ESTUDO DE VIABILIDADE DE UM APROVEITAMENTO …

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ESTUDO DE VIABILIDADE DE UM

APROVEITAMENTO HIDRELÉTRICO NO

TRECHO DE VAZÃO REDUZIDA DO

APROVEITAMENTO HIDRELÉTRICO BELO

MONTE

Monique Lopes Avelino

Projeto de Graduação apresentado ao Curso de

Engenharia Civil da Escola Politécnica,

Universidade Federal do Rio de Janeiro, como

parte dos requisitos necessários à obtenção do

título de Engenheiro.

Orientadores: Tarcísio Luiz Coelho de Castro

Heloisa Teixeira Firmo

Rio de Janeiro

Setembro de 2017

ii

ESTUDO DE VIABILIDADE DE UM APROVEITAMENTO HIDRELÉTRICO NO TRECHO

DE VAZÃO REDUZIDA DO APROVEITAMENTO HIDRELÉTRICO BELO MONTE


PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE

ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO

DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO

GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL.

Examinado por:

____________________________________________

Prof. Tarcísio Luiz Coelho de Castro

____________________________________________

Prof. Heloisa Teixeira Firmo, D.Sc.

____________________________________________

Prof. Paulo Renato Barbosa, M.Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL

SETEMBRO de 2017

iii

Avelino, Monique Lopes

Estudo de Viabilidade de um Aproveitamento

Hidrelétrico no Trecho de Vazão Reduzida do

Aproveitamento Hidrelétrico Belo Monte/ Monique Lopes

Avelino - Rio de Janeiro: UFRJ/Escola Politécnica, 2017.

VIII, 44 p.: il.; 29,7 cm.

Orientadores: Tarcísio Luiz Coelho de Castro e Heloisa

Teixeira Firmo

Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/

Curso de Engenharia Civil, 2017.

Referências Bibliográficas: p. 68

1. Trecho de Vazão Reduzida. 2. Vazão Ambiental. 3.

Aproveitamento Hidrelétrico. I. Castro, Tarcisio Luiz

Coelho. II. Firmo, Heloisa Teixeira. III. Universidade Federal

do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia

Civil. IV. Estudo de Viabilidade de um Aproveitamento

Hidrelétrico no Trecho de Vazão Reduzida do

Aproveitamento Hidrelétrico Belo Monte.

iv

Agradecimentos

Primeiramente, gostaria de agradecer à Deus. Sem Ele, nada seria possível.

Agradeço também aos meus pais, Mario e Jurema, que são a base da minha educação.

Obrigada por todo amor, dedicação e paciência durante todos esses anos. Vocês, dentro da

nossa realidade, nunca mediram esforços para me proporcionar a melhor educação que eu

poderia ter. Serei grata eternamente.

Aos meus familiares, que sempre esboçavam sua torcida para que eu continuasse firme.

Às minhas amigas, Mayana Müller e Mayara Müller, que dividiram um pouco de suas vidas

durante esses anos de faculdade. Obrigada por todo o apoio e descontração.

Aos meus amigos do curso de Engenharia Civil que fizeram dessa caminhada mais leve e

agradável. Em especial, gostaria de agradecer à Elisa Couto, Marcella Lorena e Carolina

Ramos pela parceria e companheirismo dentro e fora de sala desde o primeiro período. Eu

não conseguiria sem vocês.

Aos meus amigos da Hatch com quem tive o prazer de estagiar durante dois anos (e

contando). Obrigada por contribuírem na escolha da minha ênfase em Recursos Hídricos e

Meio Ambiente. Sou muito grata por toda a paciência, amizade e oportunidade de

conhecimento que vocês me proporcionaram. Em especial, agradeço a Renata Nery e

Antonio Pellissari.

Por fim, agradeço aos meus orientadores Tarcísio Castro e Heloisa Firmo, que

disponibilizaram parte de seu tempo a me orientar. Toda a atenção, informação e

conhecimento fornecidos foram fundamentais para a elaboração desse trabalho.

v

Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte dos

requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.

Estudo de Viabilidade de um Aproveitamento Hidrelétrico no Trecho de Vazão Reduzida do

Aproveitamento Hidrelétrico Belo Monte


Setembro/2017

Orientadores: Tarcísio Luiz Coelho de Castro


Nesse trabalho é apresentado um estudo de viabilidade de implantação de um

aproveitamento hidrelétrico no trecho de vazão reduzida do AHE Belo Monte, aproveitando

a vazão ambiental a ser mantida e o desnível do trecho, que é localizado na Volta Grande do

rio Xingu. Tal implantação visa, além de resolver alguns problemas gerados nesse trecho,

incrementar, com o menor impacto ambiental possível, a potência gerada pelo

empreendimento, visto que, com esse arranjo atual, Belo Monte apresenta um fator de

capacidade abaixo da média do setor hidrelétrico brasileiro. Esse trabalho contempla os

estudos hidrológicos, estudos energéticos, projeto simplificado das obras civis, orçamento e

estudo de viabilidade técnico-econômica. Como principal conclusão, tem-se que a solução é

viável em partes e recomenda-se o desenvolvimento detalhado do projeto aqui proposto.

Palavras-Chave: Trecho de Vazão Reduzida, Vazão Ambiental, Aproveitamento Hidrelétrico.

vi

Abstract of the Graduation Project presented to Escola Politécnica/UFRJ as part of the

necessary requirements for obtaining the degree of Civil Engineer.

Feasibility Study of a Hydroelectric Development in the Reduced Flow Section of

Hydroelectric Development Belo Monte


September/2017

Advisors: Tarcísio Luiz Coelho de Castro


In this study is presented the feasibility study for the implementation of a hydroelectric

development in the Reduced Flow Section of Hydroelectric Development Belo Monte, taking

advantage of the ecological flow to be maintained and the section head, which is located at

Xingu River Volta Grande. This implementation aims to, besides resolving some of the issues

developed in this section, increase, with the smallest environmental impact as possible, the

power generated by the project, given that with its current arrangement, Belo Monte is

found to have a below average capacity factor compared to the Brazilian hydroelectric

market. This article comprises the hydrological studies, energy studies, simplified civil works

designs, budget and technical-economic feasibility studies. Its main conclusion is that the

solution is partially viable and a detailed development of this project is recommended.

Key-Words: Reduced Flow Section, Ecological Flow, Hydroelectric Development.

vii

Sumário

1. Introdução ............................................................................................................................................. 1

1.1 Considerações Iniciais................................................................................................................... 1

1.2 Objetivos e Metas .......................................................................................................................... 4

1.3 Justificativa .................................................................................................................................... 5

1.4 Metodologia ................................................................................................................................... 6

1.5 Estrutura do Trabalho .................................................................................................................... 9

2. Apresentação da UHE Belo Monte.................................................................................................... 10

2.1 Empreendimento ......................................................................................................................... 10

2.2 Trecho de Vazão Reduzida (TVR) .............................................................................................. 15

2.2.1 Localização ...................................................................................................................... 15

2.2.2 Impactos na Região do Trecho de Vazão Reduzida ....................................................... 19

3. Análise dos Dados Disponíveis ........................................................................................................ 20

3.1 Hidrologia .................................................................................................................................... 20

3.1.1 Análise de Cheias ............................................................................................................ 24

3.2 Topografia ................................................................................................................................... 28

3.3 Curvas-Chave .............................................................................................................................. 28

4. Estudos e Avaliações Ambientais .................................................................................................... 29

4.1 Vazões Médias Mensais Propostas para o TVR ......................................................................... 29

5. Novo Eixo ............................................................................................................................................ 31

5.1 Definição do Novo Eixo ............................................................................................................... 31

6. Estudos Hidrológicos ........................................................................................................................ 33

6.1 Série de Vazões .......................................................................................................................... 33

6.2 Cheias de Projeto ........................................................................................................................ 36

6.3 Estudo de Remanso .................................................................................................................... 36

7. Estudos Energéticos do Novo Eixo .................................................................................................. 42

7.1 Dados Básicos e Critérios Adotados ........................................................................................... 42

7.2 Definição da Potência Instalada da Usina .................................................................................. 43

7.3 Fator de Capacidade e Garantia Física ...................................................................................... 44

8. Dimensionamento das Estruturas .................................................................................................... 46

8.1 Vertedouro ................................................................................................................................... 46

8.1.1 Dimensionamento Hidráulico ........................................................................................... 46

8.2 Casa de Força ............................................................................................................................. 53

8.2.1 Turbinas Hidráulicas ........................................................................................................ 54

8.2.2 Definição da Turbina para o Novo Eixo ........................................................................... 56

8.2.3 Resultados ....................................................................................................................... 57

8.3 Barragem ..................................................................................................................................... 58

viii

8.4 Estudo de Desvio ........................................................................................................................ 59

9. Orçamento das Obras ........................................................................................................................ 60

9.1 Barragem de Concreto Convencional ......................................................................................... 60

9.2 Vertedouro ................................................................................................................................... 61

9.3 Turbinas Kaplan .......................................................................................................................... 62

9.4 Casa de Força ............................................................................................................................. 63

9.5 Resumo do Orçamento ............................................................................................................... 63

9.6 Estimativa do Custo de Implantação ........................................................................................... 64

10. Análise da Viabilidade Técnica e Econômica .................................................................................. 65

11. Conclusões e Recomendações ......................................................................................................... 66

12. Referências Bibliográficas ................................................................................................................ 68

ix

Lista de Figuras

FIGURA 1.5-1: UHE CAPIM BRANCO – SOLEIRA VERTENTE ................................................................................................. 7



FIGURA 2.1-1: MAPA DE LOCALIZAÇÃO DO EMPREENDIMENTO .......................................................................................... 11

FIGURA 2.1-2: ARRANJO DO SITIO PIMENTAL ................................................................................................................. 12

FIGURA 2.1-3: VERTEDOURO SITIO PIMENTAL ................................................................................................................ 12

FIGURA 2.1-4: CASA DE FORÇA E TOMADA D’ÁGUA SITIO PIMENTAL .................................................................................. 13

FIGURA 2.2-1: TRECHO DE VAZÃO REDUZIDA (TVR) ........................................................................................................ 17

FIGURA 2.2-2: VISTA AÉREA DO TRECHO DE VAZÃO REDUZIDA – TVR NO PERÍODO DE ESTIAGEM, COM O CANAL PREFERENCIAL DE

ESCOAMENTO EM PRIMEIRO E ÚLTIMO PLANO ......................................................................................................... 18

FIGURA 2.2-3: VISTA AÉREA DO RIO BACAJÁ, PRINCIPAL AFLUENTE DO RIO XINGU NO TRECHO DE VAZÃO REDUZIDA – TVR .......... 18

FIGURA 2.2-4: PERFIL DO RIO XINGU NA ÁREA DIRETAMENTE AFETADA PELO AHE BELO MONTE .............................................. 19

FIGURA 3.1-1: HIDROGRAMA DE VAZÕES DE ANOS HIDROLÓGICOS CARACTERÍSTICOS ............................................................. 23

FIGURA 3.1-2: PERMANÊNCIA DAS VAZÕES MÉDIAS MENSAIS AFLUENTES (1931-2001) ...................................................... 23

FIGURA 3.1-3: AHE BELO MONTE – CASA DE FORÇA PRINCIPAL – QUEDA LÍQUIDA DISPONÍVEL - BASE .................................... 24

FIGURA 3.1-4: PICOS DE CHEIAS DECAMILENARES EM FUNÇÃO DAS HIPÓTESES ESTUDADAS E DAS DIVERSAS DISTRIBUIÇÕES DE

PROBABILIDADE ................................................................................................................................................. 25

FIGURA 3.1-5: HIDROGRAMA CHEIA DE 50 ANOS ............................................................................................................ 26

FIGURA 3.1-6: HIDROGRAMA CHEIA DE 10.000 ANOS ..................................................................................................... 27

FIGURA 3.3-1: CURVA CHAVE CANAL DE FUGA DO AHE BELO MONTE................................................................................ 28

FIGURA 4.1-1: HIDROGRAMA ECOLÓGICO PROPOSTO VERSUS HIDROGRAMA CONSIDERADO NOS ESTUDOS DE VIABILIDADE ........... 30

FIGURA 5.1-1: PERFIL COM A DIVISÃO DE QUEDA RECOMENDADA PARA O RIO XINGU ............................................................. 31

FIGURA 5.1-2: CACHOEIRA GRANDE SITUADA NO FINAL DA REGIÃO COM PREDOMÍNIO DOS PEDRAIS ......................................... 32

FIGURA 5.1-3: SEÇÃO ONDE ESTARÁ LOCALIZADO O NOVO EIXO ........................................................................................ 32

FIGURA 6.1-1: CURVA DE PERMANÊNCIA DE VAZÕES MÉDIAS MENSAIS AFLUENTES AO NOVO EIXO ......................................... 35

FIGURA 6.3-1: LOCAÇÃO DAS SEÇÕES TOPOBATIMÉTRICAS ............................................................................................... 38

FIGURA 6.3-2: COEFICIENTES DE RUGOSIDADE ............................................................................................................... 39

FIGURA 6.3-3: GEOMETRIA UTILIZADA NO HEC-RAS PARA A SIMULAÇÃO DO TVR ................................................................ 39

FIGURA 8.1-1: CROQUI OGIVA PADRÃO ......................................................................................................................... 47

FIGURA 8.1-2: PERFIL DO QUADRANTE DE MONTANTE .................................................................................................... 48

FIGURA 8.1-3:PERFIL DO QUADRANTE DE JUSANTE ......................................................................................................... 49

FIGURA 8.1-4: COORDENADAS DO PONTO DE TANGÊNCIA ................................................................................................ 50

FIGURA 8.1-5: DETERMINAÇÃO DO PERFIL DA LINHA D’ÁGUA ........................................................................................... 51

FIGURA 8.1-6: DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE DESCARGA ......................................................................................... 53

FIGURA 8.2-1: SELEÇÃO DO TIPO DE TURBINA ................................................................................................................ 56

