3097 Hidrotecnica

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SÉRIE TREINAMENTO 
 
 
 
 
 
 
 
 
Apostila - 3097 
 
 
 Juvenilton Firmino de Lemos 
 Angelo Aparecido Doimo 
 José Nilson Bezerra Filho 
 
 
 
 4º Revisão 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
HIDROTÉCNICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
Três Irmãos 
2006 
 4
INDICE 
 
 
 
Apresentação 05 
Introdução 06 
Classificação das hidrelétricas 07 
Barragens 14 
Vertedores 28 
Comportas 39 
Tomadas d´água 56 
Grades 59 
Canal de Fuga 61 
Casa de máquinas 63 
Turbinas hidráulicas 
- Classificação 
- Turbina Pelton 
- Turbina Francis 
- Turbina Kaplan 
66 
67 
75 
78 
89 
Vedações 94 
Mancal de escora 96 
Mancal de guia 98 
Macaco hidráulico 102 
Cavitação 104 
Bibliografia 109 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 5
 
 
 
 
 
 
 
 
APRESENTAÇÃO 
 
 
 
 
O objetivo deste trabalho visa dar ao usuário noções de centrais hidrelétricas desde 
os tipos de barragens e vertedores com suas principais características, bem como os tipos 
de turbinas e seus principais elementos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 6
INTRODUÇÃO 
 
Não devemos considerar apenas o rio, ignorando o que se passa nas suas margens, 
nem atuar sobre o solo, esquecendo que há um elemento propício ao serviço do homem, 
do ser vivo e do meio, que é o rio. O primeiro papel do rio, a serviço do homem, foi a 
pesca, que é ainda hoje fonte de alimentação; o segundo foi o transporte, cada vez mais 
imprescindível, à medida que as necessidades humanas crescem. Por outro lado, a 
vegetação natural foi a que primeiro serviu para reduzir os perigos do rio, absorvendo 
parcialmente os excessos de precipitações, amainando as cheias do rio. 
É por essas razões que, ao examinarmos a bacia hidrográfica de um rio, não 
devemos esquecer ou ignorar a dependência natural e mútua entre o rio e a terra; este 
aspecto da questão, completamente relegado ao abandono, tem sido considerado 
modernamente e já são numerosos os exemplos conhecidos, entrosando intimamente os 
interesses naturais do rio e da bacia. Dá-se, em tais casos, a denominação de racional, ou 
integral, ao aproveitamento de uma bacia hidrográfica, na qual tenham considerado 
simultaneamente os vários aspectos de interesse, tais como: 
 
1. Produção de energia 
2. Controle de cheias 
3. Controle de estiagens 
4. Controle de navegação 
5. Aproveitamento na irrigação e vegetação 
6. Suprimento de água e saneamento 
7. Piscicultura 
8. Turismo e recreação 
 
Nosso propósito é estudar especialmente a produção de energia, porém não 
podemos deixar de alertar o técnico para que tenha sempre em vista todas as 
possibilidades e necessidades da bacia. 
O especialista em hidroeletricidade não deve olhar fixo numa só direção, sendo surdo aos 
outros reclamos, pois disso poderão resultar malefícios posteriores quase insanáveis. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 7
CLASSIFICAÇÃO DAS HIDRELÉTRICAS 
 
 
As usinas hidrelétricas apresentam uma característica típica em presença da curva de 
carga. A classificação corrente que se utiliza é a seguinte: 
 
a) Usina de base 
b) Usina de ponta 
 
a) USINA DE BASE 
 
Mantém capacidade firme durante cerca de 100% do tempo; a característica principal 
desta classe de central é o elevado fator de capacidade*, que oscila entre 70 e 100%. 
Significa este alto fator de capacidade que a usina opera praticamente com plena carga, 
durante a maior parte do ano. Com esta característica a usina preenche a base da curva de 
carga. (Fig. 01). 
 
b) USINA DE PONTA 
 
Tem por função atender os picos da curva de carga, e só estes, porque a sua plena 
capacidade não pode ser utilizada em caráter permanente, mas só por tempo escasso, o 
suficiente para cobrir as necessidades do mercado nas horas de máxima solicitação. As 
definições acima referem-se aos casos clássicos, em torno dos quais há muitas variantes 
que permitem estender as duas classificações, dando maior amplitude às definições. 
 
a) Usinas a fio d’água, sem reservatório 
b) Usinas a fio d’água, com reservatório 
c) Usinas com reservatório por bombeamento 
d) Usinas com bacia de acumulação 
 
Diferença entre reservatório e bacia de acumulação: 
 
RESERVATÓRIO 
 
É um represamento de pequeno porte, suficiente para regularização diária ou 
semanal. 
 
BACIA DE ACUMULAÇÃO 
 
É um represamento de grande porte, capaz de regularização anual ou plurianual do 
rio. 
 
Segundo a classificação anterior temos: 
 
a) USINA A FIO D´ÁGUA SEM RESERVATÓRIO 
 
É sempre uma usina de base. Utiliza a descarga mínima do rio, garantindo a plena 
capacidade durante todo o período. Há desperdício de água sempre que a descarga 
ultrapassar a mínima, sendo que o vertedor alivia a maior parte da potência e da energia 
disponível nesse período. A posição de uma usina de base sem reservatório está indicada 
na curva de duração das descargas. A usina base sem reservatório é equipada com 
turbinas hidráulicas até o limite da descarga mínima do rio. 
 
Exemplo de uma usina a fio d´água sem reservatório. 
ECLUSA 
JUSANTE 
USINA 
CANAL 
DA 
ECLUSA 
POSTO DE 
DISTRIBUIÇÃO 
CANAL ADUTOR 
CANAL DE 
DESVIO 
BARRAGEM DE 
RETENÇÃO 
 
 
 
Fig. 01 
 
 
 
 
 
 
 8
b)- USINA A FIO D´ÁGUA COM RESERVATÓRIO. 
 
Fig. 02 
 
Participa de ambas as funções já referidas, base e ponta, predominando uma ou 
outra segundo a capacidade do reservatório seja grande ou pequena. 
Caso a usina seja isolada, deverá ser equipada de modo a atender integralmente a 
curva de carga, operando, pois, a fio d´água na base e cobrindo a ponta à custa do 
reservatório. 
 
 9
c)- USINAS COM RESERVATÓRIO POR BOMBEAMENTO 
 
TOMADA 
D´ÁGUA GALERIA DE 
DERIVAÇÃO 
CHAMINÉ DE 
EQUILÍBRIO
RESERVATÓRIO 
INFERIOR 
CONDUTO DE 
ASPIRAÇÃO
TÚNEL DE 
FUGA
USINA 
TURBINA 
 
 
BOMBA 
CONDUTO 
FORÇADO 
RESERVATÓRIO 
SUPERIOR 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 03 
 
Este tipo de aproveitamento é bastante comum na Europa, principalmente na Suíça e 
Itália. São usinas hidroelétricas que operam nas pontas de carga, utilizando a água em ciclo 
fechado, por meio de dois reservatórios, um a montante abastecendo as turbinas e outro à 
jusante recolhendo e retendo água de descarga. A água deste reservatório é recalcada para 
o de montante nas horas de mínima carga do sistema, através da utilização de bombas, 
cuja energia é suprida por outras usinas durante os períodos de pequena demanda 
(madrugada), alimentando os motores das bombas. A água aproveitada de retorno volta a 
acionar as turbinas na ocasião conveniente. 
 10
 
d) USINAS COM BACIA DE ACUMULAÇÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 04 
 
Estas usinas retêm, por meio de grandes barragens, a descarga natural do rio, 
formando enormes reservatórios denominados bacia de acumulação, pode ser 
dimensionada para uma regulação anual ou plurianual, sendo que, no primeiro caso, é 
tomada por base a potência da usina e a descarga média de vários anos denominada 
média de longo termo (MLT). 
Considera-se bacia de acumulação com regulação anual quando se trata de um rio 
cujo ciclo hidrológico é muito regular, enquanto que a bacia de acumulação com regulação 
plurianual é utilizada quando o ciclo hidrológico é muito irregular. 
 
