o custo; Não é possível utilizar para certas aplicações; Ocupa mais espaço físico.

Aplicações específicas (ajustes sensíveis de níveis).

Múltipla Reforça as vantagens de uma comporta.

Aumenta o custo; Ocupa mais espaço físico; Mantém as mesmas desvantagens.

Eclusas.

Fonte: Adaptado de ERBISTE, 2002.












» Quinto nível

• ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7259: Comportas hidráulicas – Terminologia. Rio de Janeiro. 2001

• __________________. NBR 8883: Cálculo e fabricação de comportas hidráulicas. Rio de Janeiro. 2008

• __________________. NBR 12283: Fabricação de comportas hidráulicas. Rio de Janeiro. 1991

• __________________. NBR 12289: Seleção de comportas hidráulicas para pequenas centrais hidrelétricas (PCH). Rio de Janeiro. 1991

• __________________. NBR 13115: Recepção de comportas hidráulicas. Rio de Janeiro. 1994

REFERÊNCIAS












» Quinto nível

• BRAZILIAN GIFT, 2005. Disponível em: <http://tferraz.wordpress.com/arte/2005-_-brazilian-gift/brazilian-gift-the-flood-experience-i/>. Acesso em: 15 de set. 2011.

• BEMAINDUSTRIAS, 2009. Disponível em: <http://www.bemaindustria.com.br/prod_vis.aspxid=98>. Acesso em: 01 de set. 2011.

• CELAN, 2010. Disponível em: < http://www.celan.com.br/website_seband/wfVideo.aspx >. Acesso em: 30 de ago. 2011.

• CESP, 2009. Disponível em: < http://www.maxpressnet.com.br/e/cesp/cesp_23-10-09.html >. Acesso em: 01 de set. de 2011

• EHENGENHARIA, Disponível em: < http://www.ehengenharia.com.br >. Acesso em: 22 de ago. 2011.

REFERÊNCIAS












» Quinto nível

• ERBISTE, P. C. F.; ELETROBRÁS. Comportas hidráulicas. Rio de Janeiro: Ed. Interciência, 2002. 394 p.

• FIBRAGEL, 2010. Disponível em: <http://www.fibragel.com.br/peca.php> Acesso em: 10 de set. 2011.

• FOTOS DO BRASIL, 2010. Disponível em: <http://www.fotosdobrasil.fot.br/Alta/Sul/Parana/Itaipu.htm >. Acesso em: 10 de set. 2011.

• GFORUM, Disponível em: <http://www.gforum.tv/board/1278/277257/barreira-de-maeslant.html>. Acesso em: 15 de set. 2011.

• HACKER, 2011. Disponível em: <http://www.hacker.ind.br/produtos_hidromecanicos_comportas.php>. Acesso em: 09 de set. 2011.

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• HFONTAINE, Disponível em: <http://www.hfontaine.com.br/comportas_stoplog.asp>. Acesso em: 15 de set. 2011.

• HYDROSTEC – D40, 2008. Disponível em: < www.hydrostec.com.br/catalogos/D40-32-0-P.pdf >. Acesso em: 05 de set. 2011.

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REFERÊNCIAS












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• IESA, 2005. Disponível em: <http://www.iesa.com.brinformativo/062005 >. Acesso em: 22 de ago. 2011.

• ITAIPU, 2011. Disponível em: <http://www.itaipu.gov.br/sala-de-imprensa/foto/movimentacao-stop-log> Acesso em: 11 de set. 2011.

• MARTINS, J. R. S. Construções Hidráuilicas - Projeto de Barragens, 2010. Disponível em: <www.phd.poli.usp.br>. Acesso em: 11 de set. 2011

• PANORAMIO, 2009. Disponível em: < http://static.panoramio.com/photos/results/> Acesso em: 02 de set. 2011.

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• SCHREIBER, G. P. Usinas hidrelétricas. São Paulo: E. Blücher, 1978. 238 p.

• SOUZA, Zulcy de. Centrais Hidro e Termoelétricas. São Paulo: Edgard Blücher, 1983.

• SPANISH DICT, 2011. Disponível em: <http://www.spanishdict.com/answers/180792/worlds-landscapes-landscapes-in-the-americas-5> Acesso em: 13 de set. 2011.

• Usina Hidrelétrica de Itaipu – Principais Características Técnicas. Cartilha de visitantes, 2004.

• TUCURUÍ, 2011. Disponível em: <http://cidadedetucurui.com/INICIO/USINA_HIDRELETRICA_TUCURUI/VERTEDOURO/vertedouro.htm>. Acesso em: 15 de set. 2011.

REFERÊNCIAS

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