FIGURA 8.2-2: DIMENSÕES DA TURBINA, DA CAIXA ESPIRAL, DO GERADOR E DO TUBO DE SUCÇÃO............................................. 58

FIGURA 8.3-1: SEÇÃO REPRESENTATIVA DO NOVO BARRAMENTO ....................................................................................... 59

FIGURA 9.1-1: BARRAGEM DE CONCRETO CONVENCIONAL – CUSTO POR METRO DE CRISTA .................................................... 60

https://hatchengineering-my.sharepoint.com/personal/monique_avelino_hatch_com/Documents/Monique/TCC/Revisões/04_rev_Heloisa_TCC-Monique%20Avelino%20(Recovered).docx#_Toc491957894

x

FIGURA 9.2-1: VERTEDOURO TIPO BARRAGEM (OGIVA ALTA) EM CONCRETO CONVENCIONAL – OBRAS CIVIS – CUSTO POR M³/S DE

CAPACIDADE ..................................................................................................................................................... 61

FIGURA 9.2-2: VERTEDOURO DE SUPERFÍCIE EQUIPAMENTOS HIDROMECÂNICOS E DE LEVANTAMENTO – CUSTO UNITÁRIO .......... 61

FIGURA 9.3-1: TURBINAS KAPLAN COM CAIXA ESPIRAL EM AÇO – CUSTO UNITÁRIO .............................................................. 62

FIGURA 9.4-1: CUSTO TOTAL DAS OBRAS CIVIS DA CASA DE FORÇA .................................................................................... 63

Lista de Tabelas

TABELA 2.1-1: CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS PRINCIPAIS DO AHE BELO MONTE ..................................................................... 14

TABELA 3.1-1: SÉRIE DE VAZÕES MÉDIAS MENSAIS (M³/S) NA ESTAÇÃO DE ALTAMIRA .......................................................... 21

TABELA 3.1-2: CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DA SÉRIE DE VAZÕES MÉDIAS MENSAIS UTILIZADA PARA DIMENSIONAMENTO

HIDROLÓGICO DO AHE BELO MONTE ................................................................................................................... 22

TABELA 3.1-3: VALORES DE REFERÊNCIA EIA .................................................................................................................. 22

TABELA 3.3-1: POLINÔMIO CURVA – CHAVE AHE BELO MONTE ....................................................................................... 29

TABELA 4.1-1: HIDROGRAMA AMBIENTAL – VAZÕES MÉDIAS MENSAIS PROPOSTAS PARA O TVR ............................................ 29

TABELA 6.1-1: VAZÕES MÉDIAS MENSAIS (M³/S) NOVO EIXO ........................................................................................... 34

TABELA 6.3-1: RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES NO HEC-RAS ............................................................................................ 40

TABELA 6.3-2: ELEVAÇÕES DO NÍVEL D’ÁGUA NAS SEÇÕES DE INTERESSE ............................................................................. 41

TABELA 8.2-1: TIPOS DE TURBINA ................................................................................................................................ 55

Lista de Quadros

QUADRO 6.1-1: PERMANÊNCIA DAS VAZÕES MÉDIAS MENSAIS DA ALTERNATIVA DO NOVO EIXO ............................................ 35

QUADRO 7.3-1: RESULTADOS ENERGÉTICOS DO ESTUDO DE POTÊNCIA ............................................................................... 46

1

1. Introdução

1.1 Considerações Iniciais

A sociedade moderna, quase que em sua totalidade, apresenta dependência de energia elétrica

em todas as suas atividades diárias. A influência dessa energia elétrica, porém, vai muito além

disso. Ela influencia o Produto Interno Bruto (PIB) de um país, impacta o Índice de

Desenvolvimento Humano (IDH), além de ser suportar atividades na área da saúde , educação e

segurança. A gama de benefícios que uma sociedade pode ter, ao solucionar a sua demanda por

eletricidade é muito extensa. [1]

O que podemos observar é, uma constante procura por novas tecnologias de geração, buscando

cada vez mais otimizar os custos. Todos os países desenvolvidos, equacionaram, de alguma

forma, a sua questão energética, a fim de proporcionar à sua população o suporte energético

necessário para desenvolver, crescer e melhorar suas condições de vida. [1]

No Brasil, vivemos uma forte expansão da nossa fonte mais abundante: as hidrelétricas. Diversas

usinas, de diversos tamanhos, foram instaladas, tornando a matriz elétrica brasileira,

predominantemente hídrica. Fato considerado por muitos uma opção privilegiada, em função de

seu baixo custo de geração e de seu caráter renovável. [1]

O Brasil pode ser considerado, de fato, privilegiado nesse sentido. Apesar de criticada por

questões ambientais, a geração hidrelétrica é renovável, por não “gastar” água. A aceleração das

turbinas se dá pelo movimento da água, pela gravidade, sendo ela devolvida ao seu curso após

esse movimento. Somado à isso, a eletricidade produzida por fontes hídricas é mais barata e

permite o estoque de água para a utilização em tempos de seca ou de demandas maiores. [1]

Embora tenhamos potencial para energias renováveis, além da nossa vocação hídrica, podemos

destacar nosso alto potencial para a utilização de fontes como eólica, biomassa e solar, não

podemos dizer que o Brasil equacionou a questão elétrica nacional. Longe disso. Nosso

planejamento é constantemente questionado por especialistas e raramente cumprido. Podem

ser atribuídos problemas por questões políticas, dificuldades tarifárias e fatores ambientais. [1]

2

Há também uma imagem denegrida das usinas hidrelétricas, devido à equívocos cometidos em

algumas obras do setor, além de ações de grupos ativistas que são contrários à esse tipo de

empreendimento.

Dentro deste contexto, podemos destacar o AHE Belo Monte, que sofreu duras críticas por

apresentar uma produtividade baixa. Embora tenha 11.181,3 MW de capacidade instalada, o

que a torna a segunda maior hidrelétrica do país, Belo Monte tem estimativa de energia firme1

equivalente a 4.719 MW médios anuais na Casa de Força Principal e 77 MW médios na Casa de

Força Complementar, ou seja, cerca de 40% da capacidade.[2]

A energia firme de Belo Monte pode ser justificada como baixa, por conta das características do

Rio Xingu, cuja vazão fica bastante reduzida em épocas de seca. Como ela não tem reservatório,

é uma usina a fio d’água, ela gera energia conforme a quantidade de água existente no rio.

Outro grande questionamento acerca de Belo Monte surgiu após a sua implantação. Antes, as

polêmicas giravam em torno da grande área alagada e dos impactados que ficariam embaixo

d’água. Hoje, entretanto, a polêmica se volta para os que foram impactados pela ausência da

mesma na região denominada Volta Grande do Xingu. As vazões previstas no Estudo de Impacto

Ambiental não foram suficientes para manter a normalidade das atividades do trecho.

O que buscamos aqui, neste trabalho é, abaixo dessa discussão, com dados consultados em

fontes públicas, compreender por meio de informações consistentes e por métodos de estudo

coerentes, os benefícios e os custos financeiros, sociais e ambientais causados por uma

alternativa de uma nova fonte geradora, alinhada à uma fonte que apresenta um baixo fator de

capacidade e duras críticas ambientais quanto à manutenção das características hídricas de um

trecho a jusante.

O Plano Decenal de Expansão de Energia (PDE) é publicado pela EPE regularmente a cada ano

como um elemento de informação a toda a sociedade, bem como aos agentes e investidores,

com uma indicação das perspectivas de expansão futura do setor de energia. É um documento

de planejamento indicativo e não determinativo. É voltado para todos os setores de energia, e

propicia uma visão integrada, além da energia elétrica, para um horizonte de 10 anos. Para

1 Energia Firme: Energia média gerada na sequência mais seca do histórico (período crítico)

3

agentes e investidores, o PDE facilita o acesso à informação relevante para a tomada de

decisões.

O PDE também é instrumento de comunicação e apoio ao planejamento do setor de energia

para identificar e investigar as estratégias indicativas para a expansão da oferta de energia nos

próximos anos e as sinergias entre os setores, com benefícios em termos de aumento de

confiabilidade, redução de custos de produção e redução de impactos ambientais.

O PDE é construído com base nas dimensões mais importantes associadas ao planejamento de

expansão de energia considerando os aspectos: econômico, estratégico e socioambiental.

O plano procura identificar, no caso de geração de energia elétrica as diversas oportunidades de

geração a partir dos estudos feitos para identificação de possíveis alternativas de diversas

fontes, entre elas a energia hidrelétrica.

O que se pode ver é que apesar de se verificar um crescimento prospectivo na demanda de

energia (cerca de 7% ao final do período mesmo considerando o cenário atual de crise

econômica) que poderia justificar a necessidade de maior investimento nessa fonte limpa e

renovável, o que se verifica no plano indicativo é que até o fim de 2023 não está prevista a

entrada de nenhuma hidrelétrica.

Esse fato pode ser explicado pela diminuição da demanda nos últimos anos por conta da crise

econômica, e pela entrada recente de grandes empreendimentos de geração hidráulica como

Belo Monte, Jirau e Santo Antônio que somaram grandes quantidades de energia para o sistema

brasileiro.

4

Fonte: Plano Decenal de Energia – PDE (2017)

No entanto, esse planejamento é apenas indicativo e usinas hidrelétricas podem ser necessárias

antes desse horizonte planejado se houverem mudanças nas taxas de crescimento da demanda.

E além disso deve-se ter em mente que uma hidrelétrica de médio a grande porte leva pelo 5

anos para ser planejada e licenciada e mais 5 anos para entrar em operação, o que justifica que

se continue investindo em novos projetos e novas oportunidades de geração.

1.2 Objetivos e Metas

O presente trabalho tem como objetivo o estudo e sugestão de solução para os problemas

ambientais do trecho de Vazão Reduzida do AHE Belo Monte além da tentativa de aumento do

fator de capacidade do empreendimento.

Para isso, serão utilizadas bibliografias pertinentes e disponíveis para a elaboração de um estudo

de viabilidade de um aproveitamento hidrelétrico, associada ao uso de programas como o HEC-

RAS, para a análise dessa solução intitulada como “Novo Eixo”.

Dos objetivos pertinentes temos:

Analisar as características do AHE Belo Monte como um todo, além de todas as informações

acerca do local onde o aproveitamento está inserido, para verificar a viabilidade do estudo;

5

Análise do regime de vazões ecológicas liberadas para o trecho, determinadas pelos

hidrogramas ambientais disponíveis;

Definição do local que melhor aproveite as características do TVR para ser implantada a

alternativa do Novo Eixo;

Elaboração dos estudos hidrológicos e energéticos do Novo Eixo a partir dos dados

observados e analisados anteriormente;

Dimensionamento das principais estruturas componentes do Novo Eixo;

Estimativa do Orçamento das obras que englobam o empreendimento;

Análise geral da viabilidade técnica e econômica do Novo Eixo.

1.3 Justificativa

O trecho de vazão reduzida (TVR) é um termo utilizado no setor elétrico para definir o estirão

fluvial do rio natural que, após a inserção da barragem de uma usina hidrelétrica, passa a ter sua

vazão reduzida, pois num arranjo como esse a maior parte das vazões é desviada do curso

principal para um canal de adução. O termo “alça de vazão reduzida” (AVR) também é

empregado para caracterizar esse trecho. [3]

Muitas usinas foram construídas no Brasil com a vazão nula para o TVR, pois não existia

nenhuma regulação sobre o assunto. Porém, nos últimos anos, com a aprovação da legislação de

outorga a nível Federal e nos Estados, passou-se a exigir que uma determinada vazão mínima

fosse liberada para o TVR para garantir que o curso principal mantenha as condições ambientais

e de usos da água adequadas para os ecossistemas aquáticos.

No caso do AHE Belo Monte aqui estudado, o EIA – Estudo de Impacto Ambiental contemplava,

entre outros aspectos, um hidrograma de vazões a ser liberado para o trecho à jusante do

barramento visando a diminuição dos impactos ambientais e da interferência dessa implantação

nos ecossistemas. Porém, conforme pode ser verificado em noticiários, aparentemente tal vazão

não foi suficiente para manter as atividades anteriormente praticadas no trecho. [3]

A proposta desse trabalho é aproveitar o desnível e a vazão ambiental a ser mantida no Trecho

de Vazão Reduzida, localizado na Volta Grande do Rio Xingu, para a implantação de um

aproveitamento hidrelétrico.

6

Essa implantação visa, além de devolver as condições hídricas do TVR a partir da “inundação” da

Volta Grande do Xingu, levando à consequente melhoria da navegação, pesca, etc, incrementar,

com o menor impacto possível, a potência gerada pelo empreendimento, aumentando a

capacidade instalada , e consequentemente o fator de capacidade e a energia garantida.

1.4 Metodologia

Podemos assimilar a metodologia empregada nesse trabalho ao exemplo da UHE Capim Branco

I, localizada no rio Araguari, no trecho entre a barragem da UHE Miranda e a Usina de Capim

Branco II, no estado de Minas Gerais, com potência de geração de 240 MW. A geração de

energia dessa UHE depende do desvio da maior parte da vazão do rio Araguari para um túnel de

adução que conduz a água à Casa de Força, de onde será retornada ao curso natural do rio. Com

esse desvio, o leito natural do rio, com extensão de 9 km passou a receber uma vazão de 7 m³/s,

inferior a vazão natural, caracterizando-se assim, como um trecho de vazão reduzida. [4]

Em decorrência da diminuição da vazão e consequente alteração do perfil hidráulico do trecho,

foi proposta pela Fundação Estadual de Meio Ambiente de Minas Gerais (FEAM) uma medida

mitigadora: a implantação de soleiras vertentes transversais ao fluxo (barramentos). Dessa

forma, ocorreria uma elevação do nível d’água a patamares próximos aos do período quando

não havia o empreendimento. Causando assim, a formação de compartimentos com

características hidrodinâmicas próximas às características de reservatório. [4]

7

Figura 1.4-1: UHE Capim Branco – Soleira Vertente

Fonte: Acervo Pessoal do Professor Tarcísio Castro



8



A diferença da UHE Capim Branco I para o estudo aqui apresentado é, que além de empregar

apenas um barramento, faz-se uso do mesmo para geração de energia.

