Pequenas Centrais Hidrelétricas

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PEQUENAS CENTRAIS 
HIDRELÉTRICAS 
Aplicação ao seu desenvolvimento na América Latina e no Caribe 
 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
Índice 
PEQUENAS CENTRAIS HIDRELÉTRICAS .................................................................................................... 1 
Objetivos do Módulo .............................................................................................................................. 1 
1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................... 2 
1.1 Introdução .................................................................................................................................... 2 
1.2 Desenvolvimento das pequenas usinas hidrelétricas. ................................................................. 4 
1.3 Classificação das pequenas usinas hidrelétricas. ......................................................................... 5 
1.4 Potencial hidrelétrico aproveitável. ............................................................................................. 6 
1.5 Potencia instalada em pequenas usinas hidrelétricas nos países da América Latina e do Caribe
 ........................................................................................................................................................... 6 
Resumo .............................................................................................................................................. 7 
2. ESTUDO DO RECURSO HIDRÁULICO.................................................................................................... 8 
2.1 Processo de gestação de um projeto de uma pequena usina hidrelétrica ................................. 8 
2.2 Estudo prévios ............................................................................................................................. 8 
2.3 Determinação da queda líquida ................................................................................................. 45 
2.4 Potencia teórica de uma queda d’água ..................................................................................... 46 
2.5 Potencia instalada e produção .................................................................................................. 47 
Resumo ............................................................................................................................................ 49 
3. TIPOS DE MINI USINAS ...................................................................................................................... 50 
3.1 Tipos de mini Usinas Hidrelétricas ............................................................................................. 50 
Resumo ............................................................................................................................................ 58 
4. OBRA CIVIL ........................................................................................................................................ 59 
4.1 Introdução ............................................................................................................................. 59 
4.2 Açude .................................................................................................................................... 60 
4.3 Escada de peixes ................................................................................................................... 62 
4.4 Tomada de água .................................................................................................................... 63 
4.5 Canal de derivação ................................................................................................................ 63 
4.6 Desarenador e câmara de carga ........................................................................................... 67 
4.7 Conduto forçado ................................................................................................................... 69 
4.8 Edifício da usina .................................................................................................................... 72 
4.9 Sistema de descarga ............................................................................................................. 73 
Resumo ............................................................................................................................................ 75 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
5. TURBINAS HIDRÁULICAS ................................................................................................................... 76 
5.1 Introducción. Descripción general ........................................................................................ 76 
5.2 Descrição geral. Localização da turbina dentre os componentes principais da usina .......... 77 
5.3 Percurso da água na turbina. Elementos fundamentais ....................................................... 79 
5.4 Fundamento hidráulicos teóricos ......................................................................................... 82 
5.5 Parámetros hidráulicos básicos de una turbina .................................................................... 84 
5.6 Tipos de turbinas hidráulicas. Escolha .................................................................................. 85 
5.7 Considerações para sua escolha ........................................................................................... 91 
Resumo ............................................................................................................................................ 91 
6. EQUIPO ELECTROMECÁNICO ............................................................................................................ 92 
6.1 Elemento de fechamento e regulação .................................................................................. 92 
6.2 Turbina Hidráulica ................................................................................................................. 95 
6.3 Grupo óleo-hidráulico ........................................................................................................... 95 
6.4 Caixa multiplicadora de Velocidade ...................................................................................... 96 
6.5 Gerador síncrono .................................................................................................................. 99 
6.6 Equipamento elétrico geral ................................................................................................. 105 
6.7 Equipamentos auxiliares ..................................................................................................... 112 
6.8 Elementos de regulação, controle e proteção .................................................................... 112 
Resumo .......................................................................................................................................... 115 
7. AUTOMATIZAÇÃO E CONTROLE ...................................................................................................... 116 
7.1 Automatização e controle ................................................................................................... 116 
7.2 Modos de funcionamento................................................................................................... 119 
Resumo .......................................................................................................................................... 121 
8. IMPACTO AMBIENTAL. GESTÃO ADMINISTRATIVA ........................................................................ 122 
8.1 Fases de um estudo de impacto ambiental ........................................................................ 122 
8.2Análises do projeto ............................................................................................................. 124 
8.3 Identificação e avaliação de impactos ................................................................................ 124 
8.4 Medidas preventivas e corretivas ....................................................................................... 125 
8.5 Efeitos positivos do ponto de vista ambiental .................................................................... 125 
8.6 Trâmites Administrativos .................................................................................................... 126 
8.7 Legislação ............................................................................................................................ 127 
Resumo .......................................................................................................................................... 128 
TEMA 9. ASPECTOS ECONÓMICOS ..................................................................................................... 129 
9.1 Índice de potencia ............................................................................................................... 129 
9.2 Índice de energia ................................................................................................................. 129 
9.3 Horas equivalentes de funcionamento ou tempo característico ....................................... 130 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
9.4 Fator de capacidade ............................................................................................................ 130 
9.5 Fiabilidad y disponibilidad ................................................................................................... 130 
9.6 Critérios para analisar a rentabilidade do investimento .................................................... 131 
9.7 Fatores a considerar no estudo econômico ........................................................................ 132 
9.8 Calculo de investimento de uma mini usina hidrelétrica ................................................... 133 
9.9 Exemplo de cálculo de investimento e rentabilidade econômica ...................................... 134 
9.10 Conclusões finais ............................................................................................................. 137 
Resumo .......................................................................................................................................... 137 
Glossário ............................................................................................................................................. 138 
Bibliografia .......................................................................................................................................... 143 
Páginas de Internet ............................................................................................................................. 145 
Índice de figuras .................................................................................................................................. 146 
Tabelas/Gráficos/Figuras .......................................................................................................................... 146 
 
 
Pequenas Usinas Hidreléctricas 1 
 
PEQUENAS CENTRAIS HIDRELÉTRICAS 
Aplicação ao seu desenvolvimento na América Latina e no Caribe 
Objetivos do Módulo 
Pretende-se apresentar os fundamentos teóricos relativos ao estudo de um aproveitamento 
hidrelétrico em um determinado local, bem como revelar as diferentes tipologias de pequenas 
usinas hidrelétricas e seus componentes; da obra civil ao equipamento eletromecânico. 
 
Os objetivos mais importantes deste módulo são: 
 
 Entender como se avalia o recurso hidráulico disponível em um determinado local, para 
determinar a queda líquida e a vazão de equipamento. 
 Definir a tipologia da usina hidrelétrica a ser instalada em cada local, bem como todos seus 
componentes relacionados com a obra civil. 
 Entender o funcionamento das turbinas hidráulicas, os tipos que podem ser utilizados e o 
processo de escolha da turbina ideal. 
 Definir e dimensionar o equipamento eletromecânico da usina. 
 Analisar os distintos modos de funcionamento e o aproveitamento de automatização. 
 Estudar o impacto ambiental que representa a instalação de uma pequena usina 
hidrelétrica. 
 Considerar aspectos econômicos e estudar a rentabilidade econômica. 
 Estudo de viabilidade de um aproveitamento hidroelétrico aplicado a uma área concreta de 
LAC (a resposta do exercício está na documentação anexa). 
 
Os conteúdos dos módulos se estruturam nos seguintes temas: 
 
1. Introdução. Estado da arte. Classificação 
2. Estudo do recurso hidráulico, como aproveitamento hidroelétrico 
3. Tipologias de pequenas centrais hidráulicas 
4. Obra civil. Componentes 
5. Turbinas hidráulicas. Fundamentos teóricos. Descrição dos elementos básicos 
6. Equipamento eletromecânico 
7. Automatização e Controle. Modos de funcionamento 
8. Impacto ambiental. Legislação 
9. Aspectos econômicos e rentabilidade 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
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1. INTRODUÇÃO 
 
1.1. Introdução 
Dentre as energias renováveis, a energia hidrelétrica é a principal aliada na geração limpa, autóctone 
e inesgotável, constituindo uma das principais fontes de eletricidade. 
A energia hidráulica é a energia cinética do movimento de massas de água e a energia potencial da 
água disponível a uma altura determinada. Indiretamente, provém da radiação solar, no que se 
conhece como ciclo hidrológico (figura 1.1). 
 
Figura 1.1 A energia hidráulica no ciclo hidrológico. Fonte: Centrais de energias renováveis. José Antonio Carta 
 
