Geração de Energia Elétrica - Capítulo 2 - Centrais Hidrelétricas - Lineu Belico dos Reis

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Geração de energia 
elétrica 
Capítulo 2
Centrais hidrelétricas
Lineu Belico dos Reis
Geração de energia 
elétrica
Capítulo 2
Centrais hidrelétricas
Lineu Belico dos Reis
•Geração hidrelétrica e os outros usos da água
• Aspectos básicos de hidrologia e regularização de vazões
• Tecnologias e características básicas
• Noções básicas de operação e integração ao sistema
• Aspectos ambientais
•Geração hidrelétrica e os outros usos da água
• Aspectos básicos de hidrologia e regularização de vazões
• Tecnologias e características básicas
• Noções básicas de operação e integração ao sistema
• Aspectos ambientais
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
A geração hidrelétrica e a gestão da água:
• Inserção ambiental (EIA, Rima); 
• Comitês de Bacias Hidrográficas;
• Agência Nacional de Águas. 
A geração hidrelétrica e a gestão da água:
• Inserção ambiental (EIA, Rima); 
• Comitês de Bacias Hidrográficas;
• Agência Nacional de Águas. 
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
“A Política Nacional de Recursos Hídricos estabelece que:
• A gestão dos recursos hídricos deve sempre proporcionar o uso múltiplo das 
águas; 
• A bacia hidrográfica é a unidade territorial para implementação da Política 
Nacional de Recursos Hídricos; 
• A outorga de uso dos recursos hídricos deverá preservar o uso múltiplo destes”.
“A Política Nacional de Recursos Hídricos estabelece que:
• A gestão dos recursos hídricos deve sempre proporcionar o uso múltiplo das 
águas;
• A bacia hidrográfica é a unidade territorial para implementação da Política 
Nacional de Recursos Hídricos;
• A outorga de uso dos recursos hídricos deverá preservar o uso múltiplo destes”.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
•Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos (SNGRH), tem 
como objetivos: 
• Coordenar a gestão integrada das águas;
• Arbitrar administrativamente os conflitos relacionados com os recursos hídricos;
• Implementar a Política Nacional de Recursos Hídricos;
• Regular e controlar o uso, a preservação e a recuperação dos recursos 
hídricos; 
• Promover a cobrança pelo uso de recursos hídricos.
•Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos (SNGRH), tem 
como objetivos:
• Coordenar a gestão integrada das águas;
• Arbitrar administrativamente os conflitos relacionados com os recursos hídricos;
• Implementar a Política Nacional de Recursos Hídricos;
• Regular e controlar o uso, a preservação e a recuperação dos recursos 
hídricos;
• Promover a cobrança pelo uso de recursos hídricos.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Usos múltiplos da água
Entre os usos conflitantes dos reservatórios, podem-se destacar:
• Abastecimento de água;
• Irrigação;
• Recreação;
• Regularização de vazão mínima para controle da poluição;
• Navegação; 
• Geração de energia elétrica.
Usos múltiplos da água
Entre os usos conflitantes dos reservatórios, podem-se destacar:
• Abastecimento de água;
• Irrigação;
• Recreação;
• Regularização de vazão mínima para controle da poluição;
• Navegação; 
• Geração de energia elétrica.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
A outorga e cobrança dos usos da água
A outorga enfatiza: 
• O controle pelo setor público; 
• Gestão participativa e descentralizada; 
• Gestão por bacia hidrográfica e gestão conjunta dos aspectos qualitativos e 
quantitativos. 
A cobrança pelo uso da água foi formalmente estabelecida no Brasil pela Lei nº 
9.433/97. 
A outorga e cobrança dos usos da água
A outorga enfatiza: 
• O controle pelo setor público; 
• Gestão participativa e descentralizada; 
• Gestão por bacia hidrográfica e gestão conjunta dos aspectos qualitativos e 
quantitativos.
A cobrança pelo uso da água foi formalmente estabelecida no Brasil pela Lei nº 
9.433/97.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Aspectos básicos de hidrologia:
• Ciclo hidrológico;
• Conceito de bacia hidrográfica: área da superfície do solo capaz de coletar a 
água das precipitações meteorológicas e conduzi-las ao curso d'água; 
• Vazão em um curso d’água: o volume de água que passa em uma seção reta 
do curso d´água na unidade de tempo. Essa variável, usualmente medida em 
m3/s, em conjunto com a queda d’água disponível no local, determinará a 
potência elétrica que pode ser obtida; 
• Curva-chave: obtido o registro das vazões, é possível construir uma curva do 
nível de água em função da vazão ou curva-chave; 
Fluviograma;
• Curvas de duração ou persistência.
