Estudo Alternativos Para Viabilidade

5/14/2018 Estudo Alternativos Para Viabilidade - slidepdf.com

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COMITÊ BRASILEIRO DE BARRAGENS VI SIMPÓSIO BRASILEIRO SOBRE PEQUENAS E MÉDIAS CENTRAIS HIDRELÉTRICAS BELO HORIZONTE – MG, 21 A 25 DE ABRIL DE 2008 T21 – A04

VI Simpósio Brasileiro Sobre Pequenas e Médias Centrais Hidrelétricas 1

SUGESTÃO PARA ALTERNATIVAS DE ESTUDOS DE VIABILIDADE DEUSINAS HIDRELÉTRICAS

José BACALTCHUK SobrinhoEngenheiro Civil - Bacal, Barragens Ltda.

RESUMO

O que aqui se apresenta é um conjunto de sugestões para a Agência Nacional deEnergia Elétrica do Brasil, ANEEL, com vistas a reduzir o custo do MW.hora a serproduzido em usinas hidrelétricas a implantar. Para fins de leilão, sugere-seregulamentar a elaboração dos projetos para análise e aprovação da ANEEL,exigindo das empresas de engenharia de consultoria a apresentação de estudos deviabilidades e projetos básicos mais econômicos, cujas alternativas de arranjosgerais contemplem, também, inovações em diferentes tipos das estruturas que ocompõem, a saber: barragem, ensecadeiras, desvio do rio, tomada d’água, conduto

forçado, casa de força, vertedouro e respectivos equipamentos. Assim procedendo,o valor do MW.hora baixará 40,0%.

ABSTRACT

Presented hereinafter is a set of suggestions for the Brazilian National RegulatoryElectric Power Authority, ANEEL, aiming a reduction on costs of the Mw/hour to beproduced in hydroelectric plants to be implemented. In tenders to awardconcessions, it is suggested that ANEEL establishes rules demanding fromengineering design companies to investigate, study and present different alternatives

for feasibility and basic designs, contemplanting innovations on the main structuresof the projects as for example main dam, cofferdams, river diversion, water intake,penstock, powerhouse, spillways and related equipments. In doing so, the cost of theMw/hour may present a reduction of up to 40%.




1. INTRODUÇÃO

Os custos de implantação de usinas hidrelétricas no Brasil estão muito altos, paraum país que detém 20,0% das reservas mundiais de água doce. A comparação docusto de implantação de usinas hidrelétricas tomando como parâmetro US$

1,000,000.00 por MW é um absurdo. Comparar o custo de implantação no Brasilcom o custo em outros países é um erro. Os “projetos de viabilidade” paraaproveitamentos hidrelétricos que tem sido colocados em leilão pela ANEEL, parafins de implantação, operação e produção de energia elétrica, embora mostremdiferentes estudos do empreendimento, em geral, eles têm apresentado umaalternativa selecionada que, nem sempre é a mais econômica. A planilha deorçamento, no padrão Eletrobrás (OPE), dos estudos de viabilidade que tem sidoapresentadas pelas empresas de engenharia de consultoria, tem mostrado, emgeral, quantidades de serviços e respectivos preços unitários de uma únicaalternativa por eles selecionada. Com vistas a reduzir o custo de implantação denovos empreendimentos hidrelétricos e conseqüentemente reduzir o custo do

MW.hora gerado, sugere-se aqui algumas alternativas de arranjos gerais einovações para as estruturas principais a saber, barragem principal, tomada d´água,casa de força, vertedouro, desvio do rio, ensecadeiras, a serem consideradas eapresentadas pelas empresas de engenharia de consultoria. Sugere-se que aescolha da alternativa selecionada fique a cargo do empreendedor.

2. ANTECEDENTES

Da maneira como os Leilões vem sendo feitos, com base em “estudos deviabilidade” que estão longe de uma “otimização de projeto” desejável, oscompetidores são induzidos a apresentar lances para o MW.hora muito elevados.Além disto, o valor do MW.hora mostrado no orçamento padrão Eletrobrás (OPE)dos estudos de viabilidade, como referência, tem vindo penalizados para cima. Aforaisto, os documentos técnicos liberados para o leilão, em geral, tem exigido estudosde alternativas de projeto, por parte dos diversos concorrentes ao leilão. Isto é umaduplicidade de estudos de alternativas que penaliza o custo de preparação daspropostas dos concorrentes e conseqüentemente também penaliza o valor do MW.hora final ofertado no leilão. A prática tem mostrado que os desenhos de arranjogeral da maior parte dos empreendimentos hidrelétricos que vem sendo implantadosnos últimos quinze anos, no Brasil, têm sido bastante diferentes dos desenhos

liberados para fins de leilão, inclusive quanto ao número de unidades geradoras. Eisto tem um custo adicional considerável.

