SHaffner - - [email protected] Geração de Energia Elétrica (GEE) 1 Geração de Energia Elétrica Aula 3 Centrais Hidrelétricas

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Geração de Energia Elétrica (GEE)

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Geração de Energia ElétricaGeração de Energia Elétrica

Aula 3Aula 3Centrais HidrelétricasCentrais Hidrelétricas



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Componentes básicos de uma Central HidrelétricaComponentes básicos de uma Central Hidrelétrica

1.1. BarragemBarragem

2.2. Tomada d’água e Tomada d’água e condutos forçadoscondutos forçados

3.3. Casa de forçaCasa de força

4.4. VertedouroVertedouro

5.5. Subestação Subestação elevadoraelevadora



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1.1. BarragemBarragem

2.2. Tomada d’água e Tomada d’água e condutos forçadoscondutos forçados

3.3. Casa de forçaCasa de força

4.4. VertedouroVertedouro

5.5. Subestação Subestação elevadoraelevadora



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1.1. BarragemBarragem para criar diferença de níveis (montante >> jusante para criar diferença de níveis (montante >> jusante → maior potência→ maior potência)) para formar um reservatóriopara formar um reservatório

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

acumulaçãoacumulação – maiores, com capacidade para regularizar vazões de um – maiores, com capacidade para regularizar vazões de um mês, ano ou maismês, ano ou mais

atenuam o efeito da variabilidade das afluências naturais:atenuam o efeito da variabilidade das afluências naturais: armazenamento nos períodos úmidosarmazenamento nos períodos úmidos deplecionamento nos períodos secosdeplecionamento nos períodos secos

importante função no controle das cheiasimportante função no controle das cheias durante período úmido, parte do reservatório fica vazia = volume durante período úmido, parte do reservatório fica vazia = volume

de esperade espera conflito de objetivos com produção de energia, pois reduz a conflito de objetivos com produção de energia, pois reduz a

capacidade de armazenamentocapacidade de armazenamento usinas de bombeamento (reversíveis)usinas de bombeamento (reversíveis) – possuem 2 reservatórios em – possuem 2 reservatórios em

níveis diferentes – rendimento ~ 70%níveis diferentes – rendimento ~ 70%



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

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

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

Barragem de gravidade Barragem em arco ou abóbada



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Barragem de concreto (gravidade)Barragem de concreto (gravidade)



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Barragem de concreto (arco)Barragem de concreto (arco)



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

obrigatórias, sendo compactados por equipamentos mecânicos.obrigatórias, sendo compactados por equipamentos mecânicos.

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

Barragem de terra Barragem de enrocamento



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Barragem de aterro (mista)Barragem de aterro (mista)

Obs.: Randon -> rocha, um quartzito



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2.2. Tomada d’água e condutos forçadosTomada d’água e condutos forçados para conduzir por gravidade a água do reservatório até casa de forçapara conduzir por gravidade a água do reservatório até casa de força pode ser compreendido por:pode ser compreendido por:

câmara de carga câmara de carga – estrutura que interliga o – estrutura que interliga o sistema de baixa pressão sistema de baixa pressão em canalem canal com o de alta pressão com o de alta pressão

na partida garante que não entre ar no conduto forçadona partida garante que não entre ar no conduto forçado nas paradas bruscas devem garantir estabilidade funcional do nas paradas bruscas devem garantir estabilidade funcional do

sistema de adução sistema de adução chaminé de equilíbrio chaminé de equilíbrio – estrutura que interliga o – estrutura que interliga o sistema de baixa sistema de baixa

pressão em encanamentopressão em encanamento com o de alta pressão com o de alta pressão na partida garante que não entre ar no conduto forçadona partida garante que não entre ar no conduto forçado nas variações de vazão suavizam os efeitos do golpe de arietenas variações de vazão suavizam os efeitos do golpe de ariete

duto forçadoduto forçado – sistema de alta pressão que leva a água às turbinas – sistema de alta pressão que leva a água às turbinas hidráulicashidráulicas



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Tomada d’águaTomada d’água



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Tomada d’água – barragem tipo abóbadaTomada d’água – barragem tipo abóbada



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Conduto forçadoConduto forçado



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Conduto forçadoConduto forçado