Para o presente estudo, foram utilizadas as informações disponíveis, principalmente, no Estudo

de Impacto Ambiental (ELETROBRÁS, ELETRONORTE. 2006) aliado a informações disponíveis

publicamente.

Como auxílio na elaboração de muitos cálculos foram empregadas planilhas, gráficos e

informações encontradas no Manual de Inventário Hidrelétrico de Bacias Hidrográficas. 2007 -

Ministério de Minas e Energia – Secretaria de Planejamento e Desenvolvimento Energético.

9

Além disso, a partir de seções que só estavam disponibilizadas em pdf, e precisaram ser

convertidas por aproximação em dados tabelados, utilizamos o modelo matemático

unidimensional HEC-RAS – River Analysis Sistem, que permitiu estudar a influência do

barramento para o trecho. Através dele, foi possível chegar a algumas conclusões sobre os

questionamentos que surgiram no início da elaboração do trabalho, como: Esse Novo Eixo seria

capaz de inundar todo o TVR? Se não, até que ponto ele melhoraria as condições hídricas desse

local? E se inundasse até o local onde fica situado o Sitio Pimental, qual a cota que ele

alcançaria?

1.5 Estrutura do Trabalho

O presente trabalho está organizado em 13 capítulos, divididos da seguinte maneira:

Capítulo 1: contém a apresentação do projeto, com a contextualização dos estudos,

apresentação e organização do trabalho.

Capítulo 2: faz uma breve apresentação do Aproveitamento Hidrelétrico Belo Monte e do trecho

de vazão reduzida (TVR).

Capítulo 3: faz uma análise dos dados disponíveis, divididos em hidrologia, topografia e curvas

chave.

Capítulo 4: apresenta os estudos e avaliações ambientais do AHE Belo Monte.

Capítulo 5: apresenta a definição do Novo Eixo.

Capítulo 6: apresenta os estudos hidrológicos para o Novo Eixo, destacando sua série de vazões,

cheias de projeto e estudo de remanso.

Capítulo 7: apresenta os estudos energéticos para o Novo Eixo.

Capítulo 8: apresenta os dimensionamentos das principais estruturas do Novo Eixo.

Capítulo 9: apresenta o orçamento das obras para o Novo Eixo.

Capítulo 10: apresenta a análise de viabilidade técnica e econômica para o Novo Eixo.

10

Capítulo 11: apresenta as conclusões e recomendações obtidas no estudo.

Capítulo 12: apresenta as referências bibliográficas.

2. Apresentação da UHE Belo Monte

2.1 Empreendimento

Segundo o Estudo de Impacto Ambiental (EIA), o Aproveitamento Hidrelétrico de Belo Monte foi

projetado para a região Norte do Brasil, no rio Xingu, afluente pela margem direita do rio

Amazonas, no estado do Pará. O empreendimento está localizado numa área denominada Volta

Grande do rio Xingu, entre os paralelos 3º00’ e 3º40’S e os meridianos 51°30’ e 52°30’W. [2]

Considerando todas as estruturas que compõem o arranjo geral, incluindo o reservatório, tal

empreendimento ocupará terras dos municípios de Vitória do Xingu, Altamira e Brasil Novo.[2]

O AHE Belo Monte é formado por um barramento principal no rio Xingu (Sítio Pimental,

conforme denominado nos Estudos de Viabilidade), de onde as vazões são derivadas por canais

até o Sítio Belo Monte, para que haja a geração de energia na casa de força principal,

aproveitando uma queda de cerca de 90 m. Decorrente desta configuração, um trecho de cerca

de 100 km de extensão a jusante da barragem principal é formado no rio Xingu que será

alimentado por uma vazão residual. Essa vazão também será aproveitada para geração de

energia em uma Casa de Força complementar, localizada junto a barragem principal. [2]

O eixo da barragem principal está localizado a cerca de 40 km da cidade de Altamira, no rio

Xingu. O canal de fuga da casa de força principal localiza-se cerca de 9,5 km a jusante da vila de

Belo Monte.[2]

O reservatório tem Nível Máximo Normal de operação na cota 97,0 m, apresentando dois

compartimentos distintos: o primeiro foi denominado Reservatório do Xingu e é formado na

calha do rio Xingu, que compreende a área de inundação do corpo hídrico na cota 97,0 m e

outro foi denominado Reservatório dos Canais e é formado a partir de dois canais de derivação,

que conduzem as vazões derivadas do rio Xingu até a casa de força principal.[2]

O AHE Belo Monte pode ser considerado um empreendimento a fio d’água, pois seus

reservatórios não tem capacidade de acumulação.

11

A casa de força principal é localizada no sítio Belo Monte conforme Figura 2.1-1 e tem potência

instalada de 11.000 MW distribuída em 20 unidades geradoras tipo Francis, com eixo vertical e

potência unitária de 550 MW. A casa de força complementar tem potência instalada de

181,3 MW distribuída em 7 turbinas tipo bulbo, com potência unitária de 25,9 MW.

A Figura 2.1-1 a seguir apresenta a localização do empreendimento, e a

Figura 2.1-3: Vertedouro Sitio Pimental

Fonte: Revista Brasileira de Engenharia de Barragens – Edição Especial Belo Monte (Maio 2017)

12

Figura 2.1-4: Casa de Força e Tomada d’Água Sitio Pimental


13

Tabela 2.1-1 as principais características do mesmo.

As Figura 2.1-3 e Figura 2.1-4 a seguir apresentam fotos das estruturas do vertedouro, casa de

força e tomada d’água do Sitio Pimental.

Figura 2.1-1: Mapa de Localização do Empreendimento


14

Figura 2.1-2: Arranjo do Sitio Pimental


Figura 2.1-3: Vertedouro Sitio Pimental


15

Figura 2.1-4: Casa de Força e Tomada d’Água Sitio Pimental


16

Tabela 2.1-1: Características Técnicas Principais do AHE Belo monte

Fonte: EIA de Belo Monte (ELETROBRÁS, 2006)

LOCALIZAÇÃO

Rio: Xingu

UF: PA

USINA HIDRELÉTRICA

BARRAGENS - BELO MONTE

Comprimento Total da Crista: 3.545,00 m

Altura Máxima: 90,00 m

Cota da Crista: 99,00 m

BARRAGEM PIMENTAL

Comprimento Total da Crista: 6.248,00 m

Altura Máxima: 36,00 m

Cota da Crista: 100,00 m

VERTEDOURO PRINCIPAL

Capacidade: 47.400,00 m³/s

Cota da Soleira: 80,00 m

Comprimento Total: 420,00 m

Número de Vãos: 17

Largura do Vão: 20,00 m

VERTEDOURO COMPLEMENTAR

Capacidade: 14.600,00 m³/s

Cota da Soleira: 76,00 m


Número de Vãos: 4

Largura do Vão: 20,00 m

CASA DE FORÇA PRINCIPAL

Tipo: Abrigada

N° de Unidades Geradoras: 20


TURBINAS

Tipo: Francis Eixo Vertical

Potência Unitária Nominal: 560 MW

Queda de Projeto: 89,30 m

Vazão unitária Nominal: 695,00 m³/s

TURBINAS - COMPLEMENTAR

Tipo: Bulbo

Potência Unitária Nominal: 26,40 MW

Queda de Projeto: 13,10 m

Vazão unitária Nominal: 253,00 m³/s

ESTUDOS ENERGÉTICOS - USINA PRINCIPAL

Queda Bruta Máxima: 12,20 m

Queda de Referência: 11,40 m

Potência da Usina: 181 MW

Energia Firme: 77 MW médio

Custo Índice (complexo): 361,00 US$/kW

Custo de Energia Gerada (Complexo): 12,4 US$/MWh

17

2.2 Trecho de Vazão Reduzida (TVR)

2.2.1 Localização

O trecho de vazão reduzida de Belo Monte é o estirão fluvial do rio Xingu compreendido entre a

Casa de Força Complementar, no Sitio Pimental, e o ponto de restituição de vazões turbinadas

na Casa de Força Principal, no sitio Belo Monte. Este trecho configura um compartimento

ambiental com características especiais que sofrerá reduções de vazão após a implantação do

AHE Belo Monte, uma vez que essas vazões foram desviadas para passarem pelo Reservatório

dos Canais.

O trecho tem uma extensão aproximada de 100 km, área de drenagem de aproximadamente

31.717 km² e um desnível de 84,0 m. Os principais afluentes ao rio Xingu, neste trecho de vazão

reduzida, são os rios Itatá, Bacajaí e Bacajá, pela margem direita, sendo o rio Bacajá o mais

importante deles, com área de drenagem de aproximadamente 23.070 km². O restante da

contribuição entre o local do barramento, localizado no Sítio Pimental, e o da Casa de Força

Principal, pela margem esquerda, deve-se a pequenos córregos (igarapés) situados na Volta

Grande. A confluência do rio Bacajá com o rio Xingu situa-se 46,6 km a jusante do local do eixo

do barramento, no Sitio Pimental. [2]

Durante o período de estiagem todas essas contribuições laterais são muito pouco significativas

no trecho. Isso pode ser atribuído pela formação geológica da bacia que é constituída por

terrenos cristalinos, sem capacidade de armazenamento e de manutenção de descargas de base.

[2]

O perfil do rio Xingu no trecho de jusante se desenvolve de duas formas distintas. O primeiro

trecho, considerado desde o local da Barragem Principal até 16 km a jusante da foz do Rio

Bacajá, apresenta declividade média de 0,248 m/km. Após esse ponto, podemos considerar um

segundo trecho, com declividade média de 1.276 m/km. As diferenças fisiográficas desses dois

locais causam uma distribuição de velocidades bem diferente nos diversos canais e acabam

mudando as condições hidrodinâmicas e os usos da água nesses dois trechos. [2]

O primeiro trecho, por ter uma declividade média menor, apresenta velocidades mais suaves.

Tal característica propicia a pesca, navegação, abastecimento de comunidades, atividades de

lazer, etc. O segundo trecho, com declividade média bem maior (cachoeiras, rápidos e

18

corredeiras), torna-se proibitivo para a convivência, navegação, lazer ou outros usos. A Figura

2.2-4 apresenta as características mencionadas acima. [2]

A Figura 2.2-1 a seguir permite observar a diferença entre o trajeto ao longo do TVR, quando

medido com referência na calha central do rio Xingu, que leva a extensão de 100 km, e quando

medido ao longo do canal preferencial de escoamento até a Cachoeira Grande, que conduz a

extensão de 130 km. [2]

O critério de medição na porção central da calha é o mais indicado, pois não apresenta

influência das vazões que modificam a extensão e forma dos canais preferenciais de escoamento

entre os pedrais que compõem esse trecho. A conformação e a extensão de alguns desses canais

do rio Xingu dependem da vazão considerada no momento da medição, sendo que quanto

menor a vazão, maiores são suas extensões, pois parte das direções de escoamento da água

nesses canais passa a ser controlada pelas fraturas rochosas existentes na região dos pedrais.

Nesse sentido, o valor de 100 km será aquele sempre referenciado nesse estudo quando for

mencionado a extensão do TVR. [2]

A Figura 2.2-2 apresenta uma vista aérea do compartimento ambiental explicitado nesse tópico e

a Figura 2.2-3 apresenta uma vista aérea do rio Bacajá, que é o principal rio afluente ao trecho.

19

Figura 2.2-1: Trecho de Vazão Reduzida (TVR)


20

Figura 2.2-2: Vista aérea do Trecho de Vazão Reduzida – TVR no período de estiagem, com o canal

preferencial de escoamento em primeiro e último plano


Figura 2.2-3: Vista aérea do rio Bacajá, principal afluente do rio Xingu no Trecho de Vazão

Reduzida – TVR


21

Figura 2.2-4: Perfil do rio Xingu na área diretamente afetada pelo AHE Belo Monte


2.2.2 Impactos na Região do Trecho de Vazão Reduzida

Com a implantação da barragem podem ser listados vários impactos negativos:

Navegação

Dentre os fatos que não aconteciam antes da existência do barramento e que ocorrem agora,

podemos destacar, como em 2016, o evento de uma forte diminuição de vazão que atingiu a

região, onde algumas comunidades ficaram isoladas, devido aos baixos níveis d’água. Tal fato

acabou impossibilitando a navegação.

“O rio neste trecho não ficou mais navegável. Encontramos ribeirinhos totalmente isolados por

não conseguirem mais navegar. Eles não conseguem mais escoar a produção. O efeito é cascata:

é social, é econômico e é ambiental. Você acaba com o peixe e acaba com a fonte de renda do

ribeirinho. Você compromete a segurança alimentar destas famílias”, declarou Cristiane Carneiro, que é

doutoranda em Ecologia Aquática e Pesca pela Universidade Federal do Pará. [5]

O Sumiço dos Peixes

22

Outra grande consequência da implantação do barramento é que, diante do sobe e desce

constante do rio Xingu, causada pelos períodos de estiagem, a dificuldades de se conseguir uma

boa qualidade de pescado tornou-se grande. Alguns moradores/pescadores classificam o

acontecimento como “o sumiço dos peixes” e temem o futuro da atividade na região.[5]

Proliferação dos Mosquitos

O aumento da formação de poças de água, já que não há mais correnteza, acabaram se

tornando verdadeiros criadouros de mosquitos. A consequência? O crescimento dos casos de

malária, uma doença muito comum na Amazônia, transmitida por picadas de mosquito.

3. Análise dos Dados Disponíveis

3.1 Hidrologia

Segundo o EIA, as séries hidrológicas que deram subsídios para o dimensionamento do AHE Belo

Monte foram obtidas a partir dos registros do posto fluviométrico de Altamira. Essa decisão

pode ser explicada pelo fato do eixo do barramento projetado para o Sitio Pimental estar

localizado mais próximo à cidade de Altamira, onde situa-se o posto em questão, além do

mesmo apresentar um extenso período de observação com curva chave estável e bem definida.