 
 
 
 
 11
 12
 
QUESTIONÁRIO - RESERVATÓRIO 
 
01) Qual a classificação das usinas quanto à curva de carga? 
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
 
02) O que vem a ser usina de base? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
 
03) O que vem a ser usina de ponta? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
 
04) Qual a denominação das usinas quanto ao aproveitamento? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
 
05) Por que a usina a fio d´água é considerada somente usina de base? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
 
06) Como funciona a usina a fio d´água com reservatório? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
 
07) Como funciona a usina com reservatório por bombeamento? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
 
08) O que deve ser considerado para se classificar uma usina com sendo bacia de 
acumulação? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
BARRAGENS 
 
DEFINIÇÃO 
 
Definimos barragem como sendo uma estrutura hidráulica destinada a obstruir um 
curso d´água. No caso de aproveitamento hidroelétrico, a função primária da barragem é o 
aumento do nível d´água que, por conseqüência, criará um reservatório que poderá 
atender a outras finalidades (conforme apresentação). 
 
OBSTRUÇÃO DO RIO PARANÁ PELA BARRAGEM DE ILHA SOLTEIRA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 05 
 
 
 13
ELEMENTOS CARACTERÍSTICOS DE UMA BARRAGEM 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 11 
 
6 
2 
5 
 
 
4 1 
3 
Fig. 06 
 
1 - Face (ou talude) de montante; 
2 - Face (ou talude) de jusante; 
3 - Crista ou coroamento; 
4 – Maciço; 
5 – Base; 
6 – Fundações. 
 
CONCRETO 
6 
2 
5 
 
 
4 1 
3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 07 
 14
FORÇAS QUE ATUAM NUMA BARRAGEM 
 
Dada a grande importância e responsabilidade da barragem e das gravíssimas 
conseqüências oriundas de eventuais defeitos, torna-se necessário considerar no projeto as 
forças que atuam na estrutura. 
 
 
FRFU
F1
F2
F3
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 08 
 
F1 - PESO PRÓPRIO DA BARRAGEM 
 
Fácil determinação. Depende do volume e peso específico do material. 
 
F2 E F3 - EMPUXO HIDROSTÁTICO E PESO DA ÁGUA 
 
Nos casos da face montante ser inclinada, considera-se além do empuxo 
hidrostático, o peso da água na face montante. 
 
FU - SUBPRESSÃO DA ÁGUA 
 
Embora sejam tomadas medidas conta a percolação, parte da água escoará, sob 
pressão, entre a barragem e as fundações. 
Devido a isso, o peso da estrutura será parcialmente suportado pela água. A percolação 
deve sempre ser eliminada. 
 
FR - REAÇÃO DA FUNDAÇÃO 
 
Todas as forças atuantes na barragem darão uma força resultante. Para uma 
barragem em equilíbrio estático, é necessário que essa resultante seja absorvida pela 
reação da fundação. 
 
 
 
 15
 16
TIPOS DE BARRAGEM 
 
QUANTO AO MATERIAL 
 
As barragens, consideradas sob o ponto de vista do material empregado, podem ser: 
 
a) Barragem de concreto; 
 
b) Barragem de terra; 
 
c) Barragem de enrocamento. 
 
QUANTO A FORMA 
 
Quanto ao comportamento estático das estruturas, elas são classificadas em: 
 
a) Barragem de gravidade; 
 
b) Barragem em abóbada; 
 
c) Gravidade abóbada; 
 
d) Abóbadas múltiplas. 
 
Na escolha do tipo de barragem a ser construída, levam-se em consideração estes fatores: 
 
1 – Segurança; 
 
2 - Custo da estrutura; 
 
3 - Disponibilidades dos materiais de construção; 
 
4 - Características do local. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BARRAGEM DE GRAVIDADE 
 
É aquela que resiste às forças nela aplicadas, devido, exclusivamente, ao próprio 
peso. Trata-se, portanto, de um puro e simples bloco de sustentação. (Ver foto abaixo). A 
expressão "Barragem de gravidade" é, na prática, empregada para designar barragens de 
alvenaria ou de concreto, de perfil sensivelmente triangular ou trapezoidal para as 
barragens de terra ou enrocamento. Deve-se observar que a barragem de gravidade, em 
concreto, deve sempre ser construída sobre terreno rochoso. 
 
Fig. 09 - Barragem de concreto tipo gravidade 
 
Quando o terreno rochoso se acha a grande profundidade, a barragem de concreto 
poderá ser substituída por barragem de terra que, então, é quase sempre mais econômica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 17
ALGUMAS VANTAGENS 
 
As barragens de gravidade possuem estruturas de grande durabilidade, baixo custo 
de manutenção e adaptabilidade a qualquer local, mas com altura limitada pela resistência 
das fundações. 
 
ALGUNS TIPOS DE BARRAGENS DE GRAVIDADE 
 
 18
 
 
 
 
Fig. 15 Fig. 16 
CONCRETO 
CONCRETO CONCRETO 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 10 Fig. 11 
 
 
ENROCAMENTO TERRA 
 
Fig. 12 Fig. 13 
 
 
 
 
BARRAGEM EM ABÓBADA 
 
São barragens curvas, em forma de arco de círculo, que repartem todos os esforços 
de pressão horizontal da água sobre as bordas laterais, sobre as quais ela se apóia. São 
instaladas em regiões montanhosas exemplo do que pode ser visto na foto abaixo (Usina 
Hidrelétrica Funil). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 14 
 19
O vale a ser barrado deve ser estreito e as encostas destinadas a suportar as tensões 
do arco e devem apresentar elevados requisitos da compactibilidade, estabilidade e 
resistência. 
O único material empregado nesse tipo de barragem é o CONCRETO ARMADO. Este tipo 
de barragem é de menor custo do que qualquer barragem de concreto, devido ao menor 
volume de material e maior segurança em relação as outras. 
Entretanto, são raros os locais onde pode ser construído esse tipo de barragem. Ela 
deve ter um comprimento pequeno em relação à sua altura. 
 
BARRAGEM DE GRAVIDADE - ABÓBADA 
 
De perfil triangular, mas construída em arcos de círculo, de maneira a transferir a 
parte dos esforços para as bordas laterais e partea ser absorvida pelo próprio peso. 
 