3. ALTERNATIVAS DE PROJETO

A decisão sobre a alternativa mais econômica, de tal forma que induza ao menorvalor do MW.hora gerado, cabe ao empreendedor, quando é apresentado o lance,no momento do leilão ou da concorrência para execução das obras civis. Do acimaexposto, para que os proponentes possam comparar alternativas de projeto queconduzam ao melhor investimento, além das alternativas, na fase de estudos de

viabilidade e projetos básicos, que as empresas de engenharia de consultoria, com oseu melhor bom senso e engenhosidade, decidirem estudar, sugere-se que aANEEL exija das mesmas, também, considerar e apresentar, desenhos de arranjo




geral de no mínimo mais três alternativas e respectivas planilhas de quantidades deserviços, para as seguintes inovações de estruturas principais, conforme a seguir:

3.1. BARRAGENS PRINCIPAIS

3.1.1. Barragens de Média e Grande Altura

Sugere-se barragens de concreto compactado a rolo (CCR). Os aproveitamentoshidrelétricos com barragem de concreto possibilitam um arranjo geral condensado emais econômico do que as barragens de terra, ou de seixo rolado, ou de asfalto, oude terra enrocamento, ou de enrocamento com face de concreto, pois permitemcombinar, no próprio corpo da barragem de concreto, as estruturas: de adufas parao desvio do rio, do vertedouro, da tomada d´água, dos condutos forçados, da casade força e da subestação elevadora. Figuras 1 e 2.

FIGURA 1: Barragem de Concreto CCR com Casa de Força IncorporadaArranjo Geral - Planta




FIGURA 2: Barragem de Concreto CCR combinada com Vertedouro tipo Descargade Fundo com múltiplas pequenas Comportas na Calha do Rio. Arranjo Geral - Planta

Para barragens de concreto de média altura, sugere-se casa de força incorporadaem câmara ou caverna, na base do maciço da barragem, tendo o conduto forçadoexternamente, adjacente à face de montante da barragem, com tomada d´água

apensa à crista da barragem. Figura 3.




FIGURA 3: Barragem de média altura, de Concreto CCR com Casa de Forçaincorporada em caverna na Base do Maciço. Seção Transversal Típica.

Para barragens de concreto de grande altura, sugere-se casa de força incorporadaem câmara ou caverna, na base do maciço, tendo o conduto forçado embutido nomaciço de concreto da barragem. Nesta alternativa a tomada d´água também ficaapensa à crista da barragem. Figura 4.




FIGURA 4: Barragem de grande altura de Concreto CCR, com Casa de Forçaincorporada em caverna na base do Maciço. Seção Transversal Típica.

As economias que oferecem são:

3.1.1.1. Economia em Escavações

Acomodando o circuito hidráulico de geração no corpo do maciço de concreto a casade força fica encravada na base do maciço, numa depressão natural já existente na

calha do rio evitando, assim, onerosos custos na execução de escavações paracanal de adução, canal de fuga e infraestrutura da casa de força na margem do rio.




Além disto, o vertedouro a tomada d’água e a casa de força acomodados no corpoda barragem, na calha do rio, propiciam menor extensão de crista da barragem.

3.1.1.2. Volume de Concreto da Barragem CCR

A “casa de força incorporada” permite uma redução de 10% a 15% no volume deconcreto do maciço da barragem, devido à caverna criada pela sala de máquinas dausina, área de montagem, caminho de rolamento para pontes rolantes, galeria decabos, galeria de equipamentos elétricos, galeria de equipamentos mecânicos,galeria de ventilação, oficinas, espaço ocupado pelas turbinas, geradores, tubo desucção, canal de fuga e correspondente concreto estrutural.

3.1.1.3. Cinza volante (fly ash)

A barragem de CCR oferece uma enorme economia, através da redução no

consumo de cimento, substituindo-o, em parte, por cinza volante, de preçoequivalente a 10% do preço do cimento comum e de baixo calor de hidratação.