[2]

23

Tabela 3.1-1: Série de Vazões Médias Mensais (m³/s) na Estação de Altamira

Série gerada de Janeiro de 1931 a Junho de 1968 e histórica a partir de Julho de1968.

Fonte: Estudos de Viabilidade CHE Belo Monte, ELETROBRÁS/ELETRONORTE, 2002

ANO Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Médias Máximas Mínimas

1931 6.812 11.821 17.142 25.713 21.060 9.464 3.026 1.621 1.102 1.348 2.327 4.436 8.823 25.713 1.102

1932 7.348 12.312 17.281 11.521 8.914 4.006 3.034 1.625 1.105 1.062 1.933 3.496 6.136 17.281 1.062

1933 6.555 11.376 15.655 18.556 14.697 6.605 2.414 1.293 880 1.114 1.923 3.666 7.061 18.556 880

1934 6.215 10.786 16.185 24.278 20.293 9.120 2.625 1.406 956 1.177 2.031 3.873 8.245 24.278 956

1935 8.444 14.653 20.164 27.813 22.029 9.900 3.088 1.654 1.125 1.117 1.928 3.676 9.633 27.813 1.117

1936 8.369 14.022 19.985 14.454 11.448 5.145 2.142 1.147 780 1.034 1.784 3.402 6.976 19.985 780

1937 3.912 6.789 10.347 15.521 13.090 5.882 3.132 1.677 1.140 1.000 1.726 3.290 5.626 15.521 1.000

1938 5.758 9.992 16.432 24.648 21.646 9.728 2.725 1.460 993 1.004 1.732 3.303 8.285 24.648 993

1939 10.153 17.619 24.245 16.593 13.142 5.906 3.435 1.840 1.251 1.331 2.298 4.381 8.516 24.245 1.251

1940 8.739 14.643 20.870 26.493 20.983 9.430 3.149 1.687 1.147 918 1.583 3.018 9.388 26.493 918

1941 5.676 9.851 13.556 17.722 14.037 6.308 2.249 1.205 820 1.226 2.116 4.034 6.567 17.722 820

1942 4.360 7.567 10.413 14.203 11.249 5.055 2.459 1.317 896 1.226 2.116 4.035 5.408 14.203 896

1943 14.309 24.831 27.828 18.552 9.670 4.346 2.571 1.377 937 1.012 1.746 3.330 9.209 27.828 937

1944 5.746 9.628 14.132 21.198 17.114 7.691 2.557 1.369 932 1.212 2.091 3.988 7.305 21.198 932

1945 6.435 11.167 19.497 29.245 26.435 11.880 2.551 1.366 929 1.035 1.787 3.406 9.644 29.245 929

1946 6.458 11.208 15.423 12.950 10.257 4.609 4.276 2.290 1.557 795 1.371 2.614 6.151 15.423 795

1947 7.402 12.845 19.183 28.774 23.984 10.779 2.395 1.283 873 1.326 2.289 4.365 9.625 28.774 873

1948 9.581 16.054 22.881 18.270 14.470 6.503 2.720 1.457 991 908 1.566 2.985 8.199 22.881 908

1949 10.669 18.515 22.963 15.308 10.132 4.553 3.139 1.681 1.143 969 1.671 3.186 7.827 22.963 969

1950 6.263 10.868 17.470 26.206 22.748 10.223 2.222 1.190 810 901 1.555 2.964 8.618 26.206 810

1951 5.844 10.142 13.956 9.902 7.843 3.524 3.210 1.720 1.169 973 1.679 3.201 5.264 13.956 973

1952 5.012 8.398 15.135 22.703 20.489 9.208 2.982 1.597 1.086 858 1.479 2.821 7.647 22.703 858

1953 6.923 12.014 18.390 27.585 23.319 10.480 2.756 1.476 1.004 1.654 2.855 5.443 9.492 27.585 1.004

1954 6.416 11.134 15.322 17.699 14.018 6.300 2.753 1.475 1.003 750 1.294 2.468 6.719 17.699 750

1955 7.069 12.267 18.592 27.888 23.443 10.535 2.545 1.363 927 1.099 1.897 3.617 9.270 27.888 927

1956 7.375 12.357 17.612 21.729 17.210 7.734 4.200 2.250 1.530 1.089 1.879 3.582 8.212 21.729 1.089

1957 10.453 18.139 24.962 25.035 19.829 8.911 2.623 1.405 956 966 1.665 3.176 9.843 25.035 956

1958 5.813 10.088 17.376 26.065 23.412 10.521 2.699 1.446 983 1.041 1.797 3.427 8.722 26.065 983

1959 8.180 14.195 19.534 20.849 16.513 7.421 3.063 1.641 1.115 907 1.564 2.983 8.164 20.849 907

1960 4.573 7.663 13.118 19.677 17.325 7.785 2.359 1.263 859 1.391 2.401 4.578 6.916 19.677 859

1961 10.322 17.913 21.399 14.266 8.725 3.921 2.652 1.421 966 856 1.476 2.815 7.228 21.399 856

1962 4.870 8.451 11.664 17.496 13.884 6.239 2.576 1.380 939 1.138 1.964 3.745 6.195 17.496 939

1963 6.651 11.543 15.884 14.170 11.223 5.043 2.568 1.375 936 697 1.202 2.291 6.132 15.884 697

1964 11.885 19.913 28.382 29.258 23.173 10.414 2.705 1.449 986 1.211 2.090 3.985 11.288 29.258 986

1965 6.740 11.697 16.096 21.982 17.411 7.824 3.037 1.626 1.106 1.055 1.821 3.472 7.822 21.982 1.055

1966 3.960 6.872 11.503 17.255 15.288 6.870 2.844 1.523 1.036 1.155 1.994 3.802 6.175 17.255 1.036

1967 4.528 7.858 18.148 27.222 27.370 12.300 2.397 1.284 873 892 1.538 2.933 8.945 27.370 873

1968 4.566 7.650 12.148 18.222 15.420 6.929 2.139 1.051 709 718 1.052 4.004 6.217 18.222 709

1969 7.299 10.419 14.365 15.377 12.340 5.273 1.783 924 477 444 605 1.167 5.873 15.377 444

1970 3.833 9.442 18.069 14.908 13.592 4.604 1.996 1.161 733 539 1.225 1.700 5.983 18.069 539

1971 2.516 6.320 9.561 14.097 11.241 6.029 2.675 1.312 750 691 2.643 4.133 5.164 14.097 691

1972 5.518 11.889 16.481 16.882 14.507 5.822 2.682 1.286 848 639 1.090 1.805 6.621 16.882 639

1973 4.327 6.920 14.261 19.619 17.253 7.415 3.658 2.203 1.141 1.418 2.834 5.617 7.222 19.619 1.141

1974 7.455 15.161 21.551 27.567 25.927 13.396 4.434 2.056 1.444 1.348 1.415 4.044 10.483 27.567 1.348

1975 7.353 15.283 19.279 20.795 17.986 8.496 3.836 1.865 1.043 733 1.145 2.810 8.385 20.795 733

1976 6.389 10.913 15.358 14.893 11.218 5.508 2.469 1.190 793 985 2.218 5.069 6.417 15.358 793

1977 9.182 15.546 18.470 17.313 19.345 10.036 4.486 1.972 1.172 1.499 3.294 4.838 8.929 19.345 1.172

1978 15.641 16.065 25.562 22.753 17.434 9.402 4.169 2.353 1.433 1.461 1.957 3.924 10.180 25.562 1.433

1979 8.644 18.249 24.527 17.960 11.205 5.092 2.409 1.447 1.390 1.451 1.981 3.339 8.141 24.527 1.390

1980 8.237 15.500 30.129 21.504 10.483 4.361 2.264 1.409 1.069 1.116 1.571 4.115 8.480 30.129 1.069

1981 10.321 15.439 12.503 16.853 9.651 4.051 2.099 1.394 1.096 962 1.749 5.282 6.783 16.853 962

1982 10.061 23.245 28.249 21.649 17.420 7.165 3.369 1.838 1.313 1.848 1.984 2.718 10.071 28.249 1.313

1983 6.242 15.055 16.566 16.866 7.518 3.697 2.031 1.351 1.064 1.186 2.337 3.927 6.487 16.866 1.064

1984 6.829 9.538 13.498 19.343 19.049 7.497 3.079 1.576 1.299 1.371 2.555 3.377 7.418 19.343 1.299

1985 9.663 22.519 24.847 22.800 23.246 9.495 4.050 2.126 1.328 1.344 2.666 6.743 10.902 24.847 1.328

1986 16.286 18.708 22.519 20.660 14.722 6.649 3.298 1.839 1.421 2.140 4.036 4.283 9.713 22.519 1.421

1987 7.043 8.610 17.081 17.804 10.549 4.606 2.257 1.350 1.032 1.163 1.446 2.977 6.327 17.804 1.032

1988 7.181 10.404 19.207 20.759 16.641 7.302 3.275 1.640 1.111 1.153 2.136 7.102 8.159 20.759 1.111

1989 11.408 14.084 18.455 23.605 19.456 9.236 4.359 2.280 1.525 1.404 2.998 9.752 9.880 23.605 1.404

1990 17.902 13.529 22.193 18.090 10.771 5.277 2.750 1.868 1.246 1.353 1.873 2.853 8.309 22.193 1.246

1991 7.577 15.891 16.940 23.169 18.014 9.095 3.682 1.855 1.182 1.227 1.872 3.534 8.670 23.169 1.182

1992 6.733 14.043 17.492 19.102 11.653 4.860 2.346 1.446 1.190 1.496 2.063 5.350 7.315 19.102 1.190

1993 9.209 11.094 19.477 16.048 10.998 4.917 2.365 1.414 1.307 1.344 1.809 2.985 6.914 19.477 1.307

1994 11.077 18.053 23.442 22.479 15.375 7.173 4.390 2.105 1.453 1.353 1.507 3.588 9.333 23.442 1.353

1995 11.984 17.579 20.295 20.988 21.409 12.872 4.710 2.253 1.362 1.197 1.504 4.300 10.038 21.409 1.197

1996 10.432 12.325 16.189 17.998 16.659 6.679 2.932 1.624 1.146 1.125 1.959 3.590 7.721 17.998 1.125

1997 7.353 15.047 15.973 22.744 16.711 6.114 2.865 1.598 1.172 1.179 1.276 1.946 7.831 22.744 1.172

1998 3.720 5.653 9.861 9.817 6.587 2.872 1.417 908 708 715 1.378 3.643 3.940 9.861 708

1999 6.867 7.992 13.361 12.416 11.274 5.594 2.225 1.100 778 901 1.373 3.049 5.577 13.361 778

2000 10.616 15.929 21.962 22.063 13.607 5.432 2.830 1.668 1.174 1.528 2.656 6.305 8.814 22.063 1.174

Médias 7.790 12.876 18.123 19.942 15.959 7.216 2.903 1.559 1.068 1.121 1.891 3.766 7.851 21.372 1.002

Máximas 17.902 24.831 30.129 29.258 27.370 13.396 4.710 2.353 1.557 2.140 4.036 9.752 11.288 30.129 1.433

Mínimas 2.516 5.653 9.561 9.817 6.587 2.872 1.417 908 477 444 605 1.167 3.940 9.861 444

Série de Vazões Médias na Estação de Altamira

24

Tabela 3.1-2: Características Principais da Série de Vazões Médias Mensais Utilizada para

Dimensionamento Hidrológico do AHE Belo Monte


Os valores de referência adotados no EIA podem ser resumidos conforme apresentado na tabela

a seguir.

Tabela 3.1-3: Valores de referência EIA

Média das vazões mínimas anuais 1.017 m³/s

Média de longo termo 7.851 m³/s

Cheia média anual 23.414 m³/s

25

Figura 3.1-1: Hidrograma de vazões de anos hidrológicos característicos

Figura 3.1-2: Permanência das Vazões Médias Mensais Afluentes (1931-2001)

26

Figura 3.1-3: AHE Belo Monte – Casa de Força Principal – Queda Líquida Disponível - Base

O regime de vazões afluentes à casa de força complementar é mais regular que o da casa de

força principal, já que o mesmo é condicionado pelas vazões necessárias para manter a vazão

ecológica necessária para o trecho de vazão reduzida.

Para a hipótese estudada nesse trabalho, a mesma série de vazões utilizada e apresentada no

EIA será utilizada como referência no dimensionamento hidrológico acrescido da influência do

Rio Bacajá além da contribuição do próprio trecho de vazão reduzida.

3.1.1 Análise de Cheias

Os estudos estatísticos de cheias desenvolvidos para os Estudos de Viabilidade do AHE Belo

Monte tiveram como base o posto de Altamira, por possuir um extenso período de observação,

com curva chave estável e bem definida.

Em 1980, ocorreu na Amazônia Meridional evento meteorológico excepcional, concentrado na

bacia vizinha ao rio Tocantins. À época, a cheia decorrente do evento teve sua recorrência,

naquela bacia, avaliada em 100 anos. Considerando a excepcionalidade do fenômeno e o fato de

existir em Altamira curto período de observação para realização de estudos estatísticos, foi

efetuada a transposição do fenômeno meteorológico para a bacia do rio Xingu, através de

correlação entre os postos das duas bacias. Tal metodologia conduziu a um valor de 49.412 m³/s

27

para o pico da cheia de 1980 em Altamira, bastante superior ao efetivamente medido no posto,

que foi de 32.330 m³/s.[2]

Realizados os estudos estatísticos utilizando o valor fruto da transposição em lugar do

observado no posto, chegou-se à vazão de 75.962 m³/s associada a um tempo de recorrência de

10.000 anos. A distribuição adotada foi a log-normal. [2]

Na 2ª etapa dos Estudos de Viabilidade do AHE Belo Monte, considerando a existência de um

histórico razoável – 32 anos de dados – para se proceder a uma revisão dos estudos anteriores,

foram levadas em conta quatro hipóteses, a saber:[2]

(1) Atualização dos estudos anteriores om base na mesma metodologia então adotada;

(2) Utilização da vazão de 49.412 m³/s como marca de cheia, associada à sua recorrência

devidamente atualizada – 120 anos;

(3) Adoção de estudo convencional baseado na série histórica de 32 anos do posto de

Altamira;

(4) Procedimento idêntico ao anterior, porém considerando uma série estendida com base em

correlação dos picos de cheias com as respectivas médias mensais.

