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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br INGRID NÁIRE PINHEIRO ISLANE SANTOS JULIANA GARDONI ARAUJO LOHANNY ARAGÃO VIANA PEDRO HENRIQUE GOMES FERREIRA SÂMILA MÁRCIA GOMES FERREIRA PROJETO DE UMA PCH: Estudo da implantação da PCH Nova Maurício – Leopoldina – MG. TEÓFILO OTONI – MG DEZEMBRO/2014 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 1 INGRID NÁIRE PINHEIRO ISLANE SANTOS JULIANA GARDONI ARAUJO LOHANNY ARAGÃO VIANA PEDRO HENRIQUE GOMES FERREIRA SÂMILA MÁRCIA GOMES FERREIRA PROJETO DE UMA PCH: Estudo da implantação da PCH Nova Maurício – Leopoldina – MG. Projeto apresentado e entregue ao professor Daniel Brasil Ferreira Pinto, para fins avaliativos referentes à disciplina Geração Hidráulica, da Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri – UFVJM. TEÓFILO OTONI – MG DEZEMBRO/2014 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 2 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 04 2. HISTORIA ............................................................................................................ 04 3. LOCALIZAÇÃO ................................................................................................... 05 4. FLUXOGRAMA DE IMPLANTAÇÃO DE UMA PCH ..................................... 06 5. CLASSIFICAÇÃO. ............................................................................................... 07 6. LEVANTAMENTOS DE CAMPO ...................................................................... 07 6.1 Ambiental ........................................................................................... 07 6.2 Geológico e Geotécnico ...................................................................... 11 6.3 Hidrológico ......................................................................................... 13 7. CARACTERÍCTICAS TECNICAS DO EMPREENDIMENTO ......................... 15 8. PROJETOS DE OBRAS CIVIS E DE EQUIPAMENTOS .................................. 15 8.1 Barragem/Reservatório ....................................................................... 15 8.2 Vertedouro .......................................................................................... 16 8.3Tomada de Água .................................................................................. 16 8.4 Canal de Adução ................................................................................. 17 8.5 Chaminé de Equilíbrio ........................................................................ 17 8.6 Conduto Forçado ................................................................................ 17 8.7 Casa de Força ...................................................................................... 18 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 3 8.8 Trecho de Vazão Reduzida (TVR) ..................................................... 19 8.9 Canal de Fuga ..................................................................................... 20 9. CÁLCULO ENERGIA EFETIVA LIVRE E POTÊNCIA ESTIMADA ............. 21 10. CRITÉRIOS PARA SELEÇÃO DE TURBINA ................................................. 24 10.1 Turbinas Francis - Turbinas e Geradores PCH Nova Mauricio ........ 25 11. ESTUDO DE VAZÕES ...................................................................................... 26 11.1 Vazão Máxima .................................................................................. 27 11.2 Vazão Mínima de Referência (Q7,10) ................................................ 28 11.3 Vazão Média ..................................................................................... 29 11.4 Vazão Ecológica ............................................................................... 32 12. REGRA OPERATIVA ........................................................................................ 33 13. DADOS PLUVIOMÉTRICOS ........................................................................... 35 14. CONSIDERAÇÕES FINAIS .............................................................................. 37 REFERÊNCIAS BILIOGRÁFICAS ......................................................................... 39 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 4 1. INTRODUÇÃO Uma fonte de energia apontada pelas Companhias de Energia como de baixo impacto ambiental e que possibilita a geração de emprego e renda, são as Pequenas Centrais Hidroelétricas (PCHs). De acordo com a resolução nº 394 - 04-12-1998 da ANEEL- Agência Nacional de Energia Elétrica, PCH é toda usina hidroelétrica de pequeno porte cuja capacidade instalada seja superior a 1 MW e inferior a 30 MW. Além disso, a área do reservatório deve ser inferior a 3 km². A ANEEL classifica ainda as usinas como Centrais Geradoras Hidrelétricas (CGH) quando possui potência instalada inferior à 1MW e Usina Hidrelétrica de Energia (UHE) com potência instalada superior a 30 MW (ANEEL, 2011). Ainda de acordo com dados da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL, 2011), Minas Gerais é o Estado que possui o maior número de PCHs. Ao todo, já são 102 empreendimentos consolidados, com capacidade de geração de cerca de 600 mil quilowatts (KW) de energia, o equivalente a 4% do total produzido em território mineiro. Ainda segundo informações da Aneel, existem