3.1.1.4. Correias Transportadoras

O concreto CCR permite utilizar correias transportadoras movidas a eletricidadefornecida pela concessionária, para o transporte dos componentes do concreto,preparo em central de concreto sobre o corpo do maciço, e lançamento em menostempo e a menores custos do que o transporte em caminhões basculantes oucaminhões betoneira. Figuras 5 e 6.

FIGURA 5: Central de Concreto sobre o Corpo da Barragem CCR.Correias Transportadoras para Agregados. Vista




FIGURA 6: Central de Concreto sobre o Corpo da Barragem CCR Vista

3.1.1.5. Prazo de Construção

A barragem de concreto CCR propicia um menor prazo de construção do que asbarragens de terra, de terra e enrocamento, de asfalto ou de enrocamento com facede concreto, pois os volumes de materiais envolvidos na construção da barragem deCCR é 75% a 60% menor.

3.1.1.6. Economia com Barragem CCR

A economia que resulta da opção por barragem de concreto CCR advém das obrasque se tornam desnecessárias para o empreendimento como, túneis de desvio,volumosas ensecadeiras de terra e rocha que ocupam boa parte da largura do rio,escavações em terra e rocha para canais de adução, canal de fuga, canais deaproximação, canais de restituição, fundações de concreto para casa de força evertedouro em terra firme, as quais são imprescindíveis para as barragens de terraou de enrocamento.

3.1.2. Barragens de Baixa Queda

O circuito hidráulico de geração que vem sendo usado na construção de barragensde baixa queda é antieconômico porque a espessa laje de fundação, as paredesverticais e os contrafortes da estrutura descontínua estão submetidos principalmentea esforços de flexão composta com sub-utilização dos enormes volumes de concretoarmado. Figura 7.




FIGURA 7: Barragem de Baixa Queda Circuito Hidráulico de Geração em EstruturaConvencional, não Monolítica - Seção Transversal Típica

Para barragens de baixa queda, sugere-se circuito hidráulico de geração na calha dorio em estrutura contínua e monolítica (em seção transversal). Figuras 8 e 9.




FIGURA 8: Barragem de Baixa Queda - Circuito Hidráulico de Geração em EstruturaMonolítica na Calha do Rio - Turbina Kaplan - Seção Transversal Típica




FIGURA 9: Barragem de Baixa Queda - Circuito Hidráulico de Geração em EstruturaMonolítica na Calha do Rio - Turbina Bulbo - Seção Transversal Típica

O custo total da alternativa de “circuito hidráulico de geração” fica mais econômicoquando a estrutura é contínua e monolítica, em seção transversal.

3.1.2.1. Circuito Hidráulico de Geração em Estrutura Monolítica

Fazendo a cobertura da “casa de força” em forma de arco ou abóbada, ligadarigidamente de forma contínua à estrutura da “tomada d’água”, a estrutura monolíticaresultante propicia uma melhor utilização da seção plena do concreto armado, quepassa a ser solicitado predominantemente a esforços de compressão, característicaque o distingue e para a qual o concreto oferece grande resistência. Desta formareduz-se volumes na execução de concreto armado necessário para as paredes,contrafortes e lajes de fundação da tomada d’água e casa de força descontínua ou

“dissociada” da tomada d´água e correspondentes escavações em rocha, que vemsendo executadas até o presente.

3.1.2.2. Barragem Vertedouro

A reação horizontal do empuxo d’água, através dos braços das comportas tipo“segmento” sobre as “vigas munhões” dos vertedouros tradicionais de “superfície”com controle, atinge um valor de cerca de 4.000 toneladas de carga concentradahorizontal de tração, em cada um dos muros tipo contrafortes, a cerca de 10,00 macima da soleira. Isto exige grandes massas de concreto para os muros, bem como,

para a soleira e laje de fundação do vertedouro tipo “superfície”. Figura 10.




FIGURA 10: Vertedouro Tipo Superfície com Controle – Seção Transversal Típica

O Concreto é um excelente material que resiste bem a esforços de compressão enão de tração. Disto resulta que os enormes volumes de concreto armado dosmuros do vertedouro de superfície estão sub-utilizados.

E para penalizar ainda mais, a energia da água de enchente, que passa através dovertedouro de superfície, sob as comportas de grande altura, exige uma “bacia dedissipação” de enormes dimensões e grande profundidade.