Aspectos básicos de hidrologia:
• Ciclo hidrológico;
• Conceito de bacia hidrográfica: área da superfície do solo capaz de coletar a 
água das precipitações meteorológicas e conduzi-las ao curso d'água;
• Vazão em um curso d’água: o volume de água que passa em uma seção reta 
do curso d´água na unidade de tempo. Essa variável, usualmente medida em 
m3/s, em conjunto com a queda d’água disponível no local, determinará a 
potência elétrica que pode ser obtida;
• Curva-chave: obtido o registro das vazões, é possível construir uma curva do 
nível de água em função da vazão ou curva-chave;
Fluviograma;
• Curvas de duração ou persistência.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Regularização de vazões: capacidade de um reservatório
Em muitos casos, pode ser conveniente que se armazene água de forma a 
permitir o uso mais constante de uma vazão média d’água superior àquela 
garantida apenas pelo comportamento natural do rio. Isso é feito através de 
barragens de acumulação (e consequentes reservatórios). 
Dois tipos de aproveitamentos podem ser desenvolvidos:
• Aproveitamentos denominados a fio d’ água, sem reservatórios, usando a 
vazão primária do rio (vazão disponível, sem regularização, entre 90 e 100% do 
tempo). A energia associada a essa vazão recebe o nome de energia primária; 
•Aproveitamentos com regularização de vazão, nos quais se associa o nome de 
energia firme àquela energia que pode ser garantida durante quase todo o 
tempo. Para os aproveitamentos a fio d’ água, a energia firme coincide com a 
energia primária. 
Regularização de vazões: capacidade de um reservatório
Em muitos casos, pode ser conveniente que se armazene água de forma a 
permitir o uso mais constante de uma vazão média d’água superior àquela 
garantida apenas pelo comportamento natural do rio. Isso é feito através de 
barragens de acumulação (e consequentes reservatórios).
Dois tipos de aproveitamentos podem ser desenvolvidos:
• Aproveitamentos denominados a fio d’ água, sem reservatórios, usando a 
vazão primária do rio (vazão disponível, sem regularização, entre 90 e 100% do 
tempo). A energia associada a essa vazão recebe o nome de energia primária;
•Aproveitamentos com regularização de vazão, nos quais se associa o nome de 
energia firme àquela energia que pode ser garantida durante quase todo o 
tempo. Para os aproveitamentos a fio d’ água, a energia firme coincide com a 
energia primária.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Determinação da capacidade de reservatórios pluviais:
• Regularização total;
• Regularização parcial.
Determinação da capacidade de reservatórios pluviais:
• Regularização total;
• Regularização parcial.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Geração hidrelétrica: esquemas, principais tipos e configurações
Em uma central hidrelétrica:
• A água aciona um conjunto turbina hidráulica – gerador elétrico para produção 
de energia elétrica; 
• A turbina hidráulica efetua a transformação da energia hidráulica em mecânica;
• O gerador elétrico tem seu rotor acionado por acoplamento mecânico com a 
turbina e transforma energiamecânica em elétrica; 
• Para controlar a potência elétrica do conjunto, são usados reguladores.
Geração hidrelétrica: esquemas, principais tipos e configurações
Em uma central hidrelétrica:
• A água aciona um conjunto turbina hidráulica – gerador elétrico para produção 
de energia elétrica;
• A turbina hidráulica efetua a transformação da energia hidráulica em mecânica;
• O gerador elétrico tem seu rotor acionado por acoplamento mecânico com a 
turbina e transforma energia mecânica em elétrica;
• Para controlar a potência elétrica do conjunto, são usados reguladores.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Reguladores:
• De tensão, que controlam a tensão nos terminais do gerador, atuando na 
tensão aplicada (e, portanto, na corrente) no enrolamento do rotor (enrolamento 
de excitação); 
• De velocidade, que controlam a frequência, através da variação de potência, 
atuando na válvula de entrada de água da turbina. 
Reguladores:
• De tensão, que controlam a tensão nos terminais do gerador, atuando na 
tensão aplicada (e, portanto, na corrente) no enrolamento do rotor (enrolamento 
de excitação);
• De velocidade, que controlam a frequência, através da variação de potência, 
atuando na válvula de entrada de água da turbina.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Principais componentes da central hidrelétrica:
• Barragens;
• Vertedouros;
• Comportas;
• Condutos;
• Chaminés de equilíbrio ou câmaras de descarga;
• Casas de força;
• Eclusas;
• Escadas e elevadores de peixes.
Principais componentes da central hidrelétrica:
• Barragens;
• Vertedouros;
• Comportas;
• Condutos;
• Chaminés de equilíbrio ou câmaras de descarga;
• Casas de força;
• Eclusas;
• Escadas e elevadores de peixes.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Tipos de centrais hidrelétricas:
• Usina a fio d´agua;
• Usina com reservatório de acumulação;
• Usina reversível.