 
 
 
 
Fig. 15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 20
Essa disposição permite afinar o perfil da barragem, assegurando um bom 
coeficiente da segurança. São todas necessariamente construídas em concerto e 
apresentam uma economia de 35 a 40% em relação à barragem de gravidade. 
 
BARRAGENS DE ABÓBADA MÚLTIPLAS 
 
São construídas em concreto armada, formadas de diversas barragens em abóbadas 
que se apóiam sobre os contrafortes maciços, cuja função é transmitir o peso da própria 
estrutura e o empuxo da água às fundações, normalmente instaladas em regiões de 
planícies. 
 
 
 21
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 16- Barragem de abóbadas múltiplas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BARRAGEM DE TERRA 
 
É a mais antiga e mais elementar, conhecida e construída desde séculos. 
A barragem de terra, embora mais econômica que a de concreto, requer uma constante 
manutenção, se bem que irá diminuindo à medida que a estrutura adquire sua posição 
final. 
Esse tipo de barragem se presta a qualquer tipo de fundação, mesmo que não seja rocha 
compacta. 
 
INCONVENIENTES DA BARRAGEM DE TERRA 
 
01. Efeitos destrutivos das ondas do lago sobre a face do talude de montante. (Fig. 22). 
 
 
Fig. 17 
 
 
02. Erosões causadas pelas chuvas no talude de jusante. 
 
 
Fig. 18 
 
 
03. Infiltração ocasiona erosão à jusante da barragem. 
 
Reg. Sêca
 
Fig. 19 
 22
COMO EVITAR TAIS EFEITOS PREJUDICIAIS À BARRAGEM? 
 
1o Caso: basta jogarmos uma camada de pedra na face ou talude de montante da 
barragem. 
 
 
 
Fig. 20 
 
 
2o Caso: eliminamos tal efeito plantando grama ou jogando pedras na face ou talude de 
jusante. 
 
 
 
Fig. 21 
 
 
3o Caso: a infiltração é evitada construindo a barragem com núcleo impermeabilizante de 
areia e fazendo drenos que permitam a mudança de direção da infiltração. 
 
 
 
 
Fig. 22 
 
 23
BARRAGEM DE ENROCAMENTO 
 
É formada de pedra e terra. Tal como a barragem de terra, possui o núcleo 
impermeável de argila. A figura abaixo mostra como é construída a barragem de 
enrocamento. 
 
Taludes de montante e de jusante construídos com terra e pedra (enrocamento). 
 
 
 
 24
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Enrocamento 
Terra e Pedra 
 
Fig. 23 
 
 
 25
BARRAGENS 
 
01) Defina barragem. 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________ 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________ 
________________________________________________________________________________ 
 
02) Qual a função primária da barragem? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________ 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
03) Quais os elementos característicos de uma barragem? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________ 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________ 
________________________________________________________________________________ 
 
 
04) Quais as forças que atuam numa barragem? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________ 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
05) Quanto ao material, quais os tipos de barragens? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________ 
 
06) Quanto ao comportamento estático quais os tipos de barragens? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________ 
 
07) Quais os fatores levados em consideração para se construir uma barragem? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
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____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________ 
 27
08) Por que se denomina Barragem de Gravidade? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
________________________________________________________________________________ 
 
09) O que vem a ser Barragem Abóbada? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________ 
 
10) Quais os requisitos que um terreno deve ter para se construir uma barragem abóbada? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________ 
 
11) O que vem a ser Barragem Abóbada Gravidade? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________ 
 
12) O que é Barragem de Abóbadas Múltiplas? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________13) Quais os inconvenientes da Barragem de Terra? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________ 
 
14) Quais os meios para evitar os inconvenientes da Barragem de terra? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________ 
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15) Como é formada a Barragem de Enrocamento? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________ 
 
 
VERTEDORES 
 
GENERALIDADES 
 
Vertedores são estruturas hidráulicas, destinadas a deixar passar a carga excessiva 
das cheias, no local da barragem, sem perigo de danificá-la de modo que o nível do 
reservatório não ultrapasse a cota máxima permissível. Um vertedor deve permitir o 
escoamento do excesso da água sem obstáculos. 
 
 
Fig. 24 
 
 
PARTES ESSENCIAIS 
 
 
1. Estruturas que captam e dirigem a água para descarga; 
2. Conduto de pressão ou superfície livre que garanta o escoamento da água a jusante da 
barragem. 
 
 
 
 
 29
CRITÉRIOS ADOTADOS NA CAPACIDADE DO VERTEDOR 
 
1. Quando o reservatório for de pequeno volume de armazenamento, a vazão de 
dimensionamento deve ser praticamente igual à máxima vazão do curso d’ água; 
 
2. Quando o reservatório for de grande volume de armazenamento, pode haver uma 
redução no valor do dimensionamento, pois parte da vazão de enchente pode ser 
temporariamente retida no reservatório. 
 
CONDIÇÕES QUE O VERTEDOR DEVE SATISFAZER 
 
1. EM REGIME NORMAL: Manter o nível da água no reservatório na cota máxima 
admissível, para se obter uma queda máxima. 
 
2. EM PERÍODOS DE CHEIA: Neste caso, é necessário que o vertedor permita o 
escoamento da vazão máxima, mantendo a segurança da barragem. 
 
3. O escoamento não deve provocar escavações no pé da barragem à jusante. 
 
Em períodos de cheia, as vazões podem atingir valores elevados, sendo que a potência 
hidráulica a ser vertida pode ser bem maior que da própria usina. 
 
CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES 
 
Os vertedores são classificados em dois tipos: 
 
- Vertedor de superfície 
- Vertedor de fundo 
 
1) VERTEDOR DE SUPERFÍCIE 
 
É o tipo de vertedor onde o nível da soleira está situado acima do nível da jusante. 
 
 
 Nível 
Montante 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 25 
 30
2) VERTEDOR DE FUNDO 
 
É o tipo de vertedor onde o nível altimétrico da soleira está situado abaixo do nível 
da jusante. (Fig. abaixo). 
 
Fig. 26 
 
Os vertedores de superfície são classificados ainda em: 
 
1. Tulipa; 
2. Bacia; 
3. Salto de Esqui; 
4. Bacia de dissipação 
5. Sifão. 
 
VERTEDORES TULIPA 
 
A água escoa através de um vertedor de seção circular afunilado, comunicando-se 
com um canal vertical circular e um túnel, ligando a superfície montante à jusante e entra 
em funcionamento quando a água atinge o nível máximo. 
 
 
Fig. 27 
 
 31
Esse tipo de vertedor fica separado da barragem. Seu uso torna-se conveniente onde 
as barragens são de terra ou enrocamento. O vertedor Tulipa não evita a entrada de ar no 
túnel, que é comprimida pela água, formando perigosos bolsões de alta pressão. Para 
eliminá-los, utilizam-se suspiros, ou válvulas de alívio, que são colocados em uma das 
diversas partes do túnel. 
 
 32
ERTEDOR TIPO BACIA 
Esse tipo de vertedor é muito utilizado em barragens de arco e outros tipos de 
barrag
V
 
ens desde que elas sejam construídas de concreto. Esse tipo de vertedor entra em 
funcionamento quando o nível da água atinge o nível máximo, como ilustra a figura abaixo. 
 