A Figura 3.1-4 apresenta os resultados dos estudos estatísticos realizados, enfatizando-se que na

etapa anterior não foram contempladas as distribuições Exponencial, Gumbel Fatores e Gumbel

Momentos.

Figura 3.1-4: Picos de Cheias Decamilenares em Função das Hipóteses Estudadas e das Diversas

Distribuições de Probabilidade

Ponderando os resultados encontrados com os critérios adotados, selecionou-se a distribuição

28

exponencial ajustada aos valores da série de máximos estendida – hipótese 4.

Para definir a forma da onda da cheia foram realizadas análises estatísticas sobre séries de

vazões médias de “t” dias consecutivos acumulados, as quais foram obtidas a partir de dados

diários de descargas disponíveis em Altamira. Os gráficos a seguir apresentam as hidrógrafas de

projeto relativas respectivamente a 50 e 10.000 anos de recorrência obtidas no EIA. Esses

gráficos mostram as alterações ocorridas devido à evolução dos estudos.

Figura 3.1-5: Hidrograma Cheia de 50 anos


29

Figura 3.1-6: Hidrograma Cheia de 10.000 anos


30

3.2 Topografia

Os estudos topográficos a partir dos dados disponíveis do local compreendem:

A determinação da queda bruta disponível no local;

Levantamento do perfil do rio no trecho de interesse;

Locação das estruturas;

Locação do reservatório.

A topografia utilizada nesse estudo e utilizada principalmente no estudo remanso foi baseada no

Apêndice 7.7.2-6 – Seções na Volta Grande com Indicação do Nível d’Água. [2]

3.3 Curvas-Chave

A curva chave do canal de fuga do AHE Belo Monte foi obtida a partir do Hydrodata, que é uma

base da dados atemporais que alimenta o simulador hidráulico Hydroexpert2, que inicialmente

foi constituída com dados oriundos do arquivo “Hidr.dat” e foi aprimorada com outros dados

(Curvas Colina, Curvas de Operação dos Vertedouros, Polinômios e Níveis D´Água Máximos e

Mínimos para as usinas a fio d´água, N.A. Máximo Maximorum, etc...) necessários à

programação diária e às simulações horárias e em tempo real.

Figura 3.3-1: Curva Chave Canal de Fuga do AHE Belo Monte

Fonte: HydroExpert

2 HydroExpert: O HydroExpert é um sistema de suporte à decisão, sob licença freeware, aplicado à

análise da Operação de Sistemas com Multi-Reservatórios. Ele é utilizado pelo Operador Nacional do

Sistema Elétrico (ONS) para simulações do comportamento dos reservatórios do Sistema Interligado

Nacional (SIN), para intervalos de discretização horária, diária, semanal e mensal.

31

Tabela 3.3-1: Polinômio Curva – Chave AHE Belo Monte

a0 a1 a2 a3 a4 Ref. Jus. Q Mín. Q Máx.

2.260281E+00 2.590585E-04 -2.487435E-09 1.238832E-14 -3.020714E-21 0.00 0.0 72,000.0

Fonte: HydroExpert

4. Estudos e Avaliações Ambientais

4.1 Vazões Médias Mensais Propostas para o TVR

Visando a compatibilidade entre viabilidade comercial do empreendimento (geração de energia)

e a proposição de um hidrograma que atendesse às condições mínimas ambientais, indicadas

como fundamentais para o TVR, o EIA indica a adoção de um hidrograma de manutenção do

ecossistema para o TVR em um determinado ano, admitindo que no ano seguinte o sistema não

possa ser submetido a um “estresse” hídrico ainda maior. Tal hipótese pressupõe que o bioma

possa ser submetido a um regime de maior restrição por no máximo um ano, hidrograma I,

desde que no próximo ano vazões de pelo menos 8.000 m³/s sejam liberadas, garantindo assim

a produtividade mínima, mantendo sua sustentabilidade (hidrograma II. [2]

Os hidrogramas ambientais para o TVR expostos no EIA são apresentados na tabela a seguir.

Hidrogramas Vazões Médias Mensais (m³/s)

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

I 1.100 1.600 2.500 4.000 1.800 1.200 1.000 900 750 700 800 900

II 1.100 1.600 4.000 8.000 4.000 2.000 1.200 900 750 700 800 900

Tabela 4.1-1: Hidrograma Ambiental – Vazões Médias Mensais Propostas para o TVR

Conforme apresentado, as vazões liberadas à jusante da barragem do Sitio Pimental não são

constantes e obedecem uma variação sazonal, acompanhando a variação natural do rio Xingu.

O hidrograma I é o hidrograma mínimo liberado e tem vazão média mensal mínima de 700 m³/s

e uma vazão máxima de 4.000 m³/s. Uma vez praticado tal hidrograma, no ano seguinte a vazão

média mensal deve atingir 8.000 m³/s em pelo menos um mês, obedecendo à forma do

hidrograma II ou pelo menos o volume anual desse. [2]

A figura a seguir mostra a comparação entre os Hidrogramas I e II e o Hidrograma disposto no

Estudo de Viabilidade.

32

Figura 4.1-1: Hidrograma ecológico proposto versus hidrograma considerado nos

Estudos de Viabilidade


A adoção do hidrograma proposto deveria implicar em:

Inundação parcial dos pedrais visando a manutenção de parte dos habitats reprodutivos e

tróficos, minimizando as perdas de espécies importantes para a pesca ornamental e

consequente redução da perda de renda para os pescadores (com 4.000 m³/s);

Inundação da pequena parte das áreas de planícies aluviais, reduzindo a elevada magnitude

do impacto de comprometimento da cadeia ambiental para as espécies de peixes e

quelônios aquáticos que são consumidas pela população e fonte de renda também para

pescadores (8.000 m³/s)

Garantia da navegação para as populações ribeirinhas e indígenas nos períodos de estiagem,

ainda que deva ocorrer aumento do percurso e dificuldades em alguns locais que devem ser

monitoradas (700 m³/s)

Proliferação dos vetores devido à formação de poças, em especial junto aos primeiros 10 km

do trecho da Volta Grande do rio Xingu, onde está a comunidade de São Pedro (cerca de 80

pessoas), o que leva a proposição, no EIA, da inclusão de contingente no público alvo do

Plano de Atendimento à População Atingida, com direito a reassentamento;

33

Alteração da qualidade das águas junto às comunidades de Ressaca e Ilha da Fazenda,

devido ao aumento localizado do índice de coliformes fecais, conduzindo à proposição,

também no bojo dos Planos, Programas e Projetos recomendados pelo EIA, da adequação da

infraestrutura de saneamento nessas duas localidades.

Conforme já apresentado no item 2.2.2, a aplicação dessa regra de operação descrita no EIA não

impediu que alguns dos impactos citados acima ocorressem.

5. Novo Eixo

5.1 Definição do Novo Eixo

Para a escolha do novo eixo a ser estudado no trecho de vazão reduzida, foi analisada a queda

disponível entre a barragem da UHE Belo Monte e a Casa de Força Principal, conforme

apresentado na figura a seguir.

Figura 5.1-1: Perfil com a divisão de queda recomendada para o rio Xingu


O trecho escolhido para posicionar o novo eixo é próximo ao local conhecido como Cachoeira

Grande e fica situado ao final da Volta Grande do rio Xingu, no fim da região com predomínio

dos pedrais e início da bacia sedimentar do amazonas. A seguir é apresentada uma fotografia da

região.

34

Figura 5.1-2: Cachoeira Grande situada no final da região com predomínio dos pedrais


A existência de algumas ilhas no local onde seria inserido o eixo do barramento contribui para a

diminuição dos custos com ensecadeiras nas fases de construção do empreendimento, além de

diminuir os gastos com o barramento.

A seguir é apresentada seção correspondente ao local escolhido para a inserção do novo eixo,

obtida através dos dados SRTM3.

Figura 5.1-3: Seção onde estará localizado o Novo Eixo

Fonte: Elaboração a partir dos dados SRTM

3 SRTM: A Missão Topográfica Radar Shuttle (SRTM) é uma missão espacial para obter um modelo

digital do terreno da zona da Terra, de modo a gerar cartas topográficas digitais terrestres de alta

resolução.

35

6. Estudos Hidrológicos

Os estudos hidrometeorológicos aqui avaliados tiveram o objetivo de levantar o potencial

hídrico da bacia do rio Xingu no local do aproveitamento hidrelétrico a ser implantado no trecho

de vazão reduzida do AHE Belo Monte, fornecendo subsídios para o dimensionamento das

estruturas hidráulicas e para a realização dos estudos energéticos.

Os estudos hidrológicos realizados para a alternativa do novo eixo se fundamentaram nos

estudos hidrométricos da estação fluviométrica de Altamira. [2]

6.1 Série de Vazões

Como se tratava de um trecho que tem suas contribuições de vazão regularizadas à montante,

pela barragem de Sitio Pimental, uma simples correção por áreas de drenagem do posto de

Altamira, utilizados no EIA, não seriam consistentes para o estudo.

Logo, para a definição da série de vazões, foi inicialmente usada a alternativa da utilização da

série de vazões turbinadas em Sitio Pimental. Porém, a série de dados disponibilizados pela ONS

era muito curta, englobando apenas dois anos (2016 e 2017), o que não pode ser caracterizado

como uma gama de dados suficientes para o estudo.

Por fim, utilizou-se a própria série do Sítio Pimental, associada ao hidrograma ambiental

apresentado na Tabela 4.1-1, subtraída da vazão máxima turbinada em Belo Monte e acrescida

da contribuição das vazões do rio Bacajá, que é afluente ao TVR. Além disso, nos meses onde a

vazão turbinada máxima em Belo Monte fosse inferior à vazão disponível na série decrescida da

vazão ambiental a ser mantida no TVR, essa contribuição foi acrescentada à vazão liberada para

o Novo Eixo.

𝑄𝑁𝑂𝑉𝑂 𝐸𝐼𝑋𝑂 = 𝑄𝐻𝐼𝐷𝑅𝑂𝐺𝑅𝐴𝑀𝐴 +𝐴𝐵𝐴𝐶𝐴𝐽Á

𝐴𝐴𝐿𝑇𝐴𝑀𝐼𝑅𝐴

𝑄𝐴𝐿𝑇𝐴𝑀𝐼𝑅𝐴 = 𝑄𝐻𝐼𝐷𝑅𝑂𝐺𝑅𝐴𝑀𝐴 +23.070

446.573𝑄𝐴𝐿𝑇𝐴𝑀𝐼𝑅𝐴

A seguir é apresentada a série gerada para o Novo Eixo.

36

Tabela 6.1-1: Vazões Médias Mensais (m³/s) Novo Eixo

Fonte: Elaboração própria, a partir de dados do EIA de Belo Monte (ELETROBRÁS, 2006)

ANO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Médias Máximas Mínimas

1931 1100 1600 3242 11813 7160 1200 1000 900 750 700 800 900 2751 11813 700

1932 1100 1600 4000 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 2277 8000 700

1933 1100 1600 2500 4656 1800 1200 1000 900 750 700 800 900 1546 4656 700

1934 1100 1600 4000 10378 6393 2000 1200 900 750 700 800 900 2711 10378 700

1935 1100 1600 6264 13913 8129 1200 1000 900 750 700 800 900 3305 13913 700

1936 1100 1600 6085 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 2467 8000 700

1937 1100 1600 2500 4000 1800 1200 1000 900 750 700 800 900 1486 4000 700

1938 1100 1600 4000 10748 7746 2000 1200 900 750 700 800 900 2868 10748 700

1939 1100 3719 10345 4000 1800 1200 1000 900 750 700 800 900 2392 10345 700

1940 1100 1600 6970 12593 7083 2000 1200 900 750 700 800 900 3245 12593 700

1941 1100 1600 2500 4000 1800 1200 1000 900 750 700 800 900 1486 4000 700

1942 1100 1600 4000 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 2277 8000 700

1943 1100 10931 13928 4652 1800 1200 1000 900 750 700 800 900 3433 13928 700

1944 1100 1600 4000 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 2277 8000 700

1945 1100 1600 5597 15345 12535 1200 1000 900 750 700 800 900 3775 15345 700

1946 1100 1600 4000 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 2277 8000 700

1947 1100 1600 5283 14874 10084 1200 1000 900 750 700 800 900 3481 14874 700

1948 1100 2154 8981 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 2780 8981 700

1949 1100 4615 9063 4000 1800 1200 1000 900 750 700 800 900 2357 9063 700

1950 1100 1600 4000 12306 8848 2000 1200 900 750 700 800 900 3109 12306 700

1951 1100 1600 2500 4000 1800 1200 1000 900 750 700 800 900 1486 4000 700

1952 1100 1600 4000 8803 6589 2000 1200 900 750 700 800 900 2586 8803 700

1953 1100 1600 4490 13685 9419 1200 1000 900 750 700 800 900 3240 13685 700

1954 1100 1600 4000 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 2277 8000 700

1955 1100 1600 4692 13988 9543 1200 1000 900 750 700 800 900 3298 13988 700

1956 1100 1600 4000 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 2277 8000 700

1957 1100 4239 11062 11135 5929 1200 1000 900 750 700 800 900 3529 11135 700

1958 1100 1600 4000 12165 9512 2000 1200 900 750 700 800 900 3157 12165 700

1959 1100 1600 5634 6949 2613 1200 1000 900 750 700 800 900 2113 6949 700

1960 1100 1600 4000 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 2277 8000 700

1961 1100 4013 7499 4000 1800 1200 1000 900 750 700 800 900 2160 7499 700

1962 1100 1600 4000 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 2277 8000 700

1963 1100 1600 2500 4000 1800 1200 1000 900 750 700 800 900 1486 4000 700

1964 1100 6013 14482 15358 9273 2000 1200 900 750 700 800 900 4780 15358 700

1965 1100 1600 2500 8082 3511 1200 1000 900 750 700 800 900 2013 8082 700

1966 1100 1600 4000 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 2277 8000 700