Isto implica em grandes volumes de escavação para a bacia de dissipação, além de

enorme volume de concreto armado para a laje de fundação.A fim de se fazer uma redução substancial nos volumes de concreto armado e deescavação em rocha para o vertedouro e respectiva bacia de dissipação, em terra firme,bem como uma utilização otimizada do concreto armado, afora uma redução nos custosde ensecadeiras, sugere-se substituir o vertedouro convencional do tipo “de superfície”dotado de grandes comportas, por vertedouro dotado de múltiplas pequenas comportasdo tipo “vagão”, ou tipo “segmento”, ou tipo “setor”, para “descarga de fundo”, ao longo docorpo da barragem de concreto, na calha do rio. Figuras 11, 12, 13.




FIGURA 11: Vertedouro Tipo Descarga de Fundo com Comporta Vagão - SeçãoTransversal Típica




FIGURA 13: Vertedouro Tipo Descarga

de Fundo com Comporta SetorSeção Transversal Típica

FIGURA 12: Vertedouro Tipo Descarga de Fundocom Comporta Segmento - Seção Transversal Típica




Na figura 14 é mostrada uma seção transversal típica de barragem com vertedouro ameia altura, ao invés de ao nível do leito rochoso, em virtude da existência de umaespessa camada de aluvião no leito do rio. Figura 14.

FIGURA 14: Vertedouro Tipo Descarga de Fundo, com Comporta Vagão a meiaaltura ao invés de ao nível do leito rochoso - Seção Transversal Típica

Com isto o grande volume das vazões de enchentes fica diluído em múltiplas vazõesmais suaves ao longo da largura do rio, dispensando maiores escavações em canalde aproximação, canal de restituição, fundações do vertedouro e revestimento deconcreto, para a bacia de dissipação de energia. Vertedouros deste tipo podemservir, desde o início das obras, para o desvio do rio.




3.1.3. Barragem de Estrutura Metálica

Na barragem em estrutura metálica os tramos que compõem as treliças, estãoprimordialmente submetidos a forças de compressão ou tração. Isto propicia autilização otimizada da capacidade de carga da seção plena dos perfis de aço. As

barragens do tipo gravidade de concreto, ou de terra, ou de terra-enrocamento ou deenrocamento com face de concreto, por disposições construtivas, têm grandesmassas de materiais empregados, sub-utilizados em sua capacidade de resistência.Figura 15 eFigura 16.

FIGURA 15: Barragem de Estrutura MetálicaSeção Transversal Típica




FIGURA 16: Barragem de Estrutura Metálica com Fundação em Concreto Armadoem Forma de Canais para o Desvio do Rio e posteriormente como Vertedouro TipoDescarga de Fundo

3.2. COMPORTAS DO VERTEDOURO

Para os vertedouros tipo descarga de fundo, ao invés das enormes comportas tipo“segmento” do vertedouro de “superfície”, de longos braços comprimidos, sugere-secomportas bem menores do tipo:

3.2.1. Ensecadeira. Figura 11

3.2.2. Vagão. Figura 12.3.2.3. Setor. Figura 13.3.2.4. Segmento.




FIGURA 17: Comporta Tipo Segmento

Desta forma o concreto armado fica comprimido fazendo uso de sua principalcaracterística que é a excelente resistência a forças de compressão.

A comporta setor tem a vantagem de dirigir a reação do empuxo d´águadiretamente para a rocha de fundação.

3.3. ENSECADEIRAS GALGÁVEIS

Ao invés das vulneráveis e enormes ensecadeiras de terra e rocha de grandelargura que ocupam muito espaço, sugere-se, na calha do rio, ensecadeiras bemmais estreitas.

3.3.1. De concreto sub-aquático com baixo teor de cimento.3.3.2. De células de estacas pranchas metálicas, preenchidas com areia.3.3.3. De Jet Grouting.

A barragem em concreto, assim como a barragem de aço, permitem o galgamentono caso de enchentes extremas, o que não é admissível na barragem de terra, ou deseixo rolado, ou de terra enrocamento, ou de enrocamento com face de concreto.

Disto, resulta a admissão de menores vazões de enchentes durante a construção,portanto, ensecadeiras de menor altura e menor largura, conseqüentemente menorvolume.