 
Fig. 28 
 
Existe também vertedores tipo bacia, em que as comportas são acionadas 
hidraulicamente, através de servo motores. São usadas geralmente como vertedores 
auxiliares com a finalidade de escoar corpos flutuantes. 
 
 
Fig. 29 
Vertedor salto de esqui 
 
 
Fig. 30 
 
Para que a água não danifique o pé da barragem, esta é desviada para cima, devido 
ao formato no final da pista (forma de trampolim), quebrando, dessa forma parte da energia 
cinética da água entregando-a suavemente ao rio. Esse tipo de vertedor recebe tal nome 
devido à evolução que a água faz. 
 
 
 
 
 
 
 33
VERTEDOR BACIA DE DISSIPAÇÃO 
 
O vertedor Bacia de Dissipação é similar ao vertedor Salto de Esqui, pois a evolução 
da água se comporta da maneira quase igual ao Salto de Esqui. Difere apenas no formato 
da pista, pois não possui o trampolim no final, mas pode ter no seu trajeto ressaltos 
hidráulicos para ajudar na dissipação da energia da água. Sua característica principal é a 
dissipação da energia da água através de um pequeno reservatório, formado pela própria 
jusante, que recebe o nome de Bacia de Dissipação, o que caracteriza o tipo de vertedor. 
 
 
Fig. 31 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 32 
 
 34
VERTEDOR TIPO SIFÃO 
 
É utilizado onde a variação de água não é muito grande. Tal como o vertedor Tulipa, 
permite a regulação automática do nível da água. Entra em funcionamento com a vazão 
próxima à sua máxima capacidade. 
Trata-se de um condutor circular em forma de “U” invertido. Seu funcionamento 
obedece ao princípio dos vasos comunicantes. 
 
VERTEDOR EM FORMA DE SIFÃO ENCAIXADO NUMA BARRAGEM DE GRAVIDADE. 
Fig. 33 
 
DIVERSAS SÃO AS MANEIRAS DE QUEBRAR A INÉRCIA DA ÁGUA, ENTRE ELAS 
DESTACAMOS: 
 
1. Fazer o final da pista em forma de trampolim, desta forma, a água é desviada para cima, 
caindo em forma menos compacta, ou seja, amortizada, como mostra a figura abaixo. 
 
 
Fig. 34 - Vertedor Salto de Esqui 
 
 35
2. Colocar ressaltos hidráulicos no trajeto, ou no final da pista, que, por sua ação, quebraria 
quase totalmente a energia cinética da água. 
 
 
Fig. 35 
 
3. Encontramos também, localizados na pista do vertedor, ressaltos hidráulicos de forma 
hidrodinâmica, cuja finalidade é ajudar a dissipar a energia da água que, ao incidir nesses 
ressaltos, é dividida em duas lâminas de sentido oblíquo ao original. Essa água, a grande 
velocidade vai ao encontro de outra lâmina de água, que também foi mudada de direção 
pelo perfil hidrodinâmico. Como conseqüência lógica, essas duas lâminas de água, ao se 
chocarem, dissipa quase toda sua energia e a resultante dessas duas lâminas segue seu 
trajeto, porém quase sem energia. 
 
 
 
Fig. 36 - Ressaltos Hidráulicos de forma hidrodinâmica 
 36
4. Outra maneira é construir no final da pista do vertedor um pequeno reservatório, o qual 
será formado pela própria jusante, a fim de quebrar a energia cinética da água através de 
rolos de água formados pelo seu próprio movimento. 
 
 
Fig. 37 
 
Todas as soluções apresentadas objetivam dissipar a energia cinética da água antes 
que a mesma entre em contato com o terreno, cuja erosão pretende-se evitar. É comum 
encontrarmos usinas cujos vertedores apresentam um misto das soluçõesapresentadas. 
 
 
Fig. 38 
 
 
 
 37
 38
VERTEDORES 
 
01) O que é vertedor? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
02) O que o vertedor deve permitir? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
03) Quais as partes essenciais de um vertedor? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
04) Quais os critérios adotados na capacidade do vertedor? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
05) Quais as condições que um vertedor deve satisfazer em regime normal e em períodos 
de cheia? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
06) Qual a classificação dos vertedores? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
07) O que caracteriza um Vertedor de Superfície? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
08) O que caracteriza um Vertedor de Fundo? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
09) Quais os tipos de Vertedores Superfície? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 39
10) Onde é utilizado o Vertedor tipo Tulipa? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
11) Onde é utilizado o Vertedor tipo Bacia? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
12) Quando entram em funcionamento os Vertedores tipo Bacia ou Tulipa? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
13) Por que o Vertedor Salto de Esqui tem a forma de um trampolim? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
14) Por que o Vertedor Salto de Esqui recebe tal nome? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
15) O que caracteriza o Vertedor tipo Bacia de Dissipação? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
16) Onde são utilizados os Vertedores tipo Sifão? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
17) Quais as maneiras de se quebrar a inércia da água? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
18) Qual a finalidade dos ressaltos hidráulicos? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
 
COMPORTAS 
 
A) GENERALIDADES 
 
São dispositivos indispensáveis numa usina hidroelétrica. Têm a finalidade de impedir a 
passagem de água, ou regular essa descarga quando necessário. As comportas são 
utilizadas em diversos locais numa usina hidroelétrica, tais como; vertedores, tomadas d’ 
água, canal de fuga etc., tal como ilustra a figura abaixo. 
 
 
 
 
Fig. 39 
 
 
COMANDO DAS COMPORTAS 
 
Quanto ao comando, as comportas podem ser de: 
 
- Comando manual mecânico; 
- Comando elétrico local; 
- Comando elétrico à distância; 
- Comando automático. 
 
 
 
 
 
 
 40
 
Quanto aos mecanismos de acionamento, podem ser divididos: 
 
MOTORES REVERSÍVEIS 
 
Funcionam em dois sentidos, os quais farão o acionamento da comporta através de 
cabos de aço ou correntes, que são acoplados à comporta e ao mecanismo de redução de 
rotação (engrenagem). 
 
 
 
 
Fig. 40 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 41
SERVO MOTO 
 
São acoplados na comporta através do êmbolo e fixados à estrutura de concreto 
através da base do cilindro. Seu acionamento é feito através de bombas hidráulicas de alta 
pressão. 
 
 
 
Fig. 41 
 42
GUINCHOS OU PÓRTICOS 
 
Também funcionam como motores reversíveis, fazendo o acionamento da comporta 
através de cabos de aço. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 42 
 
São utilizados para manobrar as comportas de manutenção, pois estas não possuem 
mecanismo de manobra individual, servindo, assim, um guincho para várias comportas. 
As comportas e seus mecanismos de elevação são dimensionados para suportar 
grandes esforços, pois tem que vencer seu próprio atrito, peso da comporta e força atuante 
da água. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 43
B) TIPOS DE COMPORTAS 
 
 
Existem diversos tipos de comportas. Entre elas, as principais são: Deslizantes, 
Stoney, Wagon e Setor. 
 
 
1. COMPORTA DESLIZANTE 
 
Este é o tipo mais primitivo de comporta. Provavelmente teve origem na 
necessidade de criar num rio, uma diferença de nível e, ao mesmo tempo, deixar passar a 
água em excesso, quando necessário. 
 