1967 1100 1600 4248 13322 13470 1200 1000 900 750 700 800 900 3554 13470 700

1968 1100 1600 4000 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 2277 8000 700

1969 1100 1600 2500 4000 1800 1200 1000 900 750 700 800 900 1486 4000 700

1970 1100 1600 4169 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 2293 8000 700

1971 1100 1600 2500 4000 1800 1200 1000 900 750 700 800 900 1486 4000 700

1972 1100 1600 4000 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 2277 8000 700

1973 1100 1600 2500 5719 3353 1200 1000 900 750 700 800 900 1784 5719 700

1974 1100 1600 7651 13667 12027 2000 1200 900 750 700 800 900 3854 13667 700

1975 1100 1600 5379 6895 4086 1200 1000 900 750 700 800 900 2219 6895 700

1976 1100 1600 4000 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 2277 8000 700

1977 1100 1646 4570 4000 5445 1200 1000 900 750 700 800 900 2010 5445 700

1978 1741 2165 11662 8853 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 3161 11662 700

1979 1100 4349 10627 4060 1800 1200 1000 900 750 700 800 900 2481 10627 700

1980 1100 1600 16229 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 3389 16229 700

1981 1100 1600 2500 4000 1800 1200 1000 900 750 700 800 900 1486 4000 700

1982 1100 9345 14349 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 3922 14349 700

1983 1100 1600 2666 4000 1800 1200 1000 900 750 700 800 900 1501 4000 700

1984 1100 1600 4000 8000 5149 2000 1200 900 750 700 800 900 2382 8000 700

1985 1100 8619 10947 8900 9346 1200 1000 900 750 700 800 900 4024 10947 700

1986 2386 4808 8619 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 3106 8619 700

1987 1100 1600 3181 4000 1800 1200 1000 900 750 700 800 900 1548 4000 700

1988 1100 1600 5307 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 2396 8000 700

1989 1100 1600 4555 9705 5556 1200 1000 900 750 700 800 900 2533 9705 700

1990 4002 1600 8293 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 2931 8293 700

1991 1100 1991 3040 9269 4114 1200 1000 900 750 700 800 900 2260 9269 700

1992 1100 1600 4000 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 2277 8000 700

1993 1100 1600 5577 4000 1800 1200 1000 900 750 700 800 900 1766 5577 700

1994 1100 4153 9542 8579 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 3066 9542 700

1995 1100 3679 6395 7088 7509 1200 1000 900 750 700 800 900 2829 7509 700

1996 1100 1600 4000 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 2277 8000 700

1997 1100 1600 2500 8844 2811 1200 1000 900 750 700 800 900 2019 8844 700

1998 1100 1600 4000 8000 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 2277 8000 700

1999 1100 1600 2500 4000 1800 1200 1000 900 750 700 800 900 1486 4000 700

2000 1100 2029 8062 8163 4000 2000 1200 900 750 700 800 900 2700 8163 700

Médias 1169 2332 5610 8093 4740 1600 1100 900 750 700 800 900 2527 8902 700

Máximas 4002 10931 16229 15358 13470 2000 1200 900 750 700 800 900 4780 16229 700

Mínimas 1100 1600 2500 4000 1800 1200 1000 900 750 700 800 900 1486 4000 700

Série de Vazões - Novo Eixo

37

Quadro 6.1-1: Permanência das Vazões Médias Mensais da Alternativa do Novo Eixo

Permanência Vazão (m³/s)

5,00% 8853

10,00% 7083

15,00% 4000

20,00% 4000

25,00% 2029

30,00% 1800

35,00% 1600

40,00% 1200

45,00% 1200

50,00% 1100

55,00% 1000

60,00% 900

65,00% 900

70,00% 900

75,00% 900

80,00% 800

85,00% 750

90,00% 750

95,00% 700


Figura 6.1-1: Curva de Permanência de Vazões Médias Mensais Afluentes ao Novo Eixo


0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

0,0% 20,0% 40,0% 60,0% 80,0% 100,0% 120,0%

VA

ZÕES

(M

³/S)

PERMANÊNCIA (%)

PERMANÊNCIA MENSAL - NOVO EIXO

38

6.2 Cheias de Projeto

Para o dimensionamento do sistema extravasor do AHE Belo Monte foi utilizada uma vazão de

referência de 61.889,00 m³/s, oriunda dos estudos estatísticos de vazões extremas, associada ao

tempo de recorrência de 10.000 anos, conforme citado no EIA.

Para a definição da vazão de dimensionamento do vertedouro da alternativa sugerida nesse

estudo foi utilizada essa mesma vazão utilizada no dimensionamento do sistema extravasor de

Sitio Pimental corrigida pela área de drenagem do trecho de vazão reduzida e pelo rio Bacajá,

que é um rio afluente ao trecho em questão.

Área de drenagem do TVR: 31.717 km²

Área de drenagem Bacajá:23.070 km²

Área de drenagem Altamira: 446.573 km²

Vazão de projeto do sistema extravasor de Belo Monte: QBELO MONTE = 61.889,00 m³/s (TR

10.000 anos)

Vazão de projeto corrigida para o empreendimento localizado no TVR:

QNOVO EIXO = 69.482,00 m³/s.

6.3 Estudo de Remanso

Para o cálculo do nível d’água a montante do reservatório do novo eixo será usado o modelo

matemático unidimensional HEC-RAS – River Analysis Sistem. Esse programa permite que seja

calculado o perfil da superfície livre para escoamentos permanentes e não-permanentes em

canais naturais e artificiais, considerando condições de fluxo supercrítico e subcrítico, além de

simular efeitos de estruturas de controle situadas no trecho simulado, como pontes, bueiros,

barragens, etc.

No trecho compreendido entre o local do Eixo da Ilha da Serra e a foz do rio Bacajá, com uma

extensão de aproximadamente 44 km, foram levantadas 18 seções topobatimétricas, sendo 13

no período de 2000 a 2001 no âmbito dos Estudos de Viabilidade (ELETROBRÁS/ELETRONORTE,

2002) e 5 seções em março de 2008.

39

A Figura 6.3-1 apresenta a locação de tais seções, que foram utilizadas para caracterizar o trecho

que sofreria redução de vazão. As seções indicadas como “seções nova” correspondem aos

resultados dos levantamentos realizados em 2007/2008.

Essas mesmas seções foram aproveitadas no presente estudo para caracterizar o Trecho de

Vazão Reduzida e simular o remanso a partir do modelo HEC-RAS.

A seção localizada no novo eixo estudado neste trabalho foi estimada a partir dos dados SRTM,

conforme citado no capítulo 5. A partir dele conseguimos estimar as coordenadas das ombreiras

do barramento. Como o vertedouro foi calculado para uma lâmina d’água de 10,0 m, a altura do

barramento foi considerada igual à coordenada obtida pelo SRTM decrescida de 10,0 m. A cota

do fundo da seção foi estimada pela curva chave do canal de fuga de Belo Monte, que pode ser

aproximada como sendo a mesma curva chave do canal de fuga correspondente ao novo eixo, já

que se trata de um trecho plano.

Foram interpoladas 3 seções entre o barramento e a seção 7. A estimativa da rugosidade do

leito e das margens foi baseada na tabela extraída do Critérios de Projeto Civil de Usinas

Hidrelétricas da Eletrobrás e apresentado na Figura 6.3-1.

40

Figura 6.3-1: Locação das Seções Topobatimétricas


41

Figura 6.3-2: Coeficientes de Rugosidade

Fonte: Critérios de Projeto Civil de Usinas Hidrelétricas da Eletrobrás

A geometria do trecho simulado é apresentada a seguir.

Figura 6.3-3: Geometria utilizada no HEC-RAS para a simulação do TVR

As simulações foram feitas para as seguintes vazões representativas:

QTR 2 ANOS = 8902,00 m³/s;

QTR 25 ANOS = 37946,70 m³/s;

QTR 10.000 ANOS = 69482,01 m³/s.

A Tabela 6.3-1 apresenta os resultados obtidos após a simulação. A partir dela, podemos

verificar, para a seção 3 do trecho 1 e a seção 3 do trecho 2, seções consideradas críticas,

42

pois estão posicionadas nas proximidades de onde hoje em dia fica localizado o barramento

do AHE Belo Monte. as elevações de nível d’água apresentadas na Tabela 6.3-2.

Tabela 6.3-1: Resultados das Simulações no HEC-RAS

43

Tabela 6.3-2: Elevações do Nível d’Água nas Seções de Interesse

Trecho Vazão

(m³/s)

Elevação do Nível

d’Água

(m)

Trecho 1 8902.00 (TR 2 anos) 84.44

Trecho 1 37946.70 (TR 25 anos) 89.87

Trecho 1 69482.01 (TR 10.000 anos) 93.12

Trecho 2 8902.00 (TR 2 anos) 90.43

Trecho 2 37946.70 (TR 25 anos) 95.85

Trecho 2 69482.01 (TR 10.000 anos) 99.29

O objetivo desse estudo de remanso era verificar os impactos causados no barramento

localizado em Sitio Pimental ao inserirmos o Novo Eixo.

A Casa de Força do Sitio Pimental encontra-se na cota 95,44 m. Conforme pode ser

verificado na Tabela 6.3-2, para o trecho 2 essas cotas são superadas para as vazões

correspondentes aos tempos de recorrência de 25 e 10.000 anos. O que significa que, a

alternativa do Novo Eixo, segundo esse estudo, inundaria a Casa de Força de Sitio Pimental.

Sobre a barragem de Sitio Pimental, que tem sua crista localizada na cota 100,0 m,

verificamos que, para a cheia decamilenar, no pior caso verificado (trecho 2) a borda livre

seria de aproximadamente 0,70 m (100 – 99,29). Considerando que, a cheia decamilenar é

um evento extremo, o resultado pode ser considerado aceitável. Porém, por ser muito

44

próximo e por ter sido um estudo que por muitas vezes se mostrou sem muitos dados

disponíveis, gerando uma necessidade grande de estimativas, essa borda livre não

representa uma folga consistente.

7. Estudos Energéticos do Novo Eixo

Os estudos energéticos realizados nesta fase tiveram por objetivo determinar a potência

ótima e definir o número de unidades geradoras a serem instaladas na usina, através de

análises econômicas, estabelecendo, ao final, os parâmetros energéticos definitivos da

alternativa do novo eixo.

Uma vez escolhida a potência da usina, as análises energéticas finais foram feitas

considerando-se a Garantia Física que, além das indisponibilidades, inclui também as perdas

elétricas até a conexão e o consumo próprio da usina.

7.1 Dados Básicos e Critérios Adotados

Como se trata de um estudo preliminar, onde ainda não foi estabelecida a geometria

definitiva do circuito de adução, foram aplicados nos itens a seguir valores típicos

consultados em Estudos Energéticos de outros aproveitamentos hidrelétricos e baseados em

bibliografia publicada pela EPE. [17]

Dados Hidrológicos

A Tabela 6.1-1 apresentado no capítulo de estudos hidrológicos, mostra a série de vazões

médias mensais do rio Xingu no local onde será inserido o novo eixo, no período de 1931 a

2000.

O citado capítulo apresenta também, na Figura 6.1-1, a curva de permanência dessa série de

vazões médias mensais no local do aproveitamento, acompanhado de quadro com os

valores característicos de permanência desta série.

Quedas

Inicialmente, a queda líquida para os estudos de potência instalada, foi calculada como a

diferença entre as cotas do nível d’água (NA) do reservatório e do nível normal do canal de

fuga, subtraindo-se ainda as perdas hidráulicas estimadas no circuito.

45

Para os estudos energéticos foram adotadas perdas hidráulicas do circuito estimadas em

0,50 m, . Os níveis d’água de jusante foram calculados a partir da curva-chave do canal de

fuga de Belo Monte.

Taxas de Indisponibilidade

A Taxa de Indisponibilidade Programada, correspondente às paralisações para manutenção

preventiva, foi estimada em 1,3%.

Para a Taxa de Indisponibilidade Forçada, correspondente às perdas por saídas acidentais da

usina, adotou-se um valor igual a 2,0%, valor usualmente utilizado nesses tipos de estudo.

Tipos de turbina e rendimentos

Para o aproveitamento em análise, tendo em vista a queda disponível, optou-se pelo

emprego de turbinas Kaplan. Foi considerado nas análises energéticas um rendimento

nominal de 91,0% para as turbinas e 97,0% para os geradores, resultando em um

rendimento de 88,27% para o grupo turbina-gerador.

7.2 Definição da Potência Instalada da Usina

A potência a ser instalada na usina foi definida a partir da fórmula expressa a seguir.

P = 9,81 ∙ η ∙ Q ∙ HL

Para a estimativa dos rendimentos foram utilizados rendimentos típicos de turbinas e

geradores, sendo o rendimento do conjunto adotado igual a 0,8827.

As perdas Hidráulicas Nominais foram adotas igual a 0,5 m.

P = 9,81 ∙ 0,8827 ∙ Q ∙ HL

A vazão utilizada nesse estudo foi a vazão média do período crítico (1949 – 1956), que de

acordo com a série apresentada na Tabela 6.1-1 é igual a 2.439 m³/s.

Logo, a potência instalada pode ser igual a:

P = 9,81 ∙ 0,8827 ∙ 2439 ∙ (50 − 3 − 0,5) = 982 MW

46

7.3 Fator de Capacidade e Garantia Física

O montante de garantia física de energia, solicitado nos termos do art. 3° da Portaria

463/2009, pode ser calculado pela fórmula explicitada a seguir.