Tipos de centrais hidrelétricas:
• Usina a fio d´agua;
• Usina com reservatório de acumulação;
• Usina reversível.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Algumas formas de classificação das centrais hidrelétricas:
Quanto à potência:
• Micro P < 100 kW
• Mini 100 < P < 1.000 kW
• Pequenas 1.000 < p < 30.000 kW
• Médias 10.000 < P < 100.000 kW
• Grandes P ≥
 
100.000 kW
Quanto à queda:
• Baixíssima H < 10 m
• Baixa 10 < H < 50 m
• Média 50 < H < 250 m
• Alta H < 250 m
Algumas formas de classificação das centrais hidrelétricas:
Quanto à potência:
• Micro P < 100 kW
• Mini 100 < P < 1.000 kW
• Pequenas 1.000 < p < 30.000 kW
• Médias 10.000 < P < 100.000 kW
• Grandes P ≥
 
100.000 kW
Quanto à queda:
• Baixíssima H < 10 m
• Baixa 10 < H < 50 m
• Média 50 < H < 250 m
• Alta H < 250 m
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Quanto à forma de captação de água:
• Desvio e em derivação;
• Leito de rio ou de represamento.
Quanto à função no sistema
• Operação na base (da curva de 
carga);
• Operação flutuante;
• Operação na ponta (da curva de 
carga).
Maneiras básicas de melhorar a contribuição de centrais hidrelétricas em 
sistemas de potência: 
• Aumentar a potência de pico, ampliando a capacidade instalada em centrais já 
existentes; 
• Aumentar a produção total de energia, ampliando a vazão, por meio do 
gerenciamento de recursos hídricos da bacia em questão, ou aumentar a 
capacidade de armazenamento do reservatório, ampliando a altura das 
barragens já existentes; 
• Construir, a longo prazo, novas centrais hidrelétricas considerando a 
possibilidade de expansão do parque gerador. 
Maneiras básicas de melhorar a contribuição de centrais hidrelétricas em 
sistemas de potência:
• Aumentar a potência de pico, ampliando a capacidade instalada em centrais já 
existentes;
• Aumentar a produção total de energia, ampliando a vazão, por meio do 
gerenciamento de recursos hídricos da bacia em questão, ou aumentar a 
capacidade de armazenamento do reservatório, ampliando a altura das 
barragens já existentes;
• Construir, a longo prazo, novas centrais hidrelétricas considerando a 
possibilidade de expansão do parque gerador.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
As grandes UHEs caracterizam-se por:
• Providenciar não só reserva girante para situações de emergência ocorridas no 
sistema, mas também condições de suprir o pico de demanda; 
• Apresentar altas economias de escala: em particular, para instalações com 
grandes reservatórios, o custo marginal de capacidade adicional de geração 
tende a ser irrisório; 
• Possuir grande energia firme;
• Apresentar maiores problemas ambientais.
As grandes UHEs caracterizam-se por:
• Providenciar não só reserva girante para situações de emergência ocorridas no 
sistema, mas também condições de suprir o pico de demanda;
• Apresentar altas economias de escala: em particular, para instalações com 
grandes reservatórios, o custo marginal de capacidade adicional de geração 
tende a ser irrisório;
• Possuir grande energia firme;
• Apresentar maiores problemas ambientais.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
As principais características das PCHs são:
• Possuir rápida entrada no sistema de potência e flexibilidade para mudar 
rapidamente a quantidade de energia fornecida ao sistema por causa das 
mudanças a demanda. Usinas com essa característica são especialmente úteis 
para aumentar o rendimento e melhorar o desempenho de um sistema elétrico 
interligado; 
• Apresentar baixos custos de operação e manutenção, bem como de produção 
de energia; 
• Apresentar características mais suaves (soft) de inserção ambiental.
As principais características das PCHs são:
• Possuir rápida entrada no sistema de potência e flexibilidade para mudar 
rapidamente a quantidade de energia fornecida ao sistema por causa das 
mudanças a demanda. Usinas com essa característica são especialmente úteis 
para aumentar o rendimento e melhorar o desempenho de um sistema elétrico 
interligado;
• Apresentar baixos custos de operação e manutenção, bem como de produção 
de energia;
• Apresentar características mais suaves (soft) de inserção ambiental.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Recapacitação
• Repotenciação: aumento da potência de saída e/ou do valor da eficiência da 
turbina e do gerador; 
• Tempo de parada: redução do tempo de parada para manutenção, preditiva e 
não preditiva; 
• Sobrevida: aumento da vida útil dos equipamentos principais da usina;
• Disponibilidade: redução de problemas com vibração e cavitação, além de 
redução de problemas mecânicos que poderiam resultar numa falha catastrófica. 