3.4. DESVIO DO RIO

Ao invés de túneis de desvio ou vertedouro tipo superfície com soleira rebaixada,sugere-se, desvio por:

3.4.1. Adufas 3.4.2. Canais de concreto armado com múltiplas galerias 3.4.3. Vertedouro tipo descargas de fundo

3.5. TURBINAS

Sugere-se que as empresas de engenharia de consultoria apresentem quandocabível, alternativas de turbinas, confrontando:

3.5.1. Kaplan de eixo vertical 3.5.2. Bulbo de eixo horizontal

O custo final do circuito hidráulico de geração, depende, não somente, do tipo deturbina selecionado, mas do conjunto da estrutura de concreto onde a turbina e ogerador ficam abrigados, bem como depende das escavações em terra e em rochapara o canal de adução, tubo de sucção e canal de fuga.

4. REDUÇÃO NOS CUSTOS DE IMPLANTAÇÃO DE UHE’s

O parâmetro balizador de US$ 1,000,000.00 por MW de potência instalada paraviabilizar usinas hidrelétricas, no Brasil, está extremamente alto, para um país com20% das reservas hídricas mundiais. Este parâmetro deveria cair para a metade.

Da adoção das medidas acima sugeridas pode-se esperar uma redução de até40,0% no custo de implantação dos aproveitamentos hidrelétricos.

5. BENEFÍCIOS

A redução no custo de implantação dos empreendimentos hidrelétricos vai reduzirsignificativamente o custo do MW hora gerado. Conseqüentemente toda a cadeia

produtiva poderá se beneficiar deste insumo básico, refletindo-se numa redução docusto de toda a produção industrial, tornando os produtos fabricados no Brasilbastante mais competitivos no comércio internacional. Isto propiciará a implantaçãode indústrias estrangeiras no Brasil, oferecendo oportunidades de emprego eabsorvendo a enorme quantidade de desempregados e promovendo o aumento doproduto interno bruto.

6. RECOMENDAÇÕES

Recomenda-se que as empresas de engenharia de consultoria, sem desprezar as

alternativas de estudo de viabilidade e de projetos básicos que o seu melhor bomsenso e de engenhosidade decidirem considerar e desenvolver, que apresentempara a ANEEL desenhos de arranjo geral de no mínimo mais três alternativas




acompanhadas de respectivas planilhas de quantidades de serviços de construçãocivil e equipamentos, para seguintes inovações de estruturas e arranjos gerais:

− Barragens de concreto compactado com rolo com casa de força incorporada.− Na calha do rio, circuito hidráulico de geração em estrutura monolítica e

barragem vertedouro com comportas tipo descarga de fundo.− Barragens de estrutura metálica.

7. CONCLUSÃO

Disponibilizando o insumo energia elétrica a baixo custo, isto vai permitir a expansãode toda a cadeia produtiva nacional, além de atrair a implantação de investimentosestrangeiros no Brasil. Desta forma a enorme quantidade de mão-de-obradesempregada poderá ser absorvida de forma produtiva aumentando o PIB,movimentando a economia e ajudando a resolver muitos problemas sociais.

8. AGRADECIMENTOS

Ficam aqui registrados os sinceros agradecimentos do Autor aos Engenheiros eTécnico, a seguir listados, que colaboraram na elaboração desse trabalho para finsde apresentação neste VI Simpósio Sobre PCHs:

- Fernando de Moraes Fontenelle – Engenheiro Civil Estruturas Metálicas – CREA-RJ: n.º 143541/D.

- Cristiane Maria Basto Bacaltchuk – Engenheira Mecânica, Phd – CREA-RJ: n.º85106417-6 D.- Gilberto Alexandre Castello Branco – Engenheiro Mecânico, Phd – CREA-RJ: n.º

88100135-0 D.- Sonia Maria Hübner – SM Digitação – Porto Alegre/RS.- Renato de Almeida Faria – Técnico de Mecânica, Cursando Engenharia Industrial.- Ernesto Serrano Rodrigues – Desenhista Projetista Sênior

9. PALAVRAS-CHAVE

Otimização – Hidrelétricas – Casa Força – Vertedouro

10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ANNEL – Agência Nacional de Energia Elétrica, Estudos de Viabilidade. DiversosEmpreendimentos elaborados por Engevix, Themag, Cnec, PCE, Intertechne,Hidroservice, Promon,

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