PROJETO DE PESQUISA_IGOR FRANCO

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OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO DO REGULADOR DE VELOCIDADE 
 
 
FRANCO, Igor 
RIBAS, Samuel Polato 
 
1. INTRODUÇÃO 
O Brasil é uma potência mundial em geração de energia elétrica com o 
emprego de usinas hidroelétricas, pois conta com a maior bacia hidrográfica do 
mundo. 
A energia potencial hidráulica é convertida em energia cinética à medida que 
ela vai escoando pelos dutos. Ao entrar em contato com as turbinas, as mesmas 
começam a girar dando origem à força eletromotriz induzida, processo este que 
consiste na conversão da energia cinética das turbinas, que por sua vez, é 
convertida em energia elétrica. Costuma-se utilizar máquinas elétricas síncronas 
para transformar energia mecânica em energia elétrica. 
A exigência na qualidade da energia elétrica gerada é cada vez maior, sendo 
definida como tensão e corrente com um dado valor nominal e uma frequência 
específica. As variações de frequência entre a nominal e o real devem ser as 
mínimas possíveis. Para que a frequência seja constante é necessário que a 
unidade geradora (Máquina) de energia elétrica, mantenha rotação constante e 
sejam capazes de corrigir tais desvios. O responsável por essas correções chama-
se Regulador de Velocidade. (ALSTOM, 2010) 
O Regulador de Velocidade têm como principal função aumentar ou diminuir a 
potência gerada pela turbina. Se a velocidade aumenta a frequência se afasta do 
valor de referência. Assim o regulador da turbina atua sobre a posição das pás do 
distribuidor e pás do Rotor Kaplan controlando a abertura, fechamento e a vazão 
indiretamente. Componentes mecânicos, sistemas hidráulico, elétrico e eletrônico 
compõe o Regulador de Velocidade. 
Atualmente, a geração de energia elétrica é regulamentada pela Agência Nacional de 
Energia Elétrica (ANEEL). A produção, portanto, depende da demanda e deve ser adaptada 
a ela a cada instante por um sistema de regulação, o qual é comandado pelo Operador 
Nacional do Sistema Elétrico (ONS). 
Na resolução n°. 161, 20 de abril de 2001, da ANEEL, o valor mínimo da multa 
é de cem mil reais mais o pagamento da energia elétrica que não foi produzida. 
Essa resolução foi criada minimizar as consequências associadas que existem na 
produção de energia elétrica por sistemas hidráulicos reguladores de velocidade 
quando ocorre a falha de um hidrogerador que gera redução da capacidade da 
geração de energia elétrica, gerando multas impostas pela legislação vigente. 
A confiabilidade é definida como a “capacidade de um item desempenhar uma 
função requerida sob condições especificadas, durante um intervalo de tempo”. A 
confiabilidade deve indicar e melhorar a disponibilidade das unidades geradoras 
Segundo a norma brasileira NBR 5462 (ABNT, 1994). 
A disponibilidade de um sistema está diretamente relacionada com a 
confiabilidade, mantenabilidade bem como suporte de manutenção, supondo que os 
recursos externos requeridos estejam assegurados dos equipamentos que o 
compõem. 
Para manter a confiabilidade e a disponibilidade em níveis elevados é 
necessário fazer manutenção. A manutenção deve ser compreendida como a 
atividade cuja função é manter ou retornar os equipamentos às suas condições 
operacionais especificadas em projeto. Ao longo dos últimos trinta anos, houve uma 
grande evolução no que diz respeito às técnicas e métodos de intervenção nos 
equipamentos. Todo este desenvolvimento está centrado no fato de que as práticas 
a serem executadas pela manutenção são basicamente três (NBR 5462, 1994): 
Manutenção preditiva: permite garantir uma qualidade de serviço desejada, 
com base na aplicação sistemática de técnicas de análise, utilizando-se de meios de 
supervisão centralizados ou de amostragem, para reduzir ao mínimo a manutenção 
preventiva e diminuir a manutenção corretiva. (Blog, software de Manutenção 
Engeman). 
Manutenção preventiva: é efetuada em intervalos predeterminados, ou de 
acordo com critérios prescritos, destinada a reduzir a probabilidade de falha ou a 
degradação do funcionamento de um item. 
Manutenção corretiva: sempre considerada o pior tipo de manutenção 
existente. Executada após a ocorrência da falha, sem nenhum tipo de programação 
e após quebra do equipamento. Geralmente executada com a parada parcial e/ou 
total do equipamento. (item 2.8.7; 2.8.8; 2.8.9 da página 7 da NBR 5462). 
Este Projeto apresenta uma metodologia com as sequências das atividades 
que permitem operar, efetuar uma análise e ajustes confiáveis para um Regulador 
de Velocidade, utilizadas em ordem lógica e organizadas, de forma que o sistema 
tenha o melhor desempenho possível. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. RESUMO 
 