Recapacitação
• Repotenciação: aumento da potência de saída e/ou do valor da eficiência da 
turbina e do gerador;
• Tempo de parada: redução do tempo de parada para manutenção, preditiva e 
não preditiva;
• Sobrevida: aumento da vida útil dos equipamentos principais da usina;
• Disponibilidade: redução de problemas com vibração e cavitação, além de 
redução de problemas mecânicos que poderiam resultar numa falha catastrófica.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Potência Gerada e Energia Produzida
As principais variáveis de uma central hidrelétrica que atuam diretamente na 
potência elétrica possível de ser gerada são a altura de queda d’água e a vazão 
da água passando pelas turbinas. 
P = TOT* g * QH
Em que: TOT : rendimento total do conjunto
g: aceleração da gravidade (9,8 m/s2)
Q: vazão (m3/s)
H: queda bruta (m)
P: potência elétrica (kW)
Potência Gerada e Energia Produzida
As principais variáveis de uma central hidrelétrica que atuam diretamente na 
potência elétrica possível de ser geradasão a altura de queda d’água e a vazão 
da água passando pelas turbinas.
P = TOT* g * QH
Em que: TOT : rendimento total do conjunto
g: aceleração da gravidade (9,8 m/s2)
Q: vazão (m3/s)
H: queda bruta (m)
P: potência elétrica (kW)
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
A energia produzida por essa central, durante um ano, é dada por:
E = P. FCU . 8.760 horas
Em que: P é a potência máxima fornecida durante o ano (que pode se confundir 
com a potência instalada) 
FCU é o Fator de Capacidade da Usina, ou seja, a relação entre a potência 
média no ano e a potência máxima (de pico) 
8760 é o número de horas no ano.
A energia produzida por essa central, durante um ano, é dada por:
E = P. FCU . 8.760 horas
Em que: P é a potência máxima fornecida durante o ano (que pode se confundir 
com a potência instalada)
FCU é o Fator de Capacidade da Usina, ou seja, a relação entre a potência 
média no ano e a potência máxima (de pico)
8760 é o número de horas no ano.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Aspectos básicos para inserção no meio ambiente
Identificação dos principais impactos ambientais:
• Estabilidade das encostas;
• Assoreamento;
• Aspectos paisagísticos;
• Recursos minerais;
• Hidrogeologia;
• Qualidade das águas;
• Solos;
• Vegetação e fauna.
Aspectos básicos para inserção no meio ambiente
Identificação dos principais impactos ambientais:
• Estabilidade das encostas;
• Assoreamento;
• Aspectos paisagísticos;
• Recursos minerais;
• Hidrogeologia;
• Qualidade das águas;
• Solos;
• Vegetação e fauna.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Identificação dos principais impactos ambientais
Socioeconomia:
• Impacto demográfico;
• A qualidade de vida da população;
• As oportunidades de trabalho; 
• A desapropriação de terras produtivas;
• Durante o período de construção, alterações de várias ordens irão ocorrer, 
provocando transtornos à população local; 
• As obras das represas produzirão acidentes de trabalho, aumento de doenças 
sexualmente transmissíveis e da violência; 
• O incremento do tráfego, sobretudo de veículos pesados, poderá acarretar um 
aumento de acidentes de trânsito; 
• A restrição de áreas normalmente utilizadas para o lazer;
Identificação dos principais impactos ambientais
Socioeconomia:
• Impacto demográfico;
• A qualidade de vida da população;
• As oportunidades de trabalho; 
• A desapropriação de terras produtivas;
• Durante o período de construção, alterações de várias ordens irão ocorrer, 
provocando transtornos à população local;
• As obras das represas produzirão acidentes de trabalho, aumento de doenças 
sexualmente transmissíveis e da violência;
• O incremento do tráfego, sobretudo de veículos pesados, poderá acarretar um 
aumento de acidentes de trânsito;
• A restrição de áreas normalmente utilizadas para o lazer;
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
• O enchimento dos reservatórios levará a um aumento dos acidentes com 
animais peçonhentos; 
• Uma vez cheio o lago, haverá a formação de ambientes propícios à proliferação 
de diversos outros vetores; 
• Do ponto de vista econômico, a construção das hidrelétricas poderá criar 
potencial para promover o desenvolvimento regional; 
• Ao término das obras de uma infraestrutura que poderá ser reaproveitada sob 
diversas formas, a serem definidas. 
• O enchimento dos reservatórios levará a um aumento dos acidentes com 
animais peçonhentos;
• Uma vez cheio o lago, haverá a formação de ambientes propícios à proliferação 
de diversos outros vetores;
• Do ponto de vista econômico, a construção das hidrelétricas poderá criar 
potencial para promover o desenvolvimento regional;
• Ao término das obras de uma infraestrutura que poderá ser reaproveitada sob 
diversas formas, a serem definidas.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
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