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3.3. Casa de forçaCasa de força local onde estão instaladoslocal onde estão instalados

grupos turbina-geradorgrupos turbina-gerador equipamentos auxiliaresequipamentos auxiliares canal de restituição ou canal de fuga (para devolver a água para o rio)canal de restituição ou canal de fuga (para devolver a água para o rio)

deve visar operação e manutenção (facilitar montagem e desmontagem dos deve visar operação e manutenção (facilitar montagem e desmontagem dos equipamentos instalados)equipamentos instalados)

tipos de turbinastipos de turbinas ação: Peltonação: Pelton – transforma energia cinética d’água em trabalho – transforma energia cinética d’água em trabalho

construídas com eixo vertical ou horizontalconstruídas com eixo vertical ou horizontal rotor da turbina gira no arrotor da turbina gira no ar

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

rotor gira dentro da corrente d’águarotor gira dentro da corrente d’água fluxo d’água orientado e distribuído igualmente pela região periféricafluxo d’água orientado e distribuído igualmente pela região periférica



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Turbina Pelton de eixo horizontal, com 2 injetoresTurbina Pelton de eixo horizontal, com 2 injetores



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Turbina Pelton de eixo vertical, com 6 injetoresTurbina Pelton de eixo vertical, com 6 injetores



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Turbina Pelton – ajuste da vazão/potênciaTurbina Pelton – ajuste da vazão/potência

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



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Turbina FrancisTurbina Francis

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

com velocidades específicas ns



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Turbina Francis – componentesTurbina Francis – componentes



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Turbina FrancisTurbina Francis



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Turbina hélice de pás fixasTurbina hélice de pás fixas



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Turbina hélice de pás fixas (gerador transpassado pela água)Turbina hélice de pás fixas (gerador transpassado pela água)



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Turbina hélice de pás móveis (Kaplan)Turbina hélice de pás móveis (Kaplan)



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Turbinas – indicação em função da altura da queda HTurbinas – indicação em função da altura da queda H

> 600 m → Pelton> 600 m → Pelton

100 a 600 m → Francis e 100 a 600 m → Francis e PeltonPelton

15 a 80 m → Kaplan e 15 a 80 m → Kaplan e FrancisFrancis

5 a 20 m → Kaplan5 a 20 m → Kaplan



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Turbinas – tipos e velocidades específicasTurbinas – tipos e velocidades específicas




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GeradoresGeradores síncronosíncrono pólos salientespólos salientes geralmente múltiplos de 4 pólosgeralmente múltiplos de 4 pólos necessita de alimentação CC (capacidade de necessita de alimentação CC (capacidade de black-startblack-start))

gerador auxiliar para produção de CCgerador auxiliar para produção de CC excitatriz estáticaexcitatriz estática

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




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GeradoresGeradores


pf120rpm



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4.4. VertedouroVertedouro para liberação da água sem passagem pela casa de forçapara liberação da água sem passagem pela casa de força dimensionado para permitir escoar a enchente estando o reservatório com 60 dimensionado para permitir escoar a enchente estando o reservatório com 60

a 80% de sua capacidade.a 80% de sua capacidade. inclui mecanismo para reduzir a velocidade da descarga inclui mecanismo para reduzir a velocidade da descarga




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VertedouroVertedouro



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5.5. Descarga de fundoDescarga de fundo

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

finalidades:finalidades:

esvaziar ou rebaixar o nível d’água (manutenção ou inspeção)esvaziar ou rebaixar o nível d’água (manutenção ou inspeção) eliminar sólidos decantados no reservatórioeliminar sólidos decantados no reservatório liberar água durante parada das turbinasliberar água durante parada das turbinas escoar águas de enchentesescoar águas de enchentes desviar o rio durante a construção da barragemdesviar o rio durante a construção da barragem



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Descarga de fundoDescarga de fundo



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6.6. Subestação elevadoraSubestação elevadora para elevar a tensão do nível de geração (geralmente para elevar a tensão do nível de geração (geralmente ≤≤ 23 kV) para níveis de 23 kV) para níveis de

transmissão (geralmente transmissão (geralmente ≥≥ 230 kV) 230 kV) em grandes centrais apresentam elevados níveis de curto-circuitosem grandes centrais apresentam elevados níveis de curto-circuitos unidades transformadorasunidades transformadoras

trifásicas (mais barato)trifásicas (mais barato) bancos de unidades monofásicos (unidade reserva mais barata)bancos de unidades monofásicos (unidade reserva mais barata) o transporte pode dificultar o uso de unidades trifásicaso transporte pode dificultar o uso de unidades trifásicas

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