A produção mundial anual foi de 3288 TWh em 2008 (IEA, “Informações sobre a electricidade” de 
2010), equivalente a 16,3% da produção total de eletricidade global.. Em alguns países da América 
Latina, a fração da energia elétrica gerada com as usinas hidrelétricas alcança um alto nível: Equador 
85%, Peru 79%, Brasil 78,2%, Colômbia 77%. Em outros países, a fração da energia elétrica com 
usinas hidrelétricas é consideravelmente menor: nos Estados Unidos, por exemplo, é somente de 
10%; no Japão, 12,2%; na Espanha, 20%, na CEI, 14%, etc. Estes dados justificam-se a partir do ponto 
de vista de que a energia elétrica nos países é obtida principalmente através da exploração de 
centrais térmicas (de carvão e gás natural) e nucleares. 
Em termos de produção mundial, de “Programa Mundial de Avaliação dos Recursos Hídricos” da 
UNESCO, divulga previsões de crescimento para o ano 2010 em que se constata este maior 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
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potencial de crescimento nos países em desenvolvimento. Na Tabela 1.1 é possível observar como a 
União Européia e seus países mais próximos, que em 1995 possuíam 18,5% da população mundial, 
somente representavam uma décima parte no ano 2010. Isso se deve ao crescimento, 
principalmente, da Ásia e, em menor medida, da América Latina. 
Tabela 1.1 Produção de energia hidráulica no mundo. Fonte: UNESCO 
Localização 
Área de 
mercado 
1995 (TWh/ano) % 1995 2010 (TWh/ano) % 2010 
Mundo Grandes usinas 2.265 100 3.990 100 
Pequenas usinas 115 100 220 100 
Total 2.380 100 4.210 100 
UE+AELC Grandes usinas 401,5 17,73 443 11,10 
Pequenas usinas 40 34,78 50 22,73 
Total 441,5 18,55 493 11,71 
CEE Grandes usinas 57,5 2,54 83 1,44 
Pequenas usinas 4,5 3,91 16 7,28 
Total 62 2,60 99 2,35 
CIS Grandes usinas 160 7,06 388 9,72 
Pequenas usinas 4 3,48 12 5,45 
Total 164 6,89 400 9,50 
NAFTA Grandes usinas 635 28,03 685 17,17 
Pequenas usinas 18 15,65 25 11,36 
Total 653 27,44 71016,86 
OCDE Zona Pacífica Grandes usinas 131 5,78 138 3,46 
Pequenas usinas 0,7 0,61 3 1,36 
Total 131,7 5,53 141 3,35 
Zona mediterránea Grandes usinas 35,5 1,60 72 1,80 
Pequenas usinas 0,5 0,43 0,7 0,32 
Total 36 1,51 72,7 1,73 
África Grandes usinas 65,4 2,89 147 3,68 
Pequenas usinas 1,6 1,39 3 1,36 
Total 67 2,81 150 3,56 
Oriente Medio Grandes usinas 24,8 1,09 49 1,23 
Pequenas usinas 0,2 0,17 1 0,45 
Total 25 1,05 50 1,19 
Asia Grandes usinas 291 12,85 1.000 25,06 
Pequenas usinas 42 36,52 100 45,45 
Total 333 13,99 1.100 26,13 
América Latina Grandes usinas 461,5 20,37 990 24,81 
Pequenas usinas 3,5 3,04 10 4,54 
Total 465 19,54 1.000 23,75 
UE + AELC: União Européia e Associação Européia de Livre Comércio; CEE: Europa Central e do Leste; 
CEI: Comunidade de Estados Independentes; Países NAFTA: Estados Unidos, Canadá e México; OCDE 
Zona Pacífica: Austrália, Japão, Nova Zelândia; Zona Mediterrânea: Turquia, Chipre, Gibraltar, Malta; 
Ásia: Ásia sem incluir a ex-URSS. 
 
 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
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Em grande escala esta fonte de energia tem um campo de expansão limitado devido a aspectos de 
caráter financeiros, ambientais e sociais. Em pequena escala (na maior parte dos países com uma 
potencia instalada menor ou igual a 10 MW), a geração hidrelétrica com pequenas usinas oferece 
possibilidades de crescimento, em razão da diversidade de vazões que ainda são suscetíveis de 
aproveitamento. 
Existem inúmeras vantagens que são compartilhadas entre as pequenas e grandes usinas 
hidrelétricas. As vantagens gerais são: 
 Constitui uma fonte de energia renovável 
 É uma tecnologia madura, consolidada e com alto nível de confiança e rendimento. 
 Os custos da energia gerada são praticamente independentes dos efeitos 
inflacionários. Constituem uma fonte de energia autóctone e, portanto, seu 
aproveitamento reduz a vulnerabilidade energética do país com relação aos 
mercados internacionais de combustíveis fósseis. 
 Seus custos de operação e manutenção são relativamente baixos. 
 Têm uma vida relativamente longa. 
 Possui um alto grau de disponibilidade operativa. 
1.2. Desenvolvimento das pequenas usinas hidrelétricas. 
A princípios do século XX ocorreu uma intensa construção de pequenas usinas hidrelétricas na 
América do Norte, Europa e Ásia [1]. Nos anos 1920, a energia hidrelétrica gerada constituía 40% do 
total produzido mundialmente pelas usinas em seu conjunto. Depois, durante um longo período (50 
anos), houve uma queda na construção de pequenas usinas hidrelétricas, dando lugar às grandes 
usinas hidráulicas que possuíam um maior rendimento econômico. Durante a década dos 70, em 
muitos países desenvolvidos e em vias de desenvolvimento, devido à crise energética mundial, as 
usinas hidrelétricas de pequena potencia atraíram novamente a atenção com o auxílio das seguintes 
razões: 
 Brusco aumento dos preços do petróleo 
 Aumento dos requerimentos ecológicos durante a construção 
 Necessidade de eletricidade nas regiões distantes e de difícil acesso 
 Tendência ao uso múltiplo dos recursos hidráulicos, o que reduz os investimentos na 
hidroenergia. 
Por estas razões, em muitos países a construção de pequenas usinas recebeu um novo impulso. 
Assim, ampliou-se a cooperação internacional neste terreno: em 1982 foi realizada a Conferência 
Européia de Pequenas Usinas Hidrelétricas em Montecarlo e, em 1984, a I Conferência Internacional 
sobre Pequenas Usinas Hidrelétricas em Singapura. No seio da Comissão Internacional sobre Energia 
(IEC) fundou-se o grupo de trabalho de pequenas usinas hidrelétricas para desenvolver os 
requerimentos técnicos no projeto, construção e exploração. Na Espanha, em 1980, criou-se a 
Comissão de Pequenas Usinas hidrelétricas e uma análise de sua distribuição geográfica. 
[1] José Mª de Juana. Energias Renováveis para o Desenvolvimento. .Editorial Thomson Paraninfo 2003 
 
 
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De acordo com o "Livro Branco para uma a Estratégia Comum e um Plano de Acção para as Energias 
Renováveis", desenvolvido em 1997 pela Comissão das Comunidades Européias, o objetivo geral 
fixado pela UE em pequenas usinas hidrelétricas é alcançar 14.900 MW no ano 2010. 
1.3. Classificação das pequenas usinas hidrelétricas. 
As pequenas usinas hidrelétricas podem ser classificadas por distintos parâmetros tais como 
potencia, altura de carga e regime de trabalho, dentre outros. Na grande maioria dos países toma-se 
como base a potencia instalada em kW ou MW (Tabela 1.2). Em alguns países consideram-se 
pequenas usinas hidrelétricas aquelas com um potencial de até 2.000 kW (Itália, Noruega, Suécia, 
Suíça) ou até 5.000 kW (Áustria, Índia, França, Canadá, Alemanha e outros). A organização das 
Nações Unidas para o Desenvolvimento Industrial. (ONUDI) tipifica como pequenas usinas 
hidrelétricas as que possuam uma potencia instalada de até 5.000 kW. Em outros países, consideram 
esta potencia até 30.000 kW, como nos Estados Unidos e no CEI. 
A Organização Latino-americana de Desenvolvimento de Energia (OLADE) considera como pequena 
usina as que possuem uma potencia entre 1.000 e 10.000 kW. 
Esta diversidade na classificação das pequenas usinas hidrelétricas resulta dos diferentes níveis de 
desenvolvimento alcançados nos distintos países, das particularidades das condições naturais, dos 
diferentes procedimentos de reconhecimento dos projetos de aproveitamentos hidrelétricos assim 
como de outros fatores. 
 
Tabela 1.2 Classificação das pequenas usinas hidrelétricas 
Potencia limite instalada da central (kW) 
País, organização 
internacional 
Pequena usina Mini usina Micro usina 
Pins  30.000 
Pins  30.000 
Pins  12.000 
Pins = 100 - 
1000 
Pins  100 
CEI ( antiga URSS) 
Estados Unidos 
China e países do 
sudeste da Ásia 
Pins  5.000 América Latina (OLADE) 
Pins  5.000 
Pins  10.000 (*) 
UNIDO, Áustria, 
Espanha*, Índia, Canadá, 
França, Alemanha e 
outros 
 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
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1.4 Potencial hidrelétrico aproveitável. 
Para determinar o potencial hidrelétrico aproveitável é necessário avaliar os recursos potenciais que 
podem ser aproveitados em cursos pequenos, médios e grandes dos rios. 
Esta classificação, de acordo com seu tamanho, pode ser feita com base em diferentes critérios: por 
vazão, potencia, comprimento do rio e área da bacia, dentre outros. Segundo o critério da área da 
bacia, os pequenos rios possuem até 5.000 km2 e os médios até 100.000km2. 
Podemos distinguir três tipos de potencial hidrelétrico (figura 1.2): 
 Teórico (bruto): energia teórica do curso de água sem considerar perdas 
 De exploração: energia do curso de água que tecnicamente pode ser aproveitada 
considerando perdas. Mundialmente esta magnitude é avaliada em uma média de 60%. 
 Econômico: energia do curso de água cuja utilização resulta economicamente efetiva. 
Mundialmente representa 47% do potencial de exploração e 26% com relação ao teórico. 
O potencial hidrelétrico econômico, diferentemente do teórico e técnico, varia com relação ao 
tempo e utilização, dependendo das condições energéticas e econômicas. 
1.5 Potencia instalada em pequenas usinas hidrelétricas nos países da América Latina e do 
Caribe 
Conforme o estudo Climascopio 2012, divulgado na Conferência das Nações Unidas sobre o 
Desenvolvimento Sustentável Rio+20 e realizado pelo Fundo Multilateral de Investimentos, a 
porcentagem de potencia instalada em pequenas usinas hidrelétricas em MW até 2011, nos países 
da América Latina e do Caribe, foi a seguinte: 
 
Tabela 1.3 Porcentagem de potencia instalada em MW. Fonte: Climatescope Estudo de 2012 
 
PAÍS % DE POTENCIA 
INSTALADA 
Argentina 2 
Belize39 
Bolívia 18 
Brasil 4 
Chile 4 
Colômbia 3,9 
Costa Rica 10 
República Dominicana 7 
Equador 6 
El Salvador 2 
Guatemala 10 
Haiti 45 
Honduras 9 
Jamaica 3 
Nicaragua 5 
Panamá 13 
Perú 6 
 
 
 
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Resumo 
 
Neste tema 1, de introdução, realizou-se uma apresentação do aproveitamento da energia 
hidrelétrica enfocada em pequenas usinas hidrelétricas com uma potencia média de 10 MW na 
maioria dos países. Analisou-se seu grau de desenvolvimento em âmbito mundial e sua classificação 
em micro, mini e pequenas usinas hidrelétricas. Ademais, apresentou-se também o potencial 
hidrelétrico aproveitável no mundo e a potencia instalada até o ano 2011 nos países da América 
Latina e do Caribe, de acordo com o estudo Climascopio 2012, divulgado na Conferência das Nações 
Unidas sobre o Desenvolvimento Sustentável Rio+20 e realizado pelo Fundo Multilateral de 
Investimentos ( www5.iadb.org /mif/Climatescope/2012). 
 