 
Visando atingir os objetivos e após uma breve introdução do tema 
apresentado, nas seções subsequentes serão apresentados os seguintes temas: 
Seção 1 - Descrição do Regulador de Velocidade e da Turbina Hidráulica. 
Seção 2 - Principais conceitos de confiabilidade, ferramentas de análise de 
confiabilidade de sistemas. 
Seção 3 - Conceitos de manutenção e a aplicação de técnicas de 
manutenção e controle de equipamentos. 
Seção 4 - Melhorias no sistema de Regulação de Velocidade. 
 
1 DESCRIÇÃO DO REGULADOR DE VELOCIDADE. 
 
O mecanismo de controle de velocidade (regulador de velocidade) inclui todos 
os elementos, que respondem diretamente à velocidade e posição a ação de outros 
elementos do sistema como relés, servo motores, dispositivos de amplificação de 
pressão ou de potência, alavancas e conexões entre o regulador de velocidade e as 
portas/barras acionadas pelo controlador. Nesta seção será apresentado os 
principais fundamentos e definições necessárias ao desenvolvimento do estudo 
proposto. Vide anexos pg.15/16 
 
1.1 Usina ou Central Hidrelétrica. 
 
Complexo industrial que tem por finalidade transformar a energia potencial 
hidráulica de um rio ou de uma represa em energia elétrica. 
As principais partes de uma usina hidroelétrica são: 
- Barragem: Estrutura construída no leito de um rio que permite acumular 
água e possibilita a formação de um reservatório (lago). Pode ser de terra, 
enrocamento (blocos de rocha compactados), alvenaria ou concreto. 
- Vertedouro: Possibilita o controle do nível da água reservatório. Pode ser 
de soleira livre (tipo Cascata), ou ter comportas. 
- Tomada D´água: Responsável pela captação da água para fazer girar a 
turbina. 
- Conduto Forçado: É a canalização que conduz água, sob pressão, para as 
turbinas. Podem ser externos ou subterrâneos. Dependendo do projeto pode ser a 
captação direta na Caixa Espiral, ou seja, sem conduto forçado. 
 
- Casa de Força: Local de onde se opera a usina. Onde estão instaladas as 
Turbinas, que transforma a energia cinética de movimento da água em energia 
mecânica para acionar o Gerador que por sua vez transforma a energia mecânica 
proveniente da turbina em energia elétrica; e componentes como regulador de 
velocidade, regulador de tensão, serviços auxiliares e outros. 
 
- Canal de Fuga: Local de saída da água após movimentar as turbinas. 
 
- Subestação Elevadora: Instalações onde se recebe a energia elétrica 
gerada pela usina, transformando-a em alta tensão, para que possa ser transportada 
pelas linhas de transmissão a grandes distâncias. 
 
 
Subestação Elevadora 
 
 
1.2 Turbina Hidráulica Kaplan 
 
Turbina KAPLAN surgiu a partir das turbinas hélice, com a possibilidade de 
variar o passo das pás reguláveis. Caracterizada pela utilização de um rotor que se 
assemelha as hélices de navios. Nestas máquinas de reação, o fluxo escoa em 
direção axial pelo rotor (ALSTOM, 2010) e operam com grande vazão de água e 
baixa queda de água. São máquinas de dupla regulação, conjugando a posição das 
pás do rotor a abertura das palhetas para obter elevada eficiência em toda faixa 
operacional. Na Figura abaixo a configuração de uma turbina Kaplan.2 Conceitos de Confiabilidade. 
 