GFE = (1

1.000 n∑ min{Qi − (qr + qu) ∙ 9,81 ∙ (Hb − h) ∙ ηtg; P}

n

i=1

) ∙ (1 − Perdascon)

∙ (1 − TEIF) ∙ (1 − IP) − Cint

Onde:

GFE = Montante de Garantia Física de Energia (MWmédio)

i = Índice do mês

n = Quantidade de meses do histórico de vazões

Qi = Vazão média do mês i (m³/s)

qr = Vazão remanescente do aproveitamento (m³/s)

qu = vazão de usos consuntivos (m³/s)

Hb = Queda bruta nominal (m)

h = Perdas hidráulicas nominais

ηtg = Rendimento do conjunto turbina-gerador

P = Potência instalada total (kW)

Perdascon = Perdas elétricas até o ponto de conexão (%)

TEIF = Taxa Equivalente de Indisponibilidade Forçada (%)

IP = Indisponibilidade Programada (%)

47

Cint = Consumo interno (MWmédio)

A garantia física também pode ser escrita como:

GFE = EM ∙ (1 − Perdascon) ∙ (1 − TEIF) ∙ (1 − IP) − Cint

Onde:

EM = Energia média (MWmédio)

EM =∑ min{Qi − (qr + qu) ∙ 9,81 ∙ (Hb − h) ∙ ηtg; P}n

i=1

1000n

O fator de capacidade pode ser determinado pela fórmula expressa a seguir.

Fator de Capacidade =Garantia Física

Potência Instalada

O quadro a seguir apresenta os parâmetros energéticos de dimensionamento da usina.

Série Hidrológica Janeiro/1931 a Dezembro/2000

Tipo de Turbina Kaplan

Potência Instalada Total (MW) 982

Número de Unidades Geradoras 2

Nível de Água Normal de Jusante (m) 3,00

Queda Bruta (m) 47,00

Perda de Carga (m) 0,5

Queda Líquida Nominal (m) 46,50

Rendimento Nominal Turbina (%) 0,91

Rendimento Nominal Gerador (%) 0,97

Indisponibilidade Programada (%) 1,3

Indisponibilidade Forçada (%) 2,0

Consumo Interno (MW) 0,42

Vazão Ecológica (m³/s) 0,00

Os resultados obtidos na simulação energética encontram-se no Quadro 7.3-1 apresentado

a seguir.

48

Quadro 7.3-1: Resultados Energéticos do Estudo de Potência

Potência

(MW)

Energia Média

(MW-médio)

Garantia Física

(MW-médio) Fator de Capacidade (%)

982 564,7 534,9 54,5

8. Dimensionamento das Estruturas

8.1 Vertedouro

O vertedouro é a estrutura do aproveitamento hidrelétrico responsável por extravasar o

volume das cheias que excedem o armazenamento do reservatório, protegendo assim a

barragem contra galgamento.

Essa estrutura evita que o nível de água máximo maximorum do reservatório seja

ultrapassado.

8.1.1 Dimensionamento Hidráulico

O dimensionamento hidráulico determina a largura (L) ou comprimento efetivo da crista da

estrutura e a altura da carga hidráulica sobre a crista, que para vertedouros controlados, é a

altura da comporta, ou maior quando se permite sobrelevação do nível do reservatório nas

grandes enchentes.

A capacidade de vazão de uma soleira vertente não controlada é dada pela equação abaixo:

𝑄 = 𝐶0 ∙ 𝐿 ∙ 𝐻32

Onde:

Q = descarga total (m³/s);

C0 = coeficiente de vazão variável;

L = comprimento efetivo da crista (m);

H = carga hidráulica (m).

49

Figura 8.1-1: Croqui ogiva padrão

Fonte: Pereira, G. M.; Projeto de Usinas Hidrelétricas Passo a Passo

A carga de projeto H0 é a carga utilizada para definir o perfil de jusante da soleira, como

indicado na figura acima. A carga hidráulica pode ser igual, menor ou maior que H0.

Para H > H0, o coeficiente de descarga aumenta e ocorrem pressões negativas na face do

vertedouro.

Na determinação do comprimento líquido da crista vertente (L’), deve-se considerar o efeito

da contração dos pilares (Kp) e dos muros extremos (Ka).

L′ = L + 2(N ∙ Kp + Ka)H0

Onde:

L = comprimento efetivo da crista (m);

L’ = comprimento líquido da crista (m)

N = número de pilares;

Kp = coeficiente de contração nos pilares;

Ka = coeficiente de contração dos muros extremos do vertedouro.

8.1.1.1 Perfil do Quadrante de Montante

Com os valores da tabela 111-2/1 do Hydraulic Design Criteria e considerando que não há

sobrelevação (H = Hd), para Hd = 10,0 m, obtém-se:

50

Figura 8.1-2: Perfil do Quadrante de Montante

Fonte: Hydraulic Design Criteria

Onde:

x1 = 0,1750 Hd y1 = 0,0316 Hd z1 = 0,5 Hd

x2 = 0,2760 Hd y2 = 0,1153 Hd z2 = 0,2 Hd

x3 = 0,2818 Hd y3 = 0,1360 Hd z3 = 0,04 Hd

Como Hd = 10,0 m, temos:

x1 x2 x3 y1 y2 y3 z1 z2 z3

1,750 2,760 2,818 0,316 1,153 1,360 5,00 2,00 0,40

8.1.1.2 Perfil do Quadrante de Jusante

O perfil de jusante é definido pela equação:

x1,85 = 2,0 Hd0,85y

Que de acordo com a tabela 111-2 do Hydraulic Design Criteria e com o valor Hd = 9,6 m

obtém-se:

51

Figura 8.1-3:Perfil do Quadrante de Jusante


𝑥1,85 = 2,0𝐻𝑑0,85𝑦 → 𝑦 =

𝑥1,85

2,0 ∙ 100,85= 0,070627 𝑥1,85

X Y

0,00 0,000

0,50 0,020

1,00 0,071

1,50 0,150

2,00 0,255

2,50 0,385

3,00 0,539

5,00 1,387

7,00 2,585

10,00 5,000

15,00 10,586

20,00 18,025

25,00 27,237

30,00 38,163

35,00 50,757

40,00 64,980

45,00 80,800

52

Figura 8.1-4: Coordenadas do Ponto de Tangência


Ponto de tangência:

Definindo um ponto de tangência conveniente, onde o quadrante de jusante começa a se

mostrar aproximadamente linear (x = 35,0; y = 50,76), chegamos pela tabela acima

apresentada num valor de a igual a aproximadamente 0,375.

0.000

0.010

0.020

0.030

0.040

0.050

0.060

0.070

0.080

0.090

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00

Y(M

)

X(M)

QUADRANTE DE JUSANTE

53

8.1.1.3 Determinação do Perfil da Linha d’Água

De acordo com o Hydraulic Design Criteria, tabela 111-12, o perfil da linha d’água

no centro do vão terá, para o caso estudado com H/Hd = 1,00, as seguintes

relações:

Figura 8.1-5: Determinação do Perfil da Linha d’Água



54

H/Hd = 1,00

x(m) y(m)

-10,00 -9,500

-8,00 -9,400

-6,00 -9,290

-4,00 -9,300

-2,00 -9,250

0,00 -7,790

2,00 -6,510

4,00 -5,450

6,00 -4,250

8,00 -2,850

10,00 -1,210

12,00 0,670

14,00 2,860

16,00 5,210

18,00 7,790

8.1.1.4 Curvas de Vazão

As curvas de vazão foram determinadas considerando-se a operação sem controle de

comportas.

8.1.1.4.1 Operação sem Controle

A vazão vertida é determinada pela expressão:

Q = C L H3/2

Onde:

Q = vazão (m³/s)

C = coeficiente de descarga (m0,5/s)

L = largura útil da soleira (m)

H = carga sobre a crista (m)

55

Onde o valor de C é tomado da tabela 111-3 do Hydraulic Design Criteria.

Figura 8.1-6: Determinação do Coeficiente de Descarga


Com H/Hd = 1,00, C = 4,00 em unidades inglesas, valor que corresponde a 2,21 em unidades

métricas.

Com todos os restantes valores conhecidos, o valor de

L =Q

C He3/2

=69.482,00

2,21 × 103/2=

69.482,00

2,21 × 31,62= 994,21 m

Para um vertedouro livre e com a vazão máxima.

8.2 Casa de Força

A casa de força tem a finalidade de alojar as máquinas e os equipamentos, possibilitar sua

montagem ou eventual desmontagem e a sua operação e manutenção. Todo o projeto deve

visar, por isso, a futura operação com o fim de facilitá-la e simplifica-la.

56

A casa de força pode ser a céu aberto com superestrutura que suporte o teto e as vigas para

os trilhos das pontes rolantes (tipo fechado) ou sem superestrutura e com guindaste-pórtico

em lugar das pontes rolantes (tipo semi-aberto), ou subterrânea, em caverna ou aterrada.

Em todos esses casos, o arranjo típico da casa de força é condicionado pelo tipo de turbina e

gerador. Esses equipamentos elétricos e mecânicos são selecionados e dimensionados

conforme apresentado nos itens a seguir.

8.2.1 Turbinas Hidráulicas

As turbinas hidráulicas podem ser divididas em 2 tipos com relação ao escoamento do fluxo,

ou seja: de impulsão e de reação.

As turbinas de impulsão são aquelas que se caracterizam por apresentar rotor que recebe

um jato continuo de água incidindo sobre conchas que desviam este jato causando uma

impulsão deste dispositivo solidário a um rotor que gira em torno de um eixo, provocando

um torque sobre o mesmo. [8]

As turbinas de reação são aquelas que se caracterizam por apresentar rotor imerso dentro

da massa d’água, recebendo um fluxo contínuo através de um dispositivo chamado

distribuidor que direciona e controla este fluxo sobre as pás do rotor que gira em torno de

um eixo, provocando um torque sobre o mesmo. Os rotores das turbinas de impulsão

trabalham sempre sob a ação da pressão atmosférica, enquanto que os rotores de reação

trabalham sob pressão maior que a pressão atmosférica. [8]

As turbinas de reação ainda podem ser divididas em fluxo tangencial de entrada e de fluxo

axial de entrada, conforme a direção de incidência do fluxo sobre o rotor. A transferência de

energia de pressão e energia cinética do fluído é feita simultaneamente sobre o rotor da

turbina de reação, enquanto que na turbina de impulsão só há transferência de energia

cinética sobre o rotor. [8]

Quanto ao fluxo, estas são basicamente as diferenças entre as turbinas hidráulicas, e quanto

ao tipo de máquina podemos enumerar atualmente 12 tipos de turbinas, ou seja: Pelton,

Turgo, Francis, Banki, Diagonal (Dériaz), Hélice, Kaplan, Bulbo, Tubular-Axial-Esse, Poço,

Strafo e Sifão.

57

As turbinas apresentadas anteriormente, tem cada uma a sua aplicação, isto é, elas podem

ser classificadas quanto a queda a que está submetida. A tabela abaixo foi feita seguindo

orientação para melhor atendimento prático, uma vez que a turbina hidráulica tem como

característica principal a queda ou a pressão que está submetida.

Tabela 8.2-1: Tipos de Turbina

Turbina Altura de Queda Tipo

Pelton 200 a 2000 m de impulsão

Turgo 60 a 140 m de impulsão

Banki 20 a 50 m de impulsão

Francis 20 a 600 m de reação

Diagonal 60 a 200 m de reação

Kaplan 13 a 60 m de reação

Hélice 20 a 40 m de reação

Bulbo 5 a 23 m de reação

Strafo 4 a 15 m de reação

Esse 6 a 14 m de reação

Poço 6 a 13 m de reação

Sifão 1 a 4 m de reação

Fonte: Conceitos para Projetos de PCH – Eletromecânica (Comitê Brasileiro de Barragens)

58

8.2.2 Definição da Turbina para o Novo Eixo

O tipo de turbina foi definido a partir do Anexo A, contido no Manual de Inventário

Hidrelétrico de Bacias Hidrográficas, edição 2007, conforme apresentado na Figura 8.2-1.

Para a queda bruta de 47,00 m, o tipo de turbina mais indicado é a turbina tipo Kaplan,

conforme pode ser observado a seguir.

.

Figura 8.2-1: Seleção do Tipo de Turbina

Fonte: Manual de Inventário de Bacias Hidrográficas, 2007

59

8.2.3 Resultados

A partir da planilha de turbinas tipo Kaplan com caixa espiral de concreto, disponível no

Manual de Inventário de Bacias Hidrográficas, edição de 2007, podemos definir os

seguintes parâmetros para a Casa de Força.

Queda Bruta Máxima: 47 m

Perda de Carga Total: 0,5 m

Queda Líquida Máxima: 46,5 m

Potência Total do Conjunto de Turbinas: 1.012.400 kW

Número de Unidades Geradoras: 6

Potência de uma Unidade Geradora: 164 MW

Potência Instalada: 984 MW

Potência de uma Turbina: 169.072 kW

Vazão Turbinada Máxima de cada

Turbina: 382,14 m³/s

Dimensões da Turbina, da Caixa Espiral, do Gerador e do Tubo de Sucção

B 13,61 m

C 9,07 m

D 11,34 m

F 12,47 m

G 9,83 m

R 9,07 m

S 34,78 m

X 22,68 m

Y 20,03 m

H1' 3,02 m

U 1,70 m

Nvs 2 unidades

Fonte: Elaboração própria, a partir da planilha de turbinas Kaplan com Caixa Espiral de Concreto

(Manual de Inventário de Bacias Hidrográficas, 2007)

60

Figura 8.2-2: Dimensões da turbina, da caixa espiral, do gerador e do tubo de sucção

Fonte: Planilha de turbinas Kaplan com Caixa Espiral de Concreto (Manual de Inventário de Bacias Hidrográfica, 2007)

Dimensões da Casa de Força

Largura do bloco da unidade 24,64 m

Largura total da casa de força 149,82 m

Largura da área montagem dos equipamentos 55,43 m

Fonte: Elaboração própria, a partir da planilha de turbinas Kaplan com Caixa Espiral de Concreto

(Manual de Inventário de Bacias Hidrográficas, 2007)

8.3 Barragem

A barragem é a estrutura que tem a função de represar a água, visando, com a elevação do

nível d’água do rio, possibilitar a alimentação da tomada d’água. No caso de locais de baixa

queda, a barragem tem também a função de criar o desnível necessário à produção da

energia desejada.