 
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2. ESTUDO DO RECURSO HIDRÁULICO 
2.1 Processo de gestação de um projeto de uma pequena usina hidrelétrica 
O processo de gestação de um projeto de uma pequena usina hidrelétrica pode ter várias origens. As 
mais frequentes são: 
 Projeto que faz parte de um desenvolvimento em âmbito nacional ou regional, no qual 
geralmente são realizados estudos prévios ou existe informação básica preliminar 
suficiente. 
 Projeto proposto por uma comunidade ou prefeitura diante da necessidade de 
abastecimento energético de uma população ou região. 
 Projeto proposto por entidades privadas para usos da energia em processos industriais 
ou comerciais para a venda a populações ou às redes elétricas nacionais. 
São vários os recursos que a natureza disponibiliza para a realização, conservação e exploração dos 
aproveitamentos hidrelétricos, ainda que, por sua importância, é possível citar três: 
 altura da queda 
 hidrologia 
 vazão sólida: elementos que a água carrega com seu movimento 
Os dois primeiros permitem a execução e funcionamento do aproveitamento, enquanto o terceiro, 
consistente na entrada de elementos estranhos que deve ser evitada, pode resultar em problemas 
de índole diversa. 
2.2 Estudo prévios 
É necessário dispor de suficiente informação através de diversos estudos do meio físico da área ou 
região onde se pretende instalar a usina hidrelétrica. Isso permite conhecer com detalhes as 
características morfológicas, hidrológicas, socioeconômicas e de impacto ambiental para poder 
definir as alternativas tecnicamente e economicamente viáveis. 
Na figura 2.1 se apresenta um fluxograma com os tipos de estudos a realizar. 
2.2.1 Estudos da demanda 
Este tipo de estudo é muito importante, principalmente quando se trata de fornecer energia elétrica 
a pequenas populações ou comunidades rurais isoladas da rede elétrica nacional. Utiliza-se para 
avaliar qual é a demanda de energia elétrica dos potenciais clientes da central e a forma do perfil de 
demanda diário. 
2.2.2 Estudo socioeconômico 
Neste se realiza a avaliação econômica do projeto, sua organização e desenvolvimento, além do 
impacto social que causaria na comunidade ou região como a compra de terras, a relocação de 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
9 
 
comunidades inteiras, etc. Abrange o desenvolvimento e construção da usina, bem como a 
manutenção, administração e operação da mesma. 
 
Figura 2.1 Fluxograma dos estudos para um aproveitamento hidrelétrico. Fonte: Elaboração própria T. Adrada 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
10 
 
2.2.3 Estudos de impacto ambiental 
 
As obras a serem construídas e a operação da usina implicam um grande impacto ambiental, pois se 
inunda uma grande extensão de terra, resultando em perdas agrícolas, de flora e fauna. 
 
Uma das barreiras mais importantes para o desenvolvimento desta tecnologia é o impacto 
ambiental que pode provocar. Na Tabela 2.1 estão presentes alguns destes impactos e as medidas 
corretoras a serem utilizadas. 
 
Tabela 2.1 Impacto ambiental e medidas corretoras. Fonte: elaboração própria. 
IMPACTO AMBIENTAL ESTRUTURAS QUE O 
PROVOCAM 
MEDIDAS PROPOSTAS PARA REDUÇÃO 
Detração de vazões (com a 
conseguinte perda de hábitat 
fluvial, que por sua vez provoca 
a diminuição das população de 
fauna piscícola, a redução da 
riqueza vegetal das margens, 
etc.) 
Todas as instalações em 
conjunto. 
 Estabelecimento de uma vazão ecológica 
mínima 
 Medidas de revegetação e integração 
paisagística 
Destruição de formações 
vegetais por ocupação das 
estruturas 
Todas as estruturas 
 Medidas de revegetação e integração 
paisagística 
Impacto visual Todas as estruturas 
 Medidas de revegetação e integração 
paisagística 
 Enterrar estruturas (canal de derivação, 
câmara de carga e conduto forçado) 
 Construção das estruturas com tipologia 
semelhante a do meio 
Mortalidade de fauna piscícola Usina (pela ação da turbina) 
 Instalação de grades na entrada do canal 
 Instalação de uma barreira sônica para 
peixes na entrada do canal 
Efeito barreira ao trânsito de 
fauna 
Açude 
 Instalação de uma escada para peixes 
Impacto acústico Usina (turbina e geradores)  Isolamento acústico da usina 
2.2.4 Estudos geológicos e geotécnicos 
Os estudos geológicos e geotécnicos indicam as condições e propriedades dos terrenos. Permitem 
obter uma boa informação sobre o subsolo. Realiza-se a localização e adequação das obras com 
relação à estabilidade dos terrenos. O estudos das possíveis falhas geológicas é essencial para o 
projeto e construção da usina, já que permite aos desenhadores ter uma ideia de quais riscos 
geológicos devem considerar no momento de projetar a usina. 
 
Um estudo completo deverá obter os conhecimento da Geologia Histórica, Geomorfologia, 
Estratigrafia e Geologia Estrutural da área. 
Normalmente nos projetos são analisados os seguintes pontos: 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
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 Disponibilidade de materiais de construção 
 Permeabilidade dos terrenos 
 Estabilidade das encostas 
 Métodos construtivos 
O conflito enfrentado pelo planejador de pequenas usinas hidrelétricas consiste em ter que escolher 
entre: 
 Custo elevado dos estudos detalhados geotécnicos e hidrotécnicos para cada projeto. 
 Elevação de custos de construção ao desenhar obras com fatores de segurança 
elevados. 
As falhas mais frequentes correspondem a problemas geotécnicos (40%) e hidrológicos (40%). 
2.2.5 Estudos cartográficos e topográficos 
A cartografia necessária é obtida através dos Institutos Cartográficos existentes nas diferentes 
comunidades ou regiões e permite fixar as coordenadas geográficas da área do projeto: 
- Altitude 
- Latitude 
- Longitude 
Geralmente, quando o estudo começa as informações disponíveis são: 
- Mapas do país a escalas de 1:500.000 a 1:2.000.000 
- Cartas nacionais a escalas de 1:25.000 a 1:200.000 
- Fotografias aéreas a escalas de 1:10.000 a 1:60.000 
A partir da informação topográfica, elabora-se um perfil do comprimento do rio (figura 2.2) que 
mostra, ao longo do seu curso, quais são as inclinações existentes em seu transcurso segundo a área 
de estudo, definindo os trechos com potenciais mais interessantes. 
 
 
Figura 2.2 Perfil longitudinal de um rio. Fonte Adaptado de Rosgen (1996) 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
12 
 
Com este perfil é possível conhecer fatores fundamentais: por um lado, a altura bruta da queda (Hb) 
em metros, isso é, a diferença de cotas entre o ponto em que se realiza a captação da água do rio e 
o ponto onde é devolvida a seu curso natural, depois de haver aproveitado sua energiapotencial, ou 
energia de altura (figura 2.3). 
 
Figura 2.3 Esquema geral de uma queda. Fonte: IDAE 
Do mesmo modo, define-se a localização do canal, do conduto forçado e do lugar físico das 
máquinas em que será realizado o retorno das água ao seu curso natural através do canal de 
escoamento. 
Recomendações adicionais na informação topográfica 
• O local de descarga e a edificação das máquina deve cobrir pelo menos 50m ao longo do 
curso e nas margens, até 5m acima do nível de captação. 
• O canal necessita uma faixa não maior que 10m de cada lado do eixo. Para o desarenador a 
largura do canal aumenta de 25 a 30% em um comprimento de 50m. O mesmo ocorre com a 
câmara de carga. 
• Aoconduto de pressão é representada sobre um eixo com topografia de 10m para cada lado, 
e um perfil longitudinal com suficiente detalhe para o desenho das mudanças de direção do 
conduto de pressão com seus apoios e bases. 
 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
13 
 
A Tabela 2.2 mostra os intervalos entre as curvas de nível recomendáveis 
Tabela 2.2 intervalos entre as curvas de nível. Fonte: Jairo Arcesio. Tese de Doutorado 1998 
ELEMENTO INTERVALO ENTRE 
CURVAS (m) 
ESCALA 
Captação 0,50 1:200 
Canal 2,00 1:2000 
Desarenador 0,50 1:200 
Câmara de Carga 0,50 1:200 
Descargas 0,50 1:200 
Conduto de pressão 0,50 1:100 
Edifício de máquinas 0,50 1:2000 
Caminhos de acesso 2,00 1:2000 
Linha aérea 2,00 1:500 
 
Por outro lado, a informação cartográfica e topográfica permite obter a superfície da bacia de 
drenagem em km2, chamada bacia hidrográfica ou topográfica (a) (figura 2.3.1), e que desemboca 
na captação de água ou, em outras palavras, na área na qual a chuva coletada pode ser aproveitada. 
Pode ser definida como a superfície na qual todas as águas procedentes das precipitações 
produzidas (em Hm3) (b), desembocarão no rio na área de coleta de água. Equivale à drenagem 
superficial desta superfície. 
 