 
 
 
Fig. 43 
 
 
Tal como ilustra o desenho acima, são comportas planas, cuja lateral desliza numa 
canaleta, que serve de guia na elevação ou vice-versa e, ao mesmo tempo, serve de 
impermeabilização lateral. Este tipo de comporta é de construçãorobusta e de fácil 
conservação, porém seu uso é limitado, por causa do grande atrito existente entre a parte 
lateral da comporta e a guia. O mecanismo de elevação, além de suportar o próprio peso 
da comporta, deve ainda, vencer o atrito dela, que aumenta com o aumento do vão a cobrir 
e a altura da lâmina d’água. 
Para diminuir esses esforços sem afetar sua robustez, são colocados nas comportas, 
roletes que rodam sobre trilhos instalados nas guias. De acordo com a disposição desses 
roletes, teremos o tipo de comporta. 
 
 
 44
2. COMPORTA STONEY 
 
 
Utilizada como comporta de segurança ou emergência, pois não possui posições 
intermediárias, portanto não serve para regular a passagem de água. 
 
 
 
 
Fig. 44 
 
 
Tal como ilustra o desenho acima, à medida que a comporta se move, com ela se 
move o conjunto de roletes, diminuindo sensivelmente o atrito (os roletes são 
independentes da comporta). 
Com o objetivo de que a comporta tenha um deslizamento perfeito sobre o trem de 
rodilhos, este leva uma polia superior de suspensão por onde passa um cabo que de um 
lado está unido a um ponto fixo e por outro extremo está unido à comporta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 45
3. COMPORTA WAGON 
 
Também é utilizada como de segurança ou emergência, por não possuir posições 
intermediárias, não servindo para regular a passagem de água. 
Esse tipo de comporta possui, fixos na sua lateral, grandes roletes que giram em 
torno de seu próprio eixo, com o mínimo de atrito, e a parte exterior gira sobre trilhos, de 
acordo com o movimento da comporta, como mostra a figura abaixo. 
As comportas Wagon são preferíveis porque nas comportas Stoney os acessórios 
são mais frágeis. 
 
 
 
 
Fig. 45 
 
 
Vantagens: elas são robustas e vedam de maneira eficiente e permite fazer a limpeza da 
grade antes da tomada de água. 
 
Inconvenientes: elas necessitam de custosas superestruturas. 
 
 
 
 
 46
4. COMPORTA SEGMENTO 
 
É uma estrutura metálica, constituída de dois braços que se articula em dois 
munhões... 
 
 
 
 
Fig. 46 
 
... Suportando nas extremidades, o tabuleiro em forma de arco. 
 
 
 
Fig. 47 
 47
Os esforços necessários à operação destes tipos de comportas não são excessivos 
por causa não só da espécie de movimento, como também do fato de serem instalados de 
forma que o empuxo da água possa auxiliar os movimentos. São usadas onde há grandes 
correntes de água. 
 
A articulação da comporta pode ser feita através de guinchos que acionam cabos de aço... 
 
 
 
 
Fig. 48 
 
... Correntes, ... 
 
Fig. 49 
 
... 
 48
ou mesmo servo-motores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 50 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
É talvez, o tipo de comporta de maior uso atualmente. Quanto à abertura, são 
calibradas para aberturas intermediárias, favorecendo a regulagem da passagem de água, 
podendo ter várias posições de abertura, dependendo do vão que estão cobrindo. 
 
IMPERMEABILIZAÇÃO DAS COMPORTAS 
 
As comportas, quando na posição fechada, devem evitar as infiltrações de água. 
Para tanto, costuma-se usar borrachas, ou qualquer outro elemento, que são colocados nas 
laterais e bordas inferiores da comporta, tentando, dessa forma, impedir prováveis 
vazamentos, 
(figura abaixo). 
 
 
Fig. 51 
 
 49
VÁLVULAS BORBOLETAS OU ESFÉRICAS 
 
São órgãos destinados a interromper a passagem da água nos condutos.Seu 
número e sua colocação variam de uma instalação para outra. Numa instalação de grande 
altura de queda encontra-se a partir da barragem: 
- A válvula de tomada situada à jusante das grades da tomada de água; 
- A válvula de saída situada no início do conduto forçado, que é o órgão de segurança da 
usina (fechamento telecomandado); 
- A válvula de chegada situada ao pé do conduto forçado junto à entrada da turbina. 
No caso de uma central situada imediatamente abaixo da barragem e onde cada turbina 
tem uma tomada d’ água distinta, instala-se uma só válvula na tomada d’ água. 
 
 
As válvulas de saída são geralmente do tipo borboleta. 
As válvulas de chegada ou de pé são geralmente do tipo borboleta ou esféricas. 
 
 
 
 
Fig. 52 
 
 
 
 
 
 
 50
COMPORTAS DE MANUTENÇÃO (STOP-LOG) 
 
Para manutenção das comportas, torna-se necessário a presença de uma outra 
comporta que a substituirá. 
Geralmente são várias comportas deslizantes que são empilhadas umas sobre as 
outras à frente da comporta que vai sofrer manutenção. Existem guias especiais para as 
comportas. Sua colocação e retirada é feita através de guinchos, tal como mostra a figura 
abaixo. 
Tal comporta recebe o nome de comporta de manutenção, ou mais comumente Stop-Log. 
 
 51
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 53 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Comporta de Manutenção (Stop-Log) Flutuante 
 
 52
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 54 
 
Tem por finalidade substituir a comporta local, isto é, nos vertedores de superfície, a 
fim de efetuar uma manutenção. É composta de uma peça única e necessita de um 
rebocador para movimentá-la, conforme figura acima. 
O Stop-Log será trazido para junto da barragem quando necessário. Uma das 
unidades ficará no local próprio do lago, totalmente submersa, para diminuir o efeito da 
corrosão, enquanto que a outra será levada para um estaleiro especialmente construído 
para sua manutenção. Para a colocação do Stop-Log, o mesmo será rebocado na posição 
horizontal. 
 Fig. 55 
 
80
00
 
 
Para assumir a posição vertical de trabalho suas câmaras estanques são cheias com 
água, do fundo para o topo, até que fique em posição para fechamento, quase totalmente 
submerso. 
80
00
12
00
0
 
Fig.56 
 
 
Nessa posição, é arrastado e pressionado contra a estrutura, através de guinchos 
fixados na estrutura da barragem. 
 
 53
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
80
00
32800 
 32000 
 
Fig.57 
 
Com o esvaziamento da água retida entre a comporta de Setor e o Stop-Log, o 
próprio empuxo da água do lago o mantém em posição na estrutura, já moldada com 
peças de espera para encaixe do Stop-Log. 
 