A prática atual em projetos de aproveitamentos hidrelétricos tem adotado

preferencialmente os seguintes tipos de barragens: de terra com seção homogênea em solo;

de enrocamento e de concreto convencional compactado a rolo (CCR), com seção tipo

gravidade.

No estudo do novo eixo a ser implantado no Trecho de Vazão Reduzida de Belo Monte, foi

definida uma barragem do tipo gravidade em concreto massa.

A cota da crista foi estimada a partir do modelo digital do terreno, gerado a partir do SRTM,

conforme apresentado no Capítulo 4, e pode ser considerada igual a 60,00 m.

61

Figura 8.3-1: Seção representativa do Novo Barramento

A linha vermelha indica a extensão do barramento e a linha laranja indica onde poderiam ser

necessários alguns diques.

8.4 Estudo de Desvio

As escolha de como subdividir a construção em fases e como desviar o rio depende das

condições topográficas e geológicas do local da obra, do tipo da usina e dos regimes

hidrológicos e fluviométricos, principalmente da vazão máxima que deve ser esperada

durante a construção da fase correspondente. Em geral, será suficiente avaliar essa vazão

igual à de uma enchente com cerca de 5% de probabilidade (ou com recorrência de 20

anos).

A obras de desvio são provisórias e devem ser, pelo menos, parcialmente destruídas ou

fechadas depois de seu uso. Seu custo pode ser diminuído nos casos em que podem ser

utilizadas em definitivo.

Geralmente a construção da casa de força, a montagem do equipamento e os testes das

máquinas representam a parte mais demorada da obra e determinam a data de operação

comercial da usina. Por isso a construção da casa de força deve ser incluída na primeira fase.

Neste caso estudado, as ilhas existentes no barramento auxiliariam a fase de desvio,

diminuindo o custo com ensecadeiras.

62

9. Orçamento das Obras

Normalmente o custo de implantação de um aproveitamento hidrelétrico é feito em função

do volume de obras civis, dos componentes hidromecânicos, do grupo gerador e dos

componentes elétricos de proteção e controle, da subestação e da linha de transmissão e da

conexão ao sistema interligado. Como o escopo desse trabalho não engloba todos estes

tópicos, optou-se por estimar alguns custos principais, a partir do Manual de Inventário

Hidroelétrico de Bacias Hidrográficas, edição 2007.

Além disso, no tópico 9.6, apresenta-se, a partir de uma fórmula dada por bibliografia

específica, o valor estimado para o custo dessa central hidrelétrica.

A seguir, apresentam-se os custos envolvidos na construção da barragem de concreto

convencional, obras civis do vertedouro, equipamentos do vertedouro, turbinas e custos

totais com obras civis da casa de força.

9.1 Barragem de Concreto Convencional

O custo da barragem de concreto convencional foi estimado a partir do Anexo A, de estudos

preliminares, do Manual de Inventário Hidrelétrico de Bacias Hidrográficas, edição 2007,

conforme apresentado na Figura 9.1-1

A altura média estimada foi de 30 m, baseado na Figura 8.3-1.

Figura 9.1-1: Barragem de Concreto Convencional – Custo por metro de crista

63

9.2 Vertedouro

O custo das obras civis e dos equipamentos do vertedouro de concreto convencional foram

estimados a partir do Anexo A, de estudos preliminares, do Manual de Inventário

Hidrelétrico de Bacias Hidrográficas, edição 2007, conforme apresentado nas figuras Figura

9.2-1 e Figura 9.2-2 .

Figura 9.2-1: Vertedouro tipo Barragem (Ogiva Alta) em Concreto Convencional – Obras Civis –

Custo por m³/s de capacidade

Figura 9.2-2: Vertedouro de Superfície Equipamentos Hidromecânicos e de Levantamento –

Custo Unitário

64

9.3 Turbinas Kaplan

O custo com as turbinas foi estimado a partir do Anexo A, de estudos preliminares, do

Manual de Inventário Hidrelétrico de Bacias Hidrográficas, edição 2007, conforme

apresentado na Figura 9.3-1.

Figura 9.3-1: Turbinas Kaplan com Caixa Espiral em Aço – Custo Unitário

65

9.4 Casa de Força

O custo das obras civis da casa de força foram estimados a partir do Anexo A, de estudos

preliminares, do Manual de Inventário Hidrelétrico de Bacias Hidrográficas, edição 2007,

conforme apresentado na Figura 9.4-1.

Figura 9.4-1: Custo Total das Obras Civis da Casa de Força

9.5 Resumo do Orçamento

A tabela a seguir, baseada nos gráficos apresentados nos itens anteriores, resume os valores

estimados no estudo.

Descrição Gráfico Custo (R$)

Barragem de Concreto Convencional

Para 10 ≤ Hmed ≤ 200 103,37 1.033.690.000

Obras Civis do Vertedouro de Ogiva

Alta em Concreto Convencional 5982,21 415.655.845,7

Equipamentos do Vertedouro de

Superfície 52674,22 52.674.215,18

Turbinas tipo Kaplan 35047,72 35.047.716,47

Custo Total de Obras Civis da Casa de

Força a Céu Aberto 191,55 188.116.808,1

Custo Total (R$) 1.725.184.585

66

9.6 Estimativa do Custo de Implantação

Para uma análise mais geral, optou-se por utilizar custos índices, dado por bibliografias

específicas tais como apresentada por Tiago Filho (2011), que apresenta a seguinte equação

para a estimativa do custo de implantação das centrais hidrelétricas:

𝐶𝑢𝑛 [𝑈𝑆$

𝑘𝑊] = 1654 ∙ (𝐹𝐴)0,085

Onde:

FA = 1821,43 ∙P0,5

H1,25

Onde: P = Potência (MW);

H = queda bruta na qual a turbina está submetida (m).

Para P = 982 MW e H = 47 m, chegamos aos seguintes resultados.

FA = 463,82

Cun [US$

kW] = 2787,24

Considerando US$ 1,00 = R$ 3,15, chegamos a um custo total igual a:

Custo total = R$ 8.621.780.238,42

67

10. Análise da Viabilidade Técnica e Econômica

A receita anual do empreendimento pode ser estimada em função do produto da energia

média anual gerada pelo aproveitamento pela tarifa de venda da energia acordada em leilão

de energia.

Receita anual = Energia Média Anual (MWh/ano) ∙ Tarifa de Venda da Energia

Do Capítulo 7.3, é conhecido que o empreendimento estudado tem uma energia média de

564,7 MW-médio. Como 1MW-médio = 8760 MWh/ano, e considerando o Custo Marginal

de Expansão (CME), baseado nos estudos do Plano Decenal de Energia, igual a

R$ 193,00/MWh, chegamos ao seguinte resultado.

Receita anual = 564,7 × 8760 × 193,00 = R$ 954.726.996,00

Neste trabalho, a verificação da viabilidade do empreendimento será feita pela Taxa Interna

de Retorno, que deverá ser maior que os juros praticados pelo mercado ou pelo Valor

Presente Líquido (VPL), que deverá ser positivo.

A taxa mínima de atratividade (TMA) pode ser considerada como a taxa de juros praticada

pelo mercado, igual a 8%.

O tempo de retorno do capital pode ser considerado como 30 anos.

Através do Excel, chegamos aos seguintes índices:

TIR = 11% e VPL = R$ 2.126.329.434,38, ou seja, o empreendimento se mostra economicamente viável.

68

11. Conclusões e Recomendações

No presente estudo, ficou evidente que existe a possibilidade de melhorar a atratividade do

AHE Belo Monte aproveitando o potencial remanescente do Trecho de Vazão Reduzida

(TVR) do rio Xingu considerando a vazão ambiental, vertida e turbinada para jusante.

Ao analisar o remanso, verificamos que o Novo Eixo elevaria o nível d’água a patamares

próximos àqueles da época da ausência do empreendimento, mitigando assim os impactos

causados ao trecho que não foram atendidos pelo Hidrograma de Vazões Ambientais

contidos no Estudo de Impacto Ambiental. Porém, se de um lado a alternativa do Novo Eixo

atende à questão ambiental, por outro, as elevações do nível d’água afetariam diretamente

a Casa de Força do Sitio Pimental, que está localizada na cota 95,44 m, cota essa superada

pelas elevações simuladas para a vazão correspondente a 25 e 10.000 anos de recorrência.

Já a barragem de Sitio Pimental apresenta uma borda livre de apenas 0,70 m para a

recorrência de 10.000 anos, folga que, devido as aproximações e considerações ao longo de

todo o estudo, mostra-se pequena. Para diminuir esse impacto do remanso na barragem e

Casa de Força de Sitio Pimental, sugere-se mover o Novo Eixo para jusante.

Do ponto de vista energético, o fator de capacidade encontrado para uma potência

instalada de 982 MW e uma queda de 47 m foi de 0,54, o que se mostra superior ao fator de

capacidade apresentado pelo arranjo da AHE Belo Monte, de 0,40, que é considerado baixo

para o setor elétrico brasileiro. O que justificaria a implantação do barramento para geração

elétrica.

A análise econômica mostrou que, para uma taxa de juros de 8%, com tempo de retorno de

30 anos a uma tarifa de venda de energia de R$ 193,00/MWh, resultariam numa TIR de 11%

e em um VPL de R$ 2.126.329.434,38. Ressalta-se que os custos com Operação e

Manutenção não foram computados no orçamento.

O critério de seleção de projetos pelo método do VPL é baseado na seguinte regra: se o VPL

for negativo, rejeita-se o projeto, caso contrário, o projeto é economicamente viável.

Porém, esse empreendimento se torna suficientemente atraente se o mesmo superar o

perfil de risco que oferece. Essa decisão deve ser tomada pelo empreendedor. Conclui-se

que, dada a TIR de apenas 11% e ao fato dos custos operacionais não estarem incluídos

69

nesses cálculos, o empreendimento pode não justificar o risco de investimento geralmente

associado pelo mercado energético.

Dos cálculos individuais dos custos previstos para as estruturas estudadas, pode-se inferir

que o barramento representa a maior parte do investimento por estar localizado em uma

seção muito larga do rio e por ser de concreto convencional. Uma medida que poderia ser

estudada é verificar o impacto que traria se a barragem fosse substituída por concreto

compactado a rolo ou enrocamento. Além disso, pode-se definir um novo local que

apresentasse uma seção menos larga para ser inserido o Novo Eixo.

Por se tratar de um trabalho acadêmico, cujos dados nem sempre se mostraram disponíveis,

muitas vezes obtidos em veículos de comunicação não oficiais e com premissas não

comprovadas pelo mercado, recomenda-se que o estudo seja refeito utilizando-se dados

reais, seguindo as sugestões definidas acima e incluindo levantamentos topobatimétricos

nos locais sugeridos para a localização do eixo.

Sugere-se que trabalhos futuros sejam conduzidos para a correção do hidrograma de vazões

ambientais ou de localização do eixo para fazer o empreendimento viável.

70

12. Referências Bibliográficas

[1] Revista “A energia que queremos”; edição 1; Dezembro de 2016.

[2] ELETROBRÁS, ELETRONORTE. EIA/RIMA do AHE Belo Monte. 2006.

[3] <http://rhama.com.br/blog/index.php/energia/trecho-de-vazao-reduzida-conceitos/>

Acesso em: 30/08/2017

[4] Silva, N. G. M., Modelagem da Qualidade da Água no trecho de Vazão Reduzida (TVR) do

Aproveitamento Hidrelétrico de Capim Branco I do Rio Araguari – MG, Dissertação de Pós

Graduação em Saneamento, Universidade Federal de Minas Gerais, Minas Gerais, Brasil,

2007.

[5] Comitê Brasileiro de Barragens. 2017, Revista Brasileira de Engenharia de Barragens –

Edição Especial Belo Monte.

[6] < http://www.ihu.unisinos.br/564486> Acesso em: 27/06/2017

[8] Comitê Brasileiro de Barragens; Conceitos para Projetos de Pequenas Centrais

Hidrelétricas (PCH) – Eletromecânica; 2001.

[9] U.S. Corps of Engineers, Hydraulic Design Criteria, 1990.

[10] Schreiber, G. P.; Usinas Hidrelétricas. Editora Edgard Blücher LTDA.

[11] Ministério de Minas e Energia – Secretaria de Planejamento e Desenvolvimento

Energético – Manual de Inventário Hidrelétrico de Bacias Hidrográficas. 2007

[12] Pereira, G. M.; Projeto de Usinas Hidrelétricas Passo a Passo. Oficina de Textos, 2015.

[13] Cavalcante, N. B. R.. Modelagem Hidrológica Chuva-Vazão e Aferição de Garantia Física

de uma Central Geradora Hidrelétrica no Rio Santana – RJ. 2017. 103 f. Dissertação

(Graduação em Engenharia Civil). Universidade Federal do Rio de Janeiro.

http://rhama.com.br/blog/index.php/energia/trecho-de-vazao-reduzida-conceitos/

http://www.ihu.unisinos.br/564486

71

[14] Sousa, D. V. R.; Vazão Ambiental em Belo Monte: Análise do Estudo de Impactos

Ambientais e Aplicação do Método do Perímetro Molhado para Comparação Crítica. 2010.

68 f. Dissertação (Graduação em Engenharia Civil). Universidade Federal do Rio de Janeiro.

[15] Eletrobrás; Diretrizes para estudos e projetos de pequenas centrais hidrelétricas, 2000.

[16] Empresa de Pesquisa Energética (EPE); Plano Decenal de Energia 2026; Julho de 2017

[17] Empresa de Pesquisa Energética (EPE); Estudos para a Licitação da Expansão da

Geração, Metodologia de Cálculo de parâmetros Energéticos Médios: Rendimento e Perda

Hidráulica; 2013.

[18] Oliveira, K. C. F.; Silva, M. N., Cintra, S. D, “Aproveitamento do Potencial

Hidroenergético Residual do Trecho de Vazão Reduzida da Usina Hidrelétrica de Belo

Monte”. In: Revista Hidro & Hydro; p. 18; Jan/Fev/Mar/ 2012