Figura 2.3.1. Detalhe de uma bacia hidrográfica 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
14 
 
Uma bacia de drenagem se separa de suas vizinhas por uma linha de crista de curvas de nível (figura 
2.4), cuja longitude será limitada por duas linhas de máxima inclinação. 
 
Figura 2.4 Determinação da superfície de uma bacia 
2.2.6 Estudos hidrológicos e pluviométricos 
Estes estudos são os responsáveis pelo recursos hídrico disponível e determinam a vazão do projeto 
da usina. 
Pretende responder duas perguntas: 
• Qual é a vazão garantida ou projetada existente em um aproveitamento? 
• Qual pode ser o valor do vazão de máxima cheia em um determinado momento? Sua 
avaliação é muito importante para dimensionar corretamente as obras de proteção e 
evacuação de enchentes. 
A determinação da quantidade de água existente em um rio em um ponto determinado está 
vinculada às condições físicas de sua bacia de drenagem e às condições meteorológicas presentes na 
região. 
Quando se dispõe de estações meteorológicas e de medições dentro da bacia de drenagem, a 
informação estatística que proporcionam permite determinar a curva de precipitação média, bem 
como a curva de vazões médias classificadas. 
Se não se dispõe de estações meteorológicas e/ou pluviométricas dentro da bacia de drenagem, mas 
se conhecem suas características físicas, é possível avaliar a quantidade de água que pode passar por 
uma determinada seção de um rio interpretando a correlação destas condições. 
 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
15 
 
2.2.6.1 Determinação da vazão de equipamento da usina hidrelétrica 
 
Para a obtenção da vazão de equipamento são considerados três métodos de atuação: 
 
• Por pluviometria 
• Por estação de Medição 
• Por correlação entre bacias com características, composição e proximidade semelhantes. 
Os três métodos são válidos, ainda que a maior efetividade, em princípio, corresponda às estações 
de Medições. Contudo, sempre que possível, convém utilizar todos os métodos disponíveis devido à 
incerteza dos resultados, especialmente se somos conscientes de que o trabalho será realizado com 
base em dados passados e que se acredita que ocorrerão de forma cíclica, em distintos períodos de 
tempo. 
2.2.6.1.1 Determinação da vazão de desenho por pluviometría 
O estudo das precipitações é básico dentro de qualquer estudo hidrológico regional, para quantificar 
os recursos hídricos. Também é fundamental na previsão de inundações, desenho de obras públicas, 
estudos de erosão, etc. A precipitação é qualquer água meteórica coletada sobre a superfície da 
terra. Isto inclui basicamente: chuva, neve e granizo. A unidade de medida é o milímetro. 
Precipitação= ET +Esc.Sup + Esc.Sub 
Sendo: 
 Esc Sup. = Escoamento superficial 
 Esc Sub = Escoamento subterrâneo 
 ET = Evapotranspiração 
 
Denomina-se ciclo hidrológico (figura 2.5) ao movimento geral da água, ascendente em razão da 
evaporação e descendente, em primeiro lugar, pelas precipitações, e logo em forma de escoamento 
superficial e subterrâneo. 
Figura 2.5 Ciclo hidrológico. Fonte: Departamento de Geologia da Universidade de Salamanca. 
 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
16 
 
O escoamento subterrâneo é muito mais lento que o superficial. Outros conceitos fundamentais são: 
• Escoamento direto: o que chega aos cursos superficiais em um período de tempo curto após 
a precipitação e que normalmente envolve o escoamento superficial. 
• Escoamento básico: o que alimenta os cursos superficiais na estiagem, durante os períodos 
sem precipitações e que normalmente envolve o escoamento subterrâneo. 
Como média, na grande maioria das bacias hidrográficas: 
(Precipitação) 670 mm (100%) = (ET) 480 mm (72%) + (Esc.Sup) 130 mm (19%) + (Esc.Sub) 60 mm ( 9%) 
A relação entre a entrada no rio e a precipitação é conhecida pelo nome de coeficiente de 
escoamento e seu valor varia muito dependendo de inúmeras variáveis como a área de estudo, sua 
vegetação, a época do ano, etc. 
Quando se sabe qual é a precipitação, a área da bacia de drenagem e o coeficiente de escoamento, 
obtém-se o valor do curso, de acordo com a fórmula 1: 
 
 
 
 
Sendo 
- Q = vazão em m3/s. 
- I = Intensidade da precipitação em mm/hora 
- A = superfície da bacia de drenagem em 
km2 
- C = coeficiente de escoamento 
O valor do coeficiente de escoamento pode ser calculado através da fórmula 2. 
 
 
 
 
 
 
 
Nesta o Pd =precipitação diária em mm (obtida estatisticamente para o período de retorno 
considerado) e P0 =limiar de escoamento em mm. 
Exemplo 1. Calcular a vazão do projeto para um período de retorno de 50 anos em uma bacia com 
uma superfície de 12,1Km2. Comprimento do curso: 5,1 km. Quota máxima: 956 m; Quota mínima: 
889 m. A precipitação diária Pd: 71mm (para o período de retorno de 50 anos). Limiar de 
escoamento P0: 27mm. Intensidade de precipitação de 16,2 mm/hora. 
Solução: Substituindo estes dados na fórmula 1, com x= Pd/P0 = 71/27=2,60 
 
 
 
 
A Vazão de drenagem da bacia aplicando a fórmula 2: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
17 
 
Apresentação dos dados pluviométricos 
A mensuração das precipitações é realizada através das estações pluviométricas distribuídas por 
todos o território nacional. Por exemplo, no caso da Espanha, estas estações dependem do Instituto 
Nacional de Meteorologia. Os dados são fornecidos de forma mensal e anual (ano hidrológicos), 
conforme mostra a seguinte figura 2.6. 
 
Figura 2.6 Precipitações mensais médias. Fonte: Departamento de Geologia da Universidade de Salamanca. 
O ano hidrológico varia de acordo com o regime climático. Em muitospaíses, é considerado de 1 de 
outubro a 30 de setembro, como é o caso da Espanha. 
Os gráficos utilizados em pluviometria se denominam hietogramas e expressam precipitações em 
função do tempo. Podem figurar a precipitação que cai, ou a intensidade de precipitação (mm/hora) 
(figura 2.7). 
 
Figura 2.7 Hietograma: Intensidade de precipitação em função do tempo. Fonte: Dpto. de Geologia da Univ. de Salamanca. 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
18 
 
Para calcular as vazões geradas nos cursos superficiais a partir das precipitações, por exemplo, para 
o desenho de obras públicas, utiliza-se a curva Intensidade-Duração (figura 2.8) que expressa a 
máxima intensidade de precipitação registrada em diversos intervalos de tempo. 
 
Figura 2.8 Curva intensidade-duração. Fonte: Departamento de Geologia da Universidade de Salamanca. 
É comum representar conjuntamente várias curvas de intensidade-duração para diversos períodos 
de retorno, ensejando uma família de curvas denominadas Intensidade-Duração-Frequência (Curvas 
IDF) (figura 2.9). 
 
Figura 2.9 Curvas IDF. Fonte: Departamento de Geografia da Universidade de Salamanca 
 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
19 
 
 
A frequência é o inverso do período de retorno. Ocorrendo algo a cada 50 anos, sua frequência é de 
0,02. 
Quando dispomos de séries pluviométricas longas (mais de 20 anos) podemos calcular a 
probabilidade existente de que as precipitações do próximo ano superem um valor determinado. 
Normalmente trabalha-se com o dado da precipitação média sobre a bacia: volume total de água 
coletado na bacia. Conhecido o valor da precipitação média sobre uma bacia em um período de 
tempo determinado (um dia, um mês, um ano) e conhecida a superfície total da bacia, é possível 
obter o volume de água (lâmina de água captada). 
Definida a superfície da bacia hidrográfica e sabendo os dados pluviométricos da área, podemos 
definir os seguintes conceitos: 
• Descarga (Hm3): É o volume de água aportado pelo curso em um ponto determinado 
durante um ano. 
• Vazão específica (litros/s.km2): Vazão por unidade de superfície. Representa a vazão 
aportada por cada km2 de bacia. Permite comparar bacias de superfícies distintas. As áreas 
de montanha proporcionam mais de 20 litros/s. km2, enquanto nas partes baixas da mesma 
bacia somente de 4 a 5 litros/s.km2. 
• Lâmina de água equivalente: obtém-se dividindo a descarga pela superfície da bacia. 
Na figura 2.10 apresentam-se os dados de descarga anual coletados em um bacia, com histórico de 
30 anos. 
 
Figura 2.10 Dados de descarga anual. Fonte CEDEX. 
 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
20 
 
2.2.6.1.2 Por estações de Medições 
 
Destinam-se a medir uma vazão. Na Hidrologia superficial pode ser necessário medir pequenas 
vazões (litros/s) de rios com muitos m3/s. A determinação das vazões deve ser realizada por seções 
específicas, fixas e inalteráveis no tempo, denominadas medições. 
Vários países dispõem de redes de estações de Medições. Os resultados são editados pelas 
Confederações Hidrográficas. Por exemplo, na Espanha, estas medições são realizadas nas estações 
de Medições distribuídas pelas diferentes Bacias Hidrográficas espanholas dependentes do 
Ministério de Fomento, através do CEDEX (Centro de Estudos e Experimentação de Obras Pública) 
(www.hercules.cedex.es). Atualmente, depende do Ministério da Agricultura, Alimentação e Meio 
Ambiente, sendo que o anuário de dados de medições pode ser encontrado em 
www.sig.magrama.es. Na figura 2.11 apresenta-se uma bacia que dispõe de um ponto de medição 
de águas acima do ponto de interesse. 
 