 
 
Fig. 58 
 
 
IMPORTANTE: 
 
As manobras são efetuadas quando o nível do reservatório estiver numa posição 
intermediária da altura do vão da comporta. Para a retirada do Stop-Log, enche-se de água 
o espaço entre ele e a comporta Setor, para então restabelecer o equilíbrio de ar 
comprimido no interior do Stop-log, que expulsa a água através de válvulas especiais. 
A operação é feita de cima para baixo, esvaziando-se primeiro os compartimentos 
superiores, a fim de que a peça assuma a posição horizontal de navegabilidade. 
A embarcação de operação é equipada com compressor de alta capacidade, com 
mangueiras acopláveis às válvulas do Stop-Log, para injetar ar comprimido e acionar as 
válvulas. 
 54
COMPORTAS 
 
01) Qual a finalidade das comportas? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
 
02) Onde são utilizadas as comportas? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
________________________________________________________________________________ 
 
03) Quanto ao comando, como são comandadas as comportas? 
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
________________________________________________________________________________ 
 
04) Quais os principais tipos de comportas? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
________________________________________________________________________________ 
 
05) Qual a diferença entre as comportas Setor e comportas Wagon? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
________________________________________________________________________________ 
 
06) O que foi feito para diminuir os esforços na comporta Deslizante? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
________________________________________________________________________________ 
 
07) Quanto aos roletes; como é constituída a comporta Wagon? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
________________________________________________________________________________ 
 
08) Por que se dá o nome de comporta Setor? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
________________________________________________________________________________ 
 55
09) Por que os mecanismos de comando da comporta Setor fazem menor esforço? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
 
10) Por que é usada impermeabilização de borracha nas comportas? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
 
11) O que vem a ser comporta de manutenção? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
________________________________________________________________________________ 
 
12) Como é composto a comporta de manutenção flutuante? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
________________________________________________________________________________
TOMADAS D’ ÁGUA 
 
As tomadas d’ água destinam-se a retirar de um curso d’ água ou de um reservatório 
a descarga necessária para a alimentação das turbinas com o mínimo possível de perda de 
carga. 
Existem duas classificações de tomadas d’ água: 
 
1. Tomadas d’ água à superfície livre 
2. Tomada d’ água em carga 
 
Não nos deteremos no estudo de tomadas d’ água à superfície livre porque 
atualmente quase não são mais construídas usinas com esse tipo de tomada d’ água, como 
mostra na figura seguinte. 
 
 56
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 59 
 
TOMADAS D’ ÁGUA EM CARGA 
 
Também chamada Tomada de Pressão, é obra característica de barragens com 
reservatório. Deve ficar a uma profundidade tal que fique submersa, apesar das variações 
de nível do reservatório, a fim de que possa captar água em quantidade suficiente para 
satisfazer a demanda da potência variável. Também deve possuir formato que evite o 
máximo de atrito com a água, tal como mostra a figura abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 60 
 
Em barragens de concreto, as tomadas d’ água geralmente ficam incorporadas a esta, 
figura abaixo. 
 
 
Fig. 61 
 
Em barragens de terra ou enrocamento, as tomadas d’ água geralmente ficam 
localizadas no meio do lago, como na figura abaixo. 
 
 
 
 
Fig. 62 
 
 
 
 57
 58
TOMADAS D’ ÁGUA 
 
01) Para que serve a tomada d’água? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
 
02) Quais os tipos de tomada d’água? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
 
03) Por que é chamada tomada d’ água sobre pressão? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
 
04) Quais os cuidados a serem tomados quanto ao nível da água nas barragens e tomadas 
d’ água em carga? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
 
05) Onde são localizadas as tomadas d’água em carga nas barragens de concreto e terra? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
GRADES 
 
As grades são elementos montados à montante fixadas através de vigas horizontais 
denominadas pingos d’água de cada vão e dos pilares laterais e centrais. A finalidade das 
grades é impedir a passagem de corpos sólidos de dimensões consideráveis, que 
porventura venha em suspensão sem, no entanto atrapalhar o fluxo de água (figura 
abaixo). 
 
Fig. 63 
 
O acúmulo de detritos na grade é acusado pelo aparelho detector de perda de carga 
na grade. A retirada do material acumulado é feita pelo rastelo da máquina LIMPA-
GRADES. Ver figura abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 64 
 59
 60
GRADES 
 
01) O que são grades? 
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
 
02) Qual a finalidade das grades? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
 
03) Como se conhece que há acúmulo de detritos na grade? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
________________________________________________________________________________ 
 
04) Como é feita a retirada de detritos na grade? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
 
CANAL DE FUGA 
 
Nas usinas, são os canais de fuga os responsáveis pela condução da água depois 
que passa pela turbina. Funcionam com uma descarga variável de acordo com a descarga 
da turbina. Possuem comportas cuja finalidade é impedir o retorno da água à turbina 
quando a mesma estiver em manutenção. 
 
Fig. 65 
 
 61
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 66 
 62
CANAL DE FUGA 
 
01) Para que servem os canais de fuga? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
 
02) Como funcionam os canais de fuga? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
 
03) Qual a finalidade das comportas nos canais de fuga? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
CASA DE MÁQUINAS 
 
Na casa de máquinas de uma central hidroelétrica são montados os grupos 
geradores para a produção de energia elétrica, bem como o maquinário auxiliar necessário 
para seu funcionamento. 
 
DA CASA DE MÁQUINAS FAZEM PARTE: 
 
a) Máquinas hidráulicas (turbinas) que transformarão a energia hidráulica em energia 
mecânica; 
b) Máquinas elétricas (alternadores) que transformarão a energia mecânica em energia 
elétrica; 
c) Máquinas secundárias (turbina e alternador) para a produção de energia destinada a 
alimentar os quadros do serviço auxiliar da usina; 
d) Máquinas e aparelhos auxiliares necessários para a operação, controle e segurança( 
quadros de corrente contínua, equipamentos de esgotamento, combate a incêndio, 
estação de ar comprimido, etc.). 
 
 
 
Fig. 67 
 
As disposições das casas de máquinas são variadíssimas e dependem das circunstâncias 
e condições do aproveitamento hidroelétrico. 
 
Segundo a disposição geral das casas de máquinas, elas podem ser: 
 
a) Centrais Externas; 
b) Centrais Subterrâneas. 
 
 
 
 63
CENTRAIS EXTERNAS 
 
A casa de máquinas, os transformadores, disjuntores, seccionadoras e os 
equipamentos auxiliares são exteriores, ou seja, não ficam sob as escavações das 
montanhas nem abaixo do leito do rio, figura abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 68 
 
CENTRAIS SUBTERRÂNEAS 
 
Nessas centrais não existem edifícios externos, a casa de máquinas fica no interior 
da montanha, escavada em rocha. 
 
 
 
Fig. 69 
 
 
 64
 65
CASA DE MÁQUINAS 
 
01) Como podem ser as casas de máquinas ? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
 
02) Diferencie Centrais Externas de Centrais Subterrâneas. 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
 
03) Quais equipamentos fazem parte da Casa de Máquinas? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
TURBINAS HIDRÁULICAS 
 
 Fig. 71 Turbina 
Francis 
 
Fig. 70 Turbina 
Pelton 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 72 Turbina 
Kaplan 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONCEITO 
 
A turbina hidráulica é uma máquina que transforma a energia hidráulica em energia 
mecânica. Ela recebe a energia da água do reservatório, descontadas todas as perdas 
hidráulicas do sistema adutor, e mediante alto rendimento, fornece-a ao eixo, onde está 
acoplado o alternador, que transforma a energia mecânica em energia elétrica. 
 
