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Geração de EnergiaElétrica

Joinville, 26 de Fevereiro de 2013

Centrais Hidrelétricas

Curiosidades

Fernando B. Prioste

Escopo dos Tópicos AbordadosComponentes básicos de uma Central Hidrelétrica

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Fernando B. Prioste

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Fernando B. Prioste

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica

1. Barragem

2. Tomada d’água e condutos forçados

3. Casa de força

4. Vertedouro ou extravasor

5. Subestação elevadora

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Fernando B. Prioste


1. Barragem

2. Tomada d’água e condutos forçados

3. Casa de força

4. Vertedouro

5. Subestação elevadora

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Fernando B. Prioste


1. Barragens– para criar diferença de níveis (montante >> jusante →

maior energia potêncial)– para formar um reservatório

» compensação – volume suficiente apenas para regularização das descargas semanais ou diárias (usinas fio d’água)

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Fernando B. Prioste


1. Barragens– para formar um reservatório

» acumulação – maiores, com capacidade para regularizar vazões de um mês, ano ou mais

atenuam o efeito da variabilidade das afluências naturais:

– armazenamento nos períodos úmidos– deplecionamento nos períodos secos

importante função no controle das cheias (3 Gargantas - China)

» usinas de bombeamento (reversíveis) – possuem 2 reservatórios em níveis diferentes – rendimento ~ 70%

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Fernando B. Prioste


Barragem de concreto– de gravidade - constituídas por uma parede de concreto que resiste pelo

próprio peso à impulsão da água e transmite as solicitações à fundação

– em arco ou em abóbada – construídas em vales apertados, podendo ter altura maior que largura. Podem apresentar dupla curvatura, vertical e horizontal. Curvatura horizontal permite transmitir a força da impulsão da água para as margens.

Barragem de gravidade Barragem em arco ou abóbada


Barragem de concreto (gravidade)

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Barragem de concreto (gravidade) Itaipu Binacional

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Barragem de concreto (arco)

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Barragem de aterro– de terra – constituídas de solos de jazidas ou obtidos das escavações

obrigatórias, sendo compactados por equipamentos mecânicos.

– de enrocamento – constituídas por um maciço de blocos de rocha de todos os tamanhos cuja vedação é obtida através de uma membrana impermeável. A membrana pode ser colocada à montante ou no centro da barragem, verticalmente ou inclinada. Ela pode ser de solo impermeável, concreto armado, concreto asfáltico, aço e etc.

Barragem de terra Barragem de enrocamento

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2. Tomada d’água e condutos forçados– para conduzir por gravidade a água do reservatório até casa de

força– pode ser compreendido por:

» câmara de carga – estrutura que interliga o sistema de baixa pressão em canal com o de alta pressão (espécie de reservatório que armazena água)

na partida garante que não entre ar no conduto forçadonas paradas bruscas devem garantir estabilidade funcional do sistema de adução

» chaminé de equilíbrio – estrutura que interliga o sistema de baixa pressão em encanamento com o de alta pressão

na partida garante que não entre ar no conduto forçadonas variações de vazão suavizam os efeitos do golpe de ariete

» duto forçado – sistema de alta pressão que leva a água às turbinas hidráulicas 12


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Tomada d’água


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Tomada d’água – barragem tipo abóbada


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Conduto forçado grade


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Conduto forçado


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3. Casa de força– local onde estão instalados

» grupos turbina-gerador» equipamentos auxiliares» canal de restituição ou canal de fuga (para devolver a

água para o rio)– deve visar operação e manutenção (facilitar montagem e

desmontagem dos equipamentos instalados)


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3. Casa de força– tipos de turbinas

» ação: Pelton – transforma energia cinética d’água em trabalho

construídas com eixo vertical ou horizontalrotor da turbina gira no arTambém existem as do tipo Michell-Banki

» reação: Francis ou Kaplan de hélice pás fixas ou móveis– transforma energia cinética e de pressão d’água em trabalho

rotor gira dentro da corrente d’águafluxo d’água orientado e distribuído igualmente pela região periférica


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Turbina Pelton de eixo horizontal, com 2 injetores


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Turbina Pelton de eixo vertical, com 6 injetores


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Turbina Pelton – ajuste da vazão/potência

– realizado por intermédio de:» agulha (mais lento para suavizar golpe de ariete) e» defletores (mais rápidos)


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Caracol para distribuição d’água e controle do fluxo Formas dos rotores de acordo com

velocidades específicas ns


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Turbina Francis


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Turbina hélice de pás fixas


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Turbina hélice de pás fixas (gerador transpassado pela água)


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Turbina hélice de pás móveis (Kaplan)


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Turbinas – indicação em função da altura da queda H

> 600 m → Pelton

100 a 600 m → Francis e Pelton

15 a 80 m → Kaplan e Francis

5 a 20 m → Kaplan


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Turbinas – tipos e velocidades específicas


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Geradores– síncrono– pólos salientes– geralmente múltiplos de 4 pólos– necessita de alimentação CC (capacidade de black-start)

» gerador auxiliar para produção de CC» excitatriz estática

– em função das perdas, máquinas de grande porte necessitam sistema de refrigeração (em circuito fechado, para evitar entrada de corpos estranhos)


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4. Vertedouro ou extravasor:– para liberação da água sem passagem pela casa de força– dimensionado para permitir escoar a enchente estando o reservatório com

60 a 80% de sua capacidade.– inclui mecanismo para reduzir a velocidade da descarga (salto de ski)


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Vertedouro


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5. Descarga de fundo

– abertura em forma de galeria ou túnel (fechada por comporta ou válvula) que atravessa ou circunda a barragem

– finalidades:

» esvaziar ou rebaixar o nível d’água (manutenção ou inspeção)

» eliminar sólidos decantados no reservatório» liberar água durante parada das turbinas» escoar águas de enchentes» desviar o rio durante a construção da barragem


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Descarga de fundo


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6. Subestação elevadora– para elevar a tensão do nível de geração (geralmente ≤ 23 kV)

para níveis de transmissão (geralmente ≥ 230 kV)– em grandes centrais apresentam elevados níveis de curto-

circuitos– unidades transformadoras

» trifásicas (mais barato)» bancos de unidades monofásicos (unidade reserva mais

barata)» o transporte pode dificultar o uso de unidades trifásicas

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