Figura 2.11 Bacia hidrográfica com estação de Medição. Fonte: Jairo Arcesio. Tese Doutoral 1998. 
2.2.6.1.2.1 Tipos de medições 
 
As medições podem ser: 
a) Medições diretas: Com algum aparelho ou procedimento medimos diretamente a vazão. Os 
métodos podem ser: 
a.1) Método área velocidade: Molinetes, medidores ultrassônicos, etc. 
a.2) Diluição com marcadores: Medição de descarga constante 
a.3) Medição de descarga única ou de integração 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
21 
 
b) Medições indiretas ou contínuas: Mede-se o nível de água no curso e, a partir deste nível, 
calcula-se a vazão. Os métodos são: 
b.1) Estruturas hidráulicas com escalas linimétricas e linígrafos 
b.2) Método área inclinada 
Descrição dos métodos por medições diretas 
a.1) Método área - velocidade com molinetes (figura 2.12). Mede-se a velocidade da água em 
seções conhecidas do curso e se calcula com: 
Vazão (m3/s)= Seção (m2) x Velocidade (m/s) 
• Divide-se a área transversal em seções não maiores que 1/15 a 1/20 da largura total da 
seção 
• Em cada vertical, dentre as várias em que se divide a seção, medem-se velocidades a 
diferentes profundidades com molinetes e determina-se a velocidade média em cada seção. 
O molinete envia por cada volta um impulso elétrico que é registrado em um contador. 
Dispõe de uma curva que correlaciona o número medido de impulsos com a velocidade da 
corrente que se deseja medir. Isto permite obter o perfil vertical da velocidade da água em 
cada seção. 
• Calcula-se a vazão correspondente em cada seção, conhecendo-se sua área. 
• A Vazão total será a soma de todas as vazões obtidas em cada seção ou área. 
 
 
Moinho de hélice 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
22 
 
 
Figura 2.12 Método área - velocidade com molinetes. 
a.2) Diluição com marcadores. Medições químicas. 
Esta técnica é utilizada em correntes muito largas, em rios caudalosos ou em rios de montanha. 
Baseia-se em aplicar uma substância de concentração conhecida no curso que se dilui na corrente, 
tomando-se amostras a jusante. Quanto maior for a vazão, mais diluídas estarão as amostras 
analisadas. 
É importante destacar que para aplicar este método parte-se do pressuposto de que a vazão é 
permanente e os marcadores possuem as seguintes propriedades: 
• Não devem ser absorvidos pelos sedimentos ou vegetação, nem devem reagir 
quimicamente. 
• Não devem ser tóxicos. 
• Devem ser facilmente detectáveis em pequeñas concentrações. 
São 3 os tipos de marcadores: 
• Químicos: desta classe são o sal comum e o dicromato de sódio 
• Fluorescentes: como a rodamina. 
• Materiais radioativos: os mais usados são o iodo 132, bromo 82, sódio. 
O sal comum pode ser detectado com uma margem de erro de 1% para concentrações de 10 ppm. O 
dicromato de sódio pode ser detectado em concentrações de 0,2 ppm e os marcadores 
fluorescentes com concentrações de 1/1000. Os marcadores radioativos são detectados em 
contrações muito baixas (1/1014). No entanto, sua utilização requer pessoal muito especializado. 
As medições químicas podem ser: 
 Medições de descarga constante (figura 2.13). Injeta-se um marcador em uma determinada 
seção em uma vazão constante, com uma concentração de marcador C1. Realizando-se um 
balanço de massa do marcador entre o ponto 1 e o ponto 2, supondo-se que a corrente leva 
uma concentração de marcador de C0, tem-se: 
 Q C0 + q C1 = (Q+q) C2 
 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
23 
 
Mas como C0 ≅ 0 , q C1 = (Q+q) C2 e como Q+q ≅ Q, logo 
Q = q (C1/C2) 
 
 
Figura 2.13 Aforo de vertido constante. Fuente Dpto. Geología. Univ. Salamanca 
Exemplo: Uma solução de sal comum com uma concentração de Co = 200 g/l foi aplicada em um rio 
com uma vazão constante de q= 25 l /s. O rio tinha uma concentração inicial de sal de C1 =10 ppm = 
0,01 g/l. A jusante, mediu-se uma concentração de C2 = 45 ppm = 0,045 g/l. 
Aplicando a equação anterior, tem-se que Q=113,6 m3/s 
 Medições de descarga única ou de integração (figura 2.14). Em uma seção 1 de um rio, 
adiciona-se um pequeno volume de marcador(V1) com uma concentração alta C1. Existindo 
no rio uma concentração C0, o perfil de concentrações se comporta com o tempo assim: 
 
Figura 2.14 Medição de descarga única. 
A continuação, tem-se: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
24 
 
 
Donde Q es el caudal que se desea conocer, resolviendo la ecuación para Q se tiene: 
Q= 
 
 
 
 
 
Descrição dos métodos por medições indiretas. 
b.1) Estruturas hidráulicas com escalas linimétricas e linígrafos 
• Escalas linimétricas: São escalas graduadas em centímetros presas ao solo. Todos os dias 
coleta-se o valor máximo e mínimo alcançado. 
 
• Linígrafo: Aparelho que mede o nível da água através de uma boia. O valor é registrado de 
forma contínua. 
 
 
escalas que indicam o 
canal real 
hidrograma gráfico 
disco conversor de 
h1 em Q 
leitura do totalizador 
volumétrica 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
25 
 
• Estruturas hidráulicas: São estruturas de controle fixas e inalteradas (conhecidas como 
vertedouros) em que a partir da medida do nível da água é possível estimar a vazão. 
 
Estes vertedouros podem ser: 
- de parede fina para vazões menores que 0,5 m3/s. 
- de parede grossa para vazões maiores 
Podem ser construídos com seções de triangulares, retangulares ou trapezoidais. 
Pode-se estabelecer uma relação H-Q direta com o linígrafo e, a partir desta, pode-se obter um 
hidrograma de Q-t. 
 
Figura 2.14.1 Curva H-Q e hidrograma Q-t 
 
A) Vertedouro de parede fina 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
26 
 
Os vertedouros de parede fina (figura 2.15) estão formados por uma placa com uma borda muito 
fina. Este tipo de estruturas utiliza-se como dispositivo de medição em canais de pequenas 
dimensões. 
O ponto ou aresta mais baixa de um vertedouro é conhecido como crista (w), enquanto o desnível 
existente entre a superfície livre da água, a montante do vertedouro, e sua crista, são conhecidos 
coma carga hidráulica (H ou h). 
A equação do vertedouro com seção retangular é: 
Q= C.L.H 3/2 (m3/s) 
Na qual C = coeficiente de contração do vertedouro, L = largura do vertedouro e H = altura da água. 
Dependendo da forma, a equação pode ser distinta: 
TIPO DE VERTEDEURO Equação 
RETANGULAR Q=C.l.H 3/2 
TRIANGULAR Q=C.H 5/2 
TRAPEZOIDAL Q= C.L.H 3/2 
 
 
Figura 2.15 Vertedouro de parede fina: a) seção retangular, b) seção triangular e c) seção trapezoidal. Fonte: SOTELO ÁVILA; Gilberto. 
Hidráulica General. 
 
 
 
 
 
Os valores de C podem ser obtidos mediante a medição de w e H 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
27 
 
w H=0.05 H=0.10 H=0.20 H=0.40 H=0.60 H=0.80 H=1.00 
0.5 2.316 2.285 2.272 2.266 2.263 2.262 2.262 
1.0 2.082 2.051 2.037 2.030 2.027 2.026 2.025 
2.0 1.964 1.933 1.919 1.912 1.909 1908 1907 
 
B) Vertedouros de parede grossa 
Os vertedouros de parede grossa são utilizados para medir grandes vazões (figura 2.16). A vazão 
sobre a parede possui linhas de correntes paralelas, de modo que existe uma distribuição de 
pressões hidrostáticas. 
O valor da vazão pode ser calculado com a seguinte fórmula: 
 
 Sendo: 
C = coeficiente de descarga 
b = comprimento do vertedouro 
ε1 = coeficiente que depende da relação (e/h) 
h = altura da água 
 
Figura 2.16 Vertedouro de parede grossa e construção de um vertedouro em forma de V. Fonte: SOTELO ÁVILA, Gilberto. Hidráulica 
General. p. 267. 
b.2) Método área-inclinada 
Pode-se fazer uma estimativa aproximada do curso determinando as propriedades 
geométricas de duas seções diferentes, separadas por uma distância L e pelo coeficiente de 
rugosidade no curso. 
Partindo-se do pressuposto de que existe um curso do rio com profundidades Y1 e Y2 nas 
seções 1 e 2, respectivamente, sendo NR o nível de referência (figura 2.17): 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
28 
 
 
Figura 2.17 Método área-inclinada 
Aplicando a equação de Bernoulli tem-se: 
 
Na qual: 
h = (Y+Z) e Hf são as perdas de energia que podem ocorrer usando a fórmula de Manning 
V = velocidade em m/s 
Rh = raio hidráulico em m 
Sf = inclinação da linha de energia 
A = área da seção transversal em m2 
n = coeficiente de rugosidade de Manning 
2.2.6.1.3 Determinação da vazão de equipamento por correlação de bacias 
Em alguns casso pode ocorrer que não existam Estações de Pluviometria ou de medição na área em 
que será implantado o aproveitamento (figura 2.18), nem mesmo em todo o curso do rio, somente 
em áreas adjacentes com alguma estação que possa proporcionar os dados. Nesse caso, se as 
condições de vegetação, orientação das chuvas dominantes, morfologia, encostas, distância, etc., 
são adequadas, podem ser utilizados seus dados e aplicados à área a ser estudada. O coeficiente de 
aplicação a ser utilizada costuma ser o da relação entre as superfícies da bacia. 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
29 
 
 
Figura 2.18 Correlação entre bacias. Divisórias de águas: topográficas (em laranja), direção do escoamento nas ladeiras (azul escuro) e 
rede de drenagem principal (azul celeste). Fonte: Instituto Cartográfico de Valencia. 
Para os estudos de viabilidade e avaliação de vazões, recomenda-se avaliar as seguintes 
características: 
• Área da bacia (A) (km2). A área da bacia está definida pelo espaço delimitado pela curva do 
perímetro ou linha da crista das curvas de nível. 
• Comprimento do curso principal (L) (km), perímetro (P) (km) e largura (W) (km). O 
comprimento L da bacia está definido pelo comprimento do curso principal, sendo a 
distância equivalente percorrida pelo rio entre o ponto de descarga a jusante e o ponto 
situado na maior distância topográfica a montante. 
 