 66
CLASSIFICAÇÃO DAS TURBINAS HIDRÁULICAS 
 
As turbinas podem ser classificadas segundo vários aspectos: 
 
Quanto a atuação da água 
 
Turbina de reação. 
 
A água entra na turbina sob pressão e sofre mudança de direção e aceleração. 
Exemplos: turbinas Francis e Kaplan. 
 
Francis 
 
 
Fig. 73 
 
Definindo melhor a expressão anterior, temos: turbina de reação é aquela que utiliza 
a energia cinética mais a pressão da água. 
 67
Turbina Kaplan 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 74 
 
 
Turbinas de ação 
 
As turbinas de ação caracterizam-se por transformar somente a energia cinética da 
água em energia mecânica, sendo esta, posteriormente transformada através do 
gerador/alternador em energia elétrica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 75 
 68
Pelo sentido do movimento das pás as turbinas são classificadas como: 
 
Axial 
 
Quando a água se move paralelamente ao eixo. Exemplo: Kaplan 
 
 
 
Fig. 76 
 
Radial 
 
Quando a água se move no sentido do raio da turbina. Exemplo: Turbina Pelton 
 
 
∅
 
Fig. 77 
 69
Mista 
 
Quando a água entra radialmente e sai axialmente. Exemplo: Turbina Francis 
 
 
 
Fig. 78 
 
Pela posição do eixo são classificadas como: 
 
Horizontal ou vertical 
 
As turbinas Francis, Pelton e Kaplan podem ser instaladas na posição horizontal ou 
vertical. 
As figuras a seguir identificam as turbinas instaladas com eixo horizontal ou vertical. 
 
Pelton de eixo vertical 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 79 
 70
Pelton de eixo horizontal 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 80 
 
Francis de eixo vertical 
 
 
 
 
Fig. 81 
 
 71Turbina Francis de eixo horizontal 
 
 
 
Fig. 82 
 
A turbina Kaplan também pode ser instalada na vertical ou na horizontal, sendo que, 
nesta última, pode apresentar uma pequena inclinação. Esta posição é mais específica para 
os turbo - geradores bulbo. 
As figuras seguintes mostram a instalação de uma turbina Kaplan na vertical e outra na 
horizontal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 83 - Kaplan de eixo vertical 
 
 72
 
 
 
Fig. 84 – Turbina Kaplan de eixo horizontal (bulbo) 
 
 
Pelo número específico de rotações 
 
Turbina Pelton: todas são consideradas lentas. 
 
Turbina Francis: divide-se nos seguintes tipos: 
 
 - Lentas; 
 - Normais; 
 - Rápidas; 
 - Extra-rápidas. 
 
Turbinas Kaplan: são classificadas como velozes. 
 
Escolha do tipo de turbina 
 
A escolha do tipo de turbina a ser adotada em uma instalação hidroelétrica não é 
feita conforme o desenho do projetista, mas em função das características de 
aproveitamento, isto é, altura de queda, vazão do rio, velocidade desejada e potência 
através da rotação específica, que é determinada pela seguinte fórmula: 
 
 
K
hQP ×=
 
 73
 74
Como exemplo, damos abaixo os valores de rotação das turbinas dos geradores das 
UHE’s das empresas de geração do Estado de São Paulo 
 
TABELA 
 
 
USINA n (RPM) N (CV) H (M) Q m3/s Tipo 
JUR 138,6 70.100 35,9 137 K 
XAV 128,6 144.000 78,7 141 FR 
SAG 128,6 24.000 16 93,5 K 
CAN II 138,5 32.609 15 172 K 
CAN I 138,5 37.364 17,3 171 K 
CAP 100 225.000 50 375 FER 
ROS 75 138.315 22 456 K 
TAQ 85,7 150.544 26,8 563 K 
BAB 128,6 47.400 24,1 148 K 
BAR 128,6 65.000 24,6 200 K 
IBI 100 61.200 22,4 198 K 
PRO 90 120.000 27,9 380 K 
NAV 94,7 157.609 33 404 K 
TRI 85,7 224.728 49,4 374 FER 
MOG 207,5 5.017 11,57 35 K 
CAC 257 47.267 105 38,5 FN 
EUC 327 32.800 89 30 FR 
LIM 180 19.375 26,9 61,7 K 
PAB 257,1 58.424 88 60 FR 
JAG 300 16.800 56 24,9 FR 
AGV 94,7 340.000 60 450 FER 
ILS 85,7 225.000 46 389 FER 
JUP 78,3 140.000 21.1 400 K 
JUP.AUX. 400 5.750 21.1 K 
PPR 75 140.000 18.3 611 K 
 
SEGUNDO O TIPO DE TURBINA 
 
Turbina Pelton 
 
É uma turbina de ação, pois utiliza somente a energia cinética da água. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 90 - Turbina Pelton 
 
Fig. 85 
 
A Turbina Pelton é composta de uma série de conchas distribuídas sobre sua 
circunferência. Para cada Turbina tipo Pelton podemos encontrar 1, 2, 4, 6 ou 8 bicos 
ejetores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 86 
 75
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Fig. 87 
 
 76
A água é conduzida até a turbina pelo condutor forçado até o bico ejetor, o qual faz 
com que a água saia sob a forma de um forte jato em alta velocidade (energia cinética). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 88 - Bico ejetor da Pelton 
 
Este jato, ao incidir na concha, é dividido em dois (figura abaixo) tendo a finalidade 
de evitar o esborrifamento da água e conseqüente perda de energia. 
 
 
 
 
 
 Fig. 89 Fig. 90 
 
A pressão de entrada e saída da água é constante e igual à da atmosfera e não varia 
muito com a abertura do ejetor; portanto, seu rendimento é mantido para uma grande 
variação de carga. A velocidade da água ao sair do bico ejetor é bastante alta. 
 
 
 
 
 
 
Fig. 91 
 
 
 
 
 
Para ajudar na frenagem da máquina, os bicos ejetores são providos de um defletor 
de jato, cuja função é desviar o jato d’ água da turbina, ou podemos encontrar os 
chamados bicos retro injetores, que injetam água em sentido contrário à rotação da 
turbina. 
 77
TURBINA FRANCIS 
 
É uma turbina de reação, pois utiliza a energia da água em forma de energia cinética 
e em forma de pressão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 92 
 
A turbina Francis também é denominada turbina mista, devido aos movimentos das 
pás em relação à admissão de água, pois a entrada se dá radialmente, isto é, no sentido do 
raio da turbina, e a saída se dá axialmente, isto é, paralelamente ao eixo da turbina. Quanto 
à sua instalação, pode ser de eixo horizontal ou vertical, sendo este último mais comum 
nas instalações de turbinas de grande potência. Quanto à rotação, são classificadas como: 
lentas, normais, rápidas e extra-rápidas. 
 
Observação: 
 
Esta classificação se refere á rotação específica da máquina e não à rotação nominal 
da turbina. 
A diferença entre Francis lenta, normal, rápida e extra-rápida está entre o diâmetro de 
entrada DE e o diâmetro de saída DS de água na turbina. Assim temos: 
 
Francis Lenta: o diâmetro de entrada é bem maior que o diâmetro de saída. 
 