São apresentados os principais conceitos de confiabilidade, incluindo as 
principais ferramentas de análise de confiabilidade de sistemas. 
 
3 Conceitos de Manutenção. 
 
Será apresentado a relação entre a aplicação de técnicas de manutenção e 
controle dos equipamentos. 
 
4 Diagnósticos e acompanhamento de falhas 
 
Método de diagnóstico e acompanhamento de falhas para o regulador de 
velocidade, baseados na aplicação dos conceitos de operação e manutenção 
centrada. 
 
5 Elaboração de melhorias no Sistema. 
 
Baseado em acompanhamentos conforme itens acima foram efetuadas varias 
melhorias no sistema do regulador de velocidade para melhora a confiabilidade e 
tempo de disponibilidade do equipamento. 
 
2.1 METODOLOGIA 
 
Neste trabalho foi possível demonstrar a forma de operação, manutenção 
bem como demonstrar os métodos para diagnosticar falhas e elaborar melhorias no 
sistema do Regulador de Velocidade adotando-se atividades realizadas em campo 
na Hidrelétrica São José de propriedade do Grupo ALUPAR em Salvador das 
Missões RS. 
Tratando-se de um equipamento de fornecimento da Empresa ALSTOM que é 
composto por um sistema Eletroeletrônico e hidráulico através de Servo sistemas foi 
possível consultar toda a documentação como: Manuais e desenhos (fluxogramas e 
diagramas elétricos). Ver anexos. 
 
 
3 CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
O método proposto neste trabalho será de suma importância para um melhor 
entendimento bem como facilitação na operação do sistema aumentando a 
confiabilidade e disponibilidade de operação do equipamento aumentando os 
ganhos em geração. 
Poderá ser utilizado para treinamentos e melhorias em qualquer outro 
empreendimento atuante no setor de geração de energia elétrica hídrica que 
trabalhe com os mesmos princípios de funcionamento.
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Sugere-se realizar estudos visando uma análise técnica e econômica de sistemas 
hidráulicos de reguladores de velocidade com o uso de ferramentas de análise de 
risco para fundamentar melhor o planejamento da área de manutenção. 
 
 
 
REFERÊNCIAS 
 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5462: 
Confiabilidade e Mantenabilidade. Rio de Janeiro, 1994 
 
ALSTOM. Disponível em: <http://www.alstom.com.br 
 
 
ALSTOM. Descritivo do Fluxograma de Regulação: SJ-MD-2F-CF-A90-0011-
1A do Regulador de Velocidade das Unidades Geradoras 1 e 2 da hidrelétrica São 
José. 
 
 
ALSTOM. Manual de Comissionamento SJ-MA-2F-CF-A90-0091-0 do 
Regulador de Velocidade das Unidades Geradoras 1 e 2 da hidrelétrica São José. 
 
 
ALSTOM. Fluxograma Regulador de Velocidade: SJ-DE-2F-CF-A90-0010-1 
do Regulador de Velocidade das Unidades Geradoras 1 e 2 da hidrelétrica São 
José. 
 
 
ALSTOM. Diagrama Elétrico Painel PCLU das Unidades Geradoras 1 e 2 da 
hidrelétrica São José. 
 
 
Projeto Unifilar: SJ-DE-2E-CF-A80-0008-1 FL1 
 
 
ALSTOM. Lista Instrumentação do RV: SJ-LE-2F-CF-A90-0012 do Regulador 
de Velocidade das Unidades Geradoras 1 e 2 da hidrelétrica São José. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
http://www.alstom.com.br/
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ANEXOS E APÊNDICES 
(Elementos opcionais) 
 
 
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Fluxograma do Sistema de Regulação de Velocidade. 
 
Caixa de terminais da Unidade Hidráulica do Regulador de Velocidade. 
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Quadro de Comando do Regulador de Velocidade. 
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