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Geração de EnergiaElétrica
Joinville, 26 de Fevereiro de 2013
Centrais Hidrelétricas
Curiosidades
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
Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica
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
Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica
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
Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica
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
Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica
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
Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica
Barragem de concreto (gravidade) Itaipu Binacional
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Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica
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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Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica
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
Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica
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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 – 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 hélice de pás fixas (gerador transpassado pela água)
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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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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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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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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