DE 
DE > DS 
 
 
 
 
Fig. 93 
 
 
 
 
 78
Francis Normal: o diâmetro de entrada é semelhante ao diâmetro de saída. 
 
DE ≅ DS 
 79
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 94 
 
Francis Rápida: o diâmetro de entrada é menor que o diâmetro de saída. 
DE
DS
 D a DE
DS
 
DE < DS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 95 
 
 
Francis extra-rápida: o diâmetro de entrada é bem menor que o diâmetro de saída. 
 
DE < DS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 96 
 
Deve-se observar que o percurso da água nas pás da turbina varia de acordo com a 
abertura das aletas móveis, tal como mostra a figura abaixo. 
 
R
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Fig. 97- Aletas móveis, fixas e turbina. 
 
Para pequenas aberturas das aletas móveis, a água seguirá um longo percurso e ser 
descarregada na direção de rotação da turbina (V2). 
Para grandes aberturas (caso de sobrecarga), a água seguirá uma direção contrária 
ao movimento da turbina (V1) e será descarregada. 
 80
ELEMENTOS ESSENCIAIS DA TURBINA: 
 
 - Caracol; 
 - Aletas móveis; 
 - Aletas fixas; 
 - Tubo de sucção. 
 
CAIXA ESPIRAL 
 
Sua função é formar uma completa passagem de água ao redor de toda a turbina. 
 
 
Fig. 98 - Caracol em montagem 
 
É um condutor em forma de uma casca de caracol, de seção decrescente da 
montante para a jusante. A forma circular é necessária para assegurar uma distribuição 
igual a cada elemento do órgão circular central (distribuidor), o que repartirá a água entre 
as pás da turbina. A pressão retilínea passa a fazer uma espiral, incidindo nas pás da 
turbina com a direção correta. As dimensões do caracol dependem das características das 
turbinas. 
 
 
 
 
 
 
 81
Caracol de ferro forjado 
 
Fig. 99 
 
Os materiais empregados nas construções dos caracóis podem ser de aço, ou ferro 
forjado, sendo estes recobertos de concreto, dependendo das características da usina 
(pressão da água, velocidade, diâmetro do caracol etc.). 
 
ALETAS FIXAS 
 
Junto ao caracol existe uma série de perfis de aço cujo papel é dirigir os filetes de 
água na melhor direção para as aletas móveis e sustentar toda a massa girante. Estes perfis 
são aletas fixas, tal como ilustra a figura abaixo. 
 
 
 
Fig. 100 
 82
DISTRIBUIDOR 
 
O distribuidor é um equipamento cuja finalidade é transmitir para a turbina a energia 
cinética da água. 
 
 
a - Aleta móvel; 
b - Pás da turbina; 
c - Anel de regulação; 
d - Eixo de comando; 
e – Malhetes. 
 
 
 
 
 
Fig. 101 
 
O distribuidor é constituído de uma série de aletas móveis em forma de escama, 
ligadas a um círculochamado anel de regulação, que, ao girar em um sentido, abre ou 
fecha as aletas móveis. 
 
 83
 
 
 
 
 
 
Fig. 102 
A mobilidade dessas aletas permite a regulagem do débito de vazão admitido sobre 
a turbina, sendo que seu número pode variar de 15 a 35 unidades. O anel de regulação é 
acionado pelo pistão do servo-motor, cujos movimentos dependem da pressão de óleo 
enviada pelo regulador de velocidade. 
 
 
 
 
 
 
Fig. 103 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 84
 
 
 
Fig. 104 
 
ALETA MÓVEL 
 
É talvez um dos elementos mais importantes da turbina, pois a velocidade e o 
rendimento da mesma são regulados pelas aletas móveis. A quantidade de água que 
penetra na turbina depende da abertura das aletas móveis e, quando estas estão fechadas, 
a extremidade de uma está de encontro com a superfície externa da próxima. 
 
 
Fig. 105 
 
A superfície dessas aletas são usinadas de maneira que asseguram um bom contato 
e reduzem ao mínimo os vazamentos. As aletas estão ligadas ao anel de regulação, de 
modo que todas se movem simultaneamente. 
Usualmente, cada aleta móvel possui uma articulação individual (o malhete), que 
possui um ponto fraco ou é constituído de duas partes onde ambas são fixadas por um 
pino de latão ou bronze, chamado de pino de cisalhamento ou pino de ruptura, cuja 
finalidade é romper-se caso se aloje algum material resistente entre as aletas móveis em 
movimento. 
Fig. 106 
 
A regulagem de água para as pás da turbina por meio de aletas móveis é a melhor 
que existe atualmente, pois produz o mínimo de perturbação no fluxo de água durante o 
funcionamento da turbina. 
 85
TUBOS DE SUCÇÃO 
 
O tubo de sucção transporta a água descarregada da turbina para deságüe na 
jusante. O tubo de sucção faz parte do canal de fuga e possui a forma de um cachimbo. 
 
 
Fig. 107 
 
Atualmente, a fim de conseguir velocidade específica cada vez mais elevada, 
freqüentemente a turbina está abaixo do nível de descarga. Em troca disso, a energia 
cinética de saída da turbina aumenta e com isso uma grande quantidade de energia precisa 
recuperar-se no tubo de sucção, passando de energia cinética para energia de pressão. 
O tubo de sucção, pelo seu formato, aproveita essa energia cinética, transformando-
a em energia de pressão, tal como mostra a figura abaixo. Conforme o próprio nome, no 
momento que passamos a ter pressão, haverá na turbina uma sucção tal que a ajudará a 
movimentar-se aumentando o seu rendimento. 
 
Desenho esquemático de um tubo de sucção visto em corte. 
 
 
Fig. 108 
 86
 87
 
TURBINA FRANCIS 
 
01) Quanto ao sentido do movimento da pá, qual é a denominação da Turbina Francis? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
02) Quanto ao eixo, como podem ser as Turbinas Francis? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
03) Quanto à rotação, qual a classificação das Turbinas Francis? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
04) Como é regulada a entrada da água nas Turbinas Francis? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
05) Quais os elementos essenciais da Turbina Francis? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
06) Qual a função da Caixa Espiral? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
07) Por que o Caracol tem forma circular? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
08) Quais os materiais empregados na construção do Caracol? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
09) Para que servem as pás diretrizes? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
 88
10) O que é o Distribuidor? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
11) De que é constituído o Distribuidor? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
12) De que depende a quantidade de água que entra na turbina? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
13) Qual a função dos Malhetes? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
14) Como é feita a movimentação das Aletas Móveis? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
 
15) Qual a função do Tubo de Sucção? 
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ 
Turbinas Kaplan 
 
A turbina Kaplan tem a forma de uma hélice, possuindo entre 4 e 8 pás móveis em 
torno de um eixo, onde o percurso ao entrar na turbina Kaplan é helicoidal. A turbina 
Kaplan com pás fixas, também é chamada de Turbina Hélice. 
O surgimento da turbina Kaplan foi em função da necessidade de se ter uma turbina 
com alta capacidade e velocidade específica, para ser usada quando a altura de queda 
disponível fosse pequena, pois a Francis teria uma velocidade específica muito baixa. 
 
 
 
Fig. 109 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 89
A turbina Kaplan é também uma turbina de reação por utilizar a energia da água sob 
forma de energia cinética