Comprimento do canal principal 
A largura é definida como a relação entre a área (A) e o comprimento da bacia (L). 
• Fator de forma. É a relação entre a área da bacia e o quadrado da longitude de seu curso 
principal. A forma da bacia determina seu conduto forçadomento hidrológico e influi 
diretamente no modo de escoamento. 
• Fato de compacidade. É um índice comparativo com a forma da bacia de drenagem 
(perímetro e área da bacia). 
• Extensão superficial da bacia. É o mais importante entre bacias. É a área circunscrita pelo 
“divortium-aquarum” ou linha divisória da bacia que influi diretamente nos resultados de 
qualquer fenômeno hidrológico que ocorra dentro dela. 
- Bacia com 
estação de 
medição 
 
- Bacia sem 
estação de 
medição 
 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
30 
 
• Extensão superficial média. É a relação entre a área total da bacia e a dupla longitude do 
curso maior. 
• Elevação média da bacia. Dentre os fatores que modificam as características hidrológicas de 
uma região encontra-se a altura sobre o nível do mar. 
• Inclinação média do curso (j). Pode-se obter da informação topográfica. É a relação 
existente entre o gradiente de altitude da bacia e seu comprimento. 
j = h/l, sendo que h = gradiente de altitude em km e L = comprimento da bacia em km. 
• Inclinação média da bacia (J). Calcula-se como média ponderada das inclinações de todas as 
superfícies elementares da bacia nas quais a linha de máxima inclinação se mantém 
constante; é um índice da velocidade média de escoamento e, portanto, do seu poder para 
arrastar ou poder erosivo. 
Na qual: Li = Comprimento de cada curva de nível (km) 
 E = Equidistância das curvas de nível (km) 
 A = superfície da bacia (km2) 
 
2.2.6.2 Conclusões: utilização de um método ou outro 
O método mais direto e fiável é utilizar os dados oferecidos pelas Estações de Medições, já que os 
valores obtidos são vazões em m3/s.Atualmente, todas as obras realizadas nos rios implicam a realização de uma Estação de Medição, 
determinada pela Administração do Estado e que se encontra em bom estado, realizando medições 
fiáveis. 
Para que um estudo hidrológico tenha validade, é preciso dispor de dados fiáveis de um período não 
menor do que 25 anos. 
As Estações Pluviométricas, por seu próprio método de funcionamento, não estão relacionadas com 
o sistema das Estações de Medição. O fornecimento de dados mensais, o coeficiente de 
escoamento, etc., faz com que os dados obtidos se revistam de notável incerteza. 
O sistema da correlação de bacias, sobretudo quando os dados a correlacionar são de precipitações, 
possui uma escassa fiabilidade. 
De todos os modos, como já se indicou anteriormente, um estudo hidrológico é um estudo que 
prevê o que ocorrerá no futuro em função do que ocorreu nos anos passados. Isso indica que os 
anos abrangidos pelo estudo deverão ser suficientes para que possam abarcar um ciclo de umidade-
seca completo pois, do contrário, as surpresas e principalmente as consequências poderiam ser 
muito importantes. 
 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
31 
 
2.2.6.3 Determinação da vazão de equipamento 
Define-se coma vazão de equipamento de um aproveitamento hidrelétrico aquela que fornece a 
maior quantidade de energia, considerando uma série de condicionantes como: 
• a vazão ecológica. 
• o Vazão mínima que pode ser admitida pela turbina, o Vazão mínima técnica 
• o tipo de aproveitamento 
• a disponibilidade ou não de uma represa reguladora, etc. 
O estudo aqui realizado está baseado em um aproveitamento com água fluente, no qual não existe 
capacidade de regulação e as turbinas somente podem turbinar as vazões circulantes pelo rio. 
2.2.6.3.1 Vazão ecológica 
Os aproveitamentos hidrelétricos coletam a água em um ponto determinado do rio e a restituem ao 
curso natural em outro, situado a jusante e a uma distância, que pode ser considerável, do anterior. 
Isto ocorre sobretudo nos aproveitamentos hidrelétricos do tipo fluentes com canal de derivação 
(figura 2.19). 
Figura 2.19 Usina de tipo corrente com canal de derivação. Fonte EVE 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
32 
 
A área do rio assim definida deve dispor de vazões mínimas capazes de manter o funcionamento do 
ecossistema fluvial em todos seus níveis (figura 2.20), o que é possível ver nos gráficos que 
relacionam a Largura Ponderada Útil (LPU) com a vazão circulante pelo curso Q em cada um dos 
cursos considerados. 
 
Figura 2.20 Ecossistema fluvial. Fonte: CONAMA (Congresso Nacional de Meio Ambiente - ETSI Montes). 
A LPU total do curso, para uma vazão e etapa de vida concretos, determina-se como a soma das 
LPUs correspondentes a cada seção transversal do curso que representam com relação ao total. 
Uma vez calculadas as LPUs para diferentes vazões e etapas de vida, obtém-se curvas que servem 
para estabelecer o regime de vazões de manutenção ou servidão. 
2.2.6.3.2 Métodos de modelagem do hábitat 
Os métodos de modelagem da idoneidade do hábitat baseiam-se na simulação hidráulica, acoplada 
ao uso de curvas de preferência do hábitat físico para a espécie ou espécies objetivo, obtendo-se 
curvas que relacionem o hábitat potencial útil com a vazão nos cursos escolhidos. 
Uma das metodologias mais utilizadas é a IFIM (Instream Flow Incremental Methodology), que 
analisa as diferentes condições hidráulicas produzidas em um curso com a variação das vazões 
circulantes, relacionando também as preferências das espécies escolhidas através do uso de curvas, 
obtendo finalmente uma relação entre a vazão circulante e o hábitat disponível para a espécie. Na 
figura 2.21 apresenta-se em que consiste esta metodologia 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
33 
 
 
Figura 2.21 Metodologia IFIM 
Dentre as vazões ecológicas podem-se destacar os seguintes: 
• Vazão mínima absoluta: É a vazão capaz de suportar tanto a vida macro-invertebrada, como 
a piscícola e, portanto, deverá ser capaz de, pelo menos, gerar uma LPU igual a um metro ou 
a 10% da largura total do curso em cada seção (o que possuir maior número). Como largura 
média será considerada a correspondente ao nível de seção plena ou bankfull. 
Para sua obtenção se utilizam as curvas LPU / vazão para cada transecção (técnica de observação e 
coleta de dados que estabelece uma rede de referências fixas) segundo o exposto na figura 2.22. 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
34 
 
 
Figura 2.22 Escolha da vazão ecológica. Curvas LPU/vazão. Descrição de uma transecção. Fonte: CONAMA (Congresso Nacional de Meio 
Ambiente - ETSI Montes). 
• Vazão mínima de estiagem: É possível reforçar o critério do mínimo absoluto com a 
exigência de que a LPU seja maior do que 30% da largura média do curso, já que uma 
redução maior e permanente afetaria a ecologia de inúmeras espécies adaptadas a um rio 
de dimensão determinada. Esta vazão indicará o mínimo necessário na época de estiagem. 
• Vazão mínima ideal: Outro critério para determinar a vazão ecológica mínima é encontrar a 
menor vazão a partir da qual a inclinação da curva LPU / Q diminui sensivelmente e, 
possivelmente, na qual maiores vazões não aumentariam apreciavelmente o hábitat útil. 
• Vazão aconselhável: O conceito das vazões ecológicas aconselháveis nasce da observação 
do fato de que algumas vazões baixas, que originam escassez de peixes, não possuem 
interesse do ponto de vista da pesca esportiva ou da manutenção de populações piscícolas. 
Assim, considera-se que, sempre que possível, devem circular pelos cursos vazões 
aconselháveis capazes de manter uma biomassa ou produção piscícola em função dos fins 
perseguidos. 
 
2.2.6.3.3 Normas ambientais 
Atualmente existem normas ambientais em distintos países que indicam as vazões mínimas 
existentes em função da vazão presente em 347 dias do ano (obtida da curva de vazões 
classificadas). 
 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
35 
 
Pode-se estabelecer que a vazão ecológica, em litros/segundo, deverá ser igual ou superior ao maior 
valor obtido nas três formulas seguintes: 
 
 
2.2.6.3.4 Vazão mínima técnica 
As turbinas obtém seu rendimento ideal para vazões circulantes compreendidas entre seu valor 
nominal e seu mínimo técnico. A primeira coincide com a do equipamento, isso é, aquela que 
fornece a máxima energia, enquanto a segunda depende do fabricantes da turbina e do seu tipo. 
A Vazão mínima técnica é diretamente proporcional à vazão de equipamento (Qe) com um fator de 
proporcionalidade K que depende do tipo de turbina: 
Qmin = K. Qe 
TIPO DE TURBINA FACTOR K 
PELTON 0,10 
FRANCIS 0,40 
KAPLAN 0,25 
SEMIKAPLAN 0,40 
 
2.2.6.3.5 Tratamento estatístico dos dados da medição 
Conforme comentou-se no ponto 2.2.6.2, o método mais direto e fiável é utilizar os dados 
oferecidos pelas Estações de Medição e, a partir destes, realizar: 
Análise da série histórica 
• A partir dos dados iniciais, realiza-se uma análise da descarga (Hm3) das estações de 
medição mais próxima da implantação da central (devem ter mais de 30 anos de dados de 
vazões médias diárias). 
Classificação dos anos tipo 
• Em todo estudo teórico ou com dados reais, é preciso obter uma série anual ou grande o 
suficiente que inclua anos secos (65-100%), úmidos (0-35%) e normais (35-65%). 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
36 
 
• Com esta série, realiza-se uma distribuição estatística que tipifica os anos em função da 
descarga registrada (figura 2.23). Obtém-se um ano natural mais próximo à média, ao qual 
se denominará ano centralizado. 
 
Figura 2.23 Curva de classificação dos anos hidrológicos. Fonte: IDAE 
2.2.6.3.5.1 Curva de duração da vazão ou curva de vazõesmédias classificadas 
É um procedimento gráfico para analisar a frequência dos dados de vazões e representa a 
frequência acumulada das vazões médias diárias ou mensais, indicando a porcentagem de tempo 
durante o qual as vazões se igualam ou superam um determinado valor. 
Quando se dispõe de n dados de vazões, o tratamento estatístico encaminha-se a avaliar a 
probabilidade de que se apresente no futuro uma vazão maior ou menor do que um determinado 
valor, ou avaliar qual vazão superará uma determinada % dos anos, para considerar a probabilidade 
de que ocorram enchentes ou secas. 
Deve-se ordenar os dados disponíveis do menor ao maior, desconsiderando sua ordem cronológica, 
e calcular para cada um a probabilidade (frequência relativa) de que a vazão ou descarga alcance 
este valor. 
As curvas de duração de vazões fornecem informação sobre a porcentagem de tempo relativa a 
uma vazão de um rio superior ou inferior a um determinado valor, mas não refletem a distribuição 
ou sequência deste período, nem o momento do ano em que se produz, o que pode ser de grande 
importância para as espécies aquáticas. 
A inclinação da curva depende do tipo de dados disponíveis (ver figura 2.24). Vazões diários 
produzem uma curva mais inclinada do que uma calculada com vazões mensais. 
- A presença de um reservatório modifica a natureza da curva. 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
37 
 
- A forma e inclinação destas curvas refletem a capacidade de regulação da bacia hidrográfica 
ou a regulação artificial por reservatórios. 
 
Figura 2.24 Curvas de duração de vazões 
Quando se desenha um papel logarítmico, a curva se transforma em uma reta. 
- Se a reta está muito inclinada, indica vazões variáveis. 
- Se a inclinação é pequena, indica respostas lentas à chuva e variações pequenas da vazão. 
As curvas de duração são utilizadas para a avaliação do potencial hidráulico de um rio, para estudos 
de controle de inundações, no desenho de sistemas de drenagem, para calcular a carga de 
sedimentos e para comparar bacias hidrográficas. 
Através desta curva, definem-se também as seguintes vazões características (figura 2.25): 
- Vazão de máxima cheia ou de inundação (QM): vazão de mais de 10 dias ao ano 
- Vazão de seca: vazão que ultrapassa 355 por ano 
- Vazão média anual: Valores médios das 12 vazões médias mensais (para cada ano) 
- Vazão mínima provável ou de estiagem: é a vazão que a corrente deve fornecer durante todo o 
ano, com uma probabilidade de excedência próxima a 100% 
- Vazão ecológica (Qsf): aquela que deve ser deixada no curso normal do rio. Inclui a vazão 
necessária para outros usos. A Vazão ecológica é fixada pelo Organismo da Bacia. Quando não 
existe uma estimação prévia, pode ser considerada como 20% da Vazão média interanual. 
- Vazão mínima técnica (Qmt): é aquela diretamente proporcional à vazão de equipamento, com 
um fator de proporcionalidade K que depende do tipo de turbina. 
- Vazão de equipamento ou vazão nominal (Qe): é a vazão que pode ser turbinada com uma 
determinada turbina hidráulica. 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
38 
 
 
Figura 2.25 Curva de vazões médias classificadas. Fonte: IDAE 
EXEMPLO 1. Procedimento para obter a curva de vazões médias diárias classificadas 
A seguir se descreverá o procedimento para a obtenção da curva de vazões médias diárias 
classificadas. 
 
De um determinado rio, dispõe-se dos dados de vazões médias diárias obtidas para cada dia e em 
cada mês, durante 20 anos, conforme consta na Tabela 2.3. Estes dados foram obtidos através de 
uma estação de medição 
. 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
39 
 
Tabela 2.3 Dados de vazões médias diárias 
 
Ordenando os valores da vazão do menor ao maior, desconsiderando a ordem cronológica de 
surgimento e descontando 20% da vazão ecológica para todo o ano, ficariam ordenados da forma 
apresentada na Tabela 2.4: 
Vazão (Q) 
(m3/s) 
Q – Qsf 
(m3/s) 
Nº de vezes 
que o valor 
se repete 
Dias 
acumulados 
Dias / ano 
Horas 
disponíveis de 
cada vazão 
(h) 
Energia (kWh 
/ano) 
0 0 0 0 365 0 0,0 
5 4 7 7 358 168 48519,5 
8,95 7,16 4 11 354 96 49628,5 
9,5 7,6 12 23 342 288 158034,9 
10,25 8,2 3 26 339 72 42627,8 
11 8,8 1 27 338 24 15249,0 
11,75 9,4 3 30 335 72 48866,0 
12,5 10 5 35 330 120 86641,9 
13,35 10,68 5 40 325 120 92533,6 
14,2 11,36 3 43 322 72 59055,1 
15,05 12,04 6 49 316 144 125180,2 
15,9 12,72 13 62 303 312 286542,2 
16,75 13,4 13 75 290 312 301860,4 
17,6 14,08 4 79 286 96 97593,5 
18,45 14,76 4 83 282 96 102306,8 
19,3 15,44 10 93 272 240 267550,2 
20,15 16,12 1 94 271 24 27933,4 
21 16,8 9 103 262 216 262005,2 
22,7 18,16 5 108 257 120 157341,7 
25,25 20,2 12 120 245 288 420040,0 
29,5 23,6 13 133 232 312 531634,8 
31,2 24,96 1 134 231 24 43251,6 
Dia JAN FEVER MARÇO ABRIL MAIO JUNHO JULHO
AGOSTO SETEM OUTUB NOV DEZE
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
40 
 
Vazão (Q) 
(m3/s) 
Q – Qsf 
(m3/s) 
Nº de vezes 
que o valor 
se repete 
Dias 
acumulados 
Dias / ano 
Horas 
disponíveis de 
cada vazão 
(h) 
Energia (kWh 
/ano) 
33,75 27 2 136 229 48 93573,3 
34,6 27,68 2 138 227 48 95929,9 
36,3 29,04 24 162 203 576 1207719,1 
38 30,4 37 199 166 888 1949096,6 
39,9 31,92 5 204 161 120 276561,0 
42,75 34,2 12 216 149 288 711156,9 
45,6 36,48 5 221 144 120 316069,7 
47,5 38 16 237 128 384 1053565,7 
49,4 39,52 1 238 127 24 68481,8 
52,25 41,8 8 246 119 192 579461,2 
53,2 42,56 1 247 118 24 73749,6 
55,1 44,08 9 256 109 216 687451,7 
57 45,6 14 270 95 336 1106244,0 
59 47,2 2 272 93 48 163579,9 
62 49,6 6 278 87 144 515692,7 
67 53,6 5 283 82 120 464400,7 
72,5 58 3 286 79 72 301513,9 
75,8 60,64 2 288 77 48 210158,6 
78 62,4 7 295 70 168 756903,8 
80,2 64,16 2 297 68 48 222357,8 
84,6 67,68 1 298 67 24 117278,5 
86,8 69,44 1 299 66 24 120328,3 
89 71,2 7 306 59 168 863646,7 
94,75 75,8 1 307 58 24 131349,2 
100,5 80,4 4 311 54 96 557280,8 
102,9 82,32 2 313 52 48 285294,5 
112 89,6 1 314 51 24 155262,3 
117,6 94,08 1 315 50 24 163025,4 
118 94,4 1 316 49 24 163579,9 
118,88 95,104 1 317 48 24 164799,9 
125,25 100,2 9 326 39 216 1562673,7 
127,8 102,24 1 327 38 24 177165,4 
131,62 105,296 5 332 33 120 912304,8 
138 110,4 4 336 29 96 765221,4 
144,5 115,6 2 338 27 48 400632,2 
151 120,8 3 341 24 72 627980,6 
164 131,2 3 344 21 72 682045,2 
185 148 2 346 19 48 512920,2 
192 153,6 1 347 18 24 266164,0 
213,75 171 1 348 17 24 296315,4 
221 176,8 3 351 14 72 919097,5 
Tabela 2.4 Tabela de vazões ordenadas da menor à maior e energia 
O valor da energia elétrica ou produção em kWh/ano para cada valor de vazão da tabela 2.4 foi 
calculado segundo a fórmula: 
E = 9,81. Hn . (Q-Qsf) . h .e ( kWh/año) 
Sendo: 
 
 h = horas de disponibilidade de cada valor de vazão por ano 
 Hn = Queda líquida. Considerou-se um valor de 8 metros 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
41 
 
 e = eficiência global da usina (turbina + gerador elétrico + transformador) = 92% 
 Q-Qsf = Vazão média diária menos a vazão ecológica em m3/s. 
Representando graficamente os valores da vazão em função dos dias do ano em que é maior ou 
igual a este valor, obteremos a curva de vazões médias diárias classificadas (figura 2.26): 
 
 
 
 
 
Figura 2.26 Curva de vazões médias classificadas 
 
 
 
 
 
 
 
Según esta curva, el caudal máximo o de crecida es de 221 m3/s, donde corta la curva con el eje de 
abscisas y el caudal medio anual es de 50,58 m3/s. 
2.2.6.3.6 Determinação da vazão de equipamento 
A Vazão de equipamento Qe será escolhida de modo que o volume turbinado seja máximo,isso é, a 
área fechada entre os pontos A, B, C, D e E seja máxima, de acordo com a figura 2.25. 
Para determinar o valor ideal, pode-se utilizar os seguintes métodos: 
 
MÉTODO 1 
Uma vez descontada a vazão ecológica (Qsf) na curva de vazões médias classificadas, escolhe-se a 
vazão de equipamento (Qe) no intervalo da curva compreendido entre o Q80 e o Q100, sendo o Q80 a 
vazão que circula pelo rio durante 80 dias por ano e o Q100 a que circula durante 100 dias por ano. 
Representando estes dois valores na curva da figura 2.26: 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
42 
 
 
 
A Vazão de equipamento estaria entre valores aproximados de 45 a 58 m3/s na curva de vazão, 
reduzindo-se a vazão ecológica. 
MÉTODO 2 
Este método para a obtenção da vazão de equipamento (Qe) está baseado em fazer funcionar a 
central o maior número de dias a sua potencia nominal. A partir de cada valor de vazão, vazão 
ecológica ou de servidão (Qsf) e Vazão mínima técnica (Qmt), que dependerá do tipo de turbina 
escolhida, obtém-se a energia elétrica correspondente. 
Observando os valores obtidos no Exemplo 1, o valor da vazão Q = 38 m3/s repete-se 37 dias por 
ano, e obtém-se um valor de energia de 1949096,6 kWh/año (descontando-se 20% da vazão 
ecológica). Este é, portanto, o valor ideal. 
De forma gráfica, pode-se observar também esta conclusão (figura 2.28): 
 
Figura 2.28 Gráfico da energia em função da vazão 
Flujo = 38 m3/seg 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
43 
 
Escolhendo como vazão de equipamento Qe = 38 m
3/s, e descontando 20% por vazão ecológica, 
teremos Qe=30,4 m
3/s. 
Comparação de resultados dos métodos propostos 
Considerando que o tipo de turbina hidráulica é Kaplan, o Vazão mínima técnica de funcionamento 
se calculará: 
Qmin = Qe .K 
para K=0,25 (según apartado 2.2.6.3.4), 
Portanto, a energia elétrica total produzida será a soma dos valores de energia do Qmt até o Qe 
considerado. 
Na Tabela 2.5 apresentam-se os resultados obtidos por ambos métodos: 
 
Tabela 2.5 Comparação de resultados 
 
Qe 
(m3/s) 
Número de dias que este 
valor se apresenta por ano 
Qmt 
(m3/s) 
Energia total 
kWh/ano 
MÉTODO 1 
(Q80) 
45 14 11,25 10.901.355,69 
MÉTODO 1 
(Q100) 
58 3 14,5 11.573.904,93 
MÉTODO 2 30,4 37 7,6 6.472.567,31 
 
Conclusões 
Com o método 1, obtém-se maior quantidade de energia. Dentre os valores da vazão Q80 = 45 m
3/s e 
Q100 = 58 m
3/s, não existe muita diferença no valor da energia, de modo que será escolhido o valor 
de 45, apresentado 14 dias por ano, diante do valor de 58, que somente se apresenta 3 dias por ano. 
A potencia instalada da usina, a energia produzida e o custo de investimento dependem do valor da 
vazão de equipamento. Quanto maior a vazão, maior a potencia instalada, a quantidade de energia 
produzida e o custo de investimento. 
Do ponto de vista do método 2, é interessante que a usina trabalhe sempre o maior número de dias 
com sua potencia nominal, apresentando, assim, o melhor rendimento. O valor da vazão de 30,4 
m3/s apresenta-se 37 dias por ano e, portanto, seria o valor ideal. Tanto a potencia instalada, 
quanto a energia produzida e o custo de investimento, serão também menores. 
Escolher um valor alto de vazão pode provocar um superdimensionamento dos equipamento para 
funcionar poucas horas ou dias por ano a plena potencia. 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
44 
 
2.2.6.3.7 A Vazão sólida 
Todos os rios carregam, de uma forma ou de outra, materiais sólidos como pedregulhos, areia, lodo, 
árvores, galhos, folhas, etc. Saber qual é o transporte sólido do rio é fundamental em um 
aproveitamento, já que seus efeitos podem ensejar: 
 O aterro dos depósitos criados pelos reservatórios e pelas câmaras de carga, que a longo 
prazo pode ensejar a anulação das instalações. 
 A entrada de materiais sólidos na descarga de água traz consigo uma redução da vazão e da 
altura disponível. A acumulação de detritos flutuantes pode romper elementos como as 
grades. As pás das turbinas podem ser danificadas pelo envelhecimento e destruídas pela 
erosão ou atritos. 
Infelizmente, o fenômeno da vazão sólida não é fácil de avaliar, devido ao grande número de 
parâmetros que nele interferem, de modo que o estudo deverá focar-se em averiguar o 
comportamento dos materiais sólidos, em tentar eliminá-los utilizando as medidas adequadas como 
grades, desarenadores, etc. 
2.2.6.3.8 Histograma de vazões médias mensais 
Outra forma de representação é através de histogramas de vazões médios mensais, com um 
histórico determinado de anos. Na seguinte figura 2.29 representa-se o histograma de vazões 
médias mensais correspondente aos dados da Tabela 2.3. 
 
Figura 2.29 Histograma de vazões médias mensais 
2.2.6.3.9 Vazão de máxima cheia ou de enchente 
Para dimensionar o açude ou a represa, bem como a descarga de água, é necessário conhecer a 
inundação correspondente em um período de retorno ou de recorrência (T) ao longo de n anos, e se 
define como o intervalo médio entre as inundações de magnitude, a vazão (Q) no período de 
observação (T). 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
45 
 
Para o cálculo das vazões e dos níveis para diferentes inundações em função dos períodos de 
retorno, utiliza-se a fórmula empírica de Fuller (1914): 
Q(T) =QM. (1+ 0,8 Log10 T) 
Considerando o dado do exemplo 1, se QM = 221 m
3/s (dado da curva de vazões classificados), os 
valores de vazão de cheia para diferentes valores de T são: 
T = 50 anos Q = 521,37 m3/s 
T = 1.000 anos Q = 751,40 m3/s 
T = 5.000 anos Q = 874,97 m3/s 
 
Se estes valores de vazão fossem alcançados em algum momento, provocariam uma elevação do 
nível da água na represa que poderia resultar em seu transbordamento, com o conseguinte risco de 
rompimento. Portanto, o desenho da represa deve garantir que, diante do surgimento de uma vazão 
de cheia desta magnitude, não se produza uma situação de risco. 
2.3 Determinação da queda líquida 
A queda é outra magnitude fundamental no projeto de uma pequena usina hidrelétrica. 
Normalmente é medida em metros. Deverá possuir a máxima altura permitida pela topografia do 
terreno, considerando os limites marcados pelas condições ambientais e viabilidade econômica do 
investimento. 
Podemos falar dos seguintes conceitos: 
 Queda bruta (Hb). Altura existente entre o ponto de descarga de água no açude ou 
representa, e o ponto de descarga da vazão turbinada ao rio (SOCAZ). 
 Queda útil (Hu). Desnível entre a superfície da água na câmara de carga e o nível de descarga 
na turbina. 
 Queda líquida (Hn). É a diferença entre Hu e as perdas de carga produzidas por todas as 
condições. Representa a máxima energia que poderá ser transformada pelo eixo da turbina. 
 Perdas de carga (Hp). São perdas por fricção da água contra as paredes do canal, conduto 
forçado, válvulas, grades, etc. Mede-se como perdas de pressão (ou altura da queda). 
Considera-se normalmente que as perdas de carga representam de 5 a 10% da queda bruta. 
Na seguinte figura 2.30 estes conceitos são apresentados para uma usina hidráulica com canal 
de derivação 
 
 
Pequenas Centrais Hidreléctricas 
 
46 
 
 
Figura 2.30 Conceito de queda bruta, útil e líquida. Fonte Ente Vasco de la Energía 
 
2.4 Potencia teórica de uma queda d’água 
A potencia teórica de uma queda d’água em watts pode ser estimada através da seguinte expressão: 
 
Sendo: 
ρ = densidade da água (1000 kg/m3) 
g = gravidade (9,81m/s2) 
Q = vazão de água (m3/s) 
Hb = queda bruta (m) 
O produto de p.g é o peso específico da água γ (N/m3). Seu valor depende da temperatura da água, 
isso é, a 4ºC vale γ = 9,8 (kN/m3). . Na seguinte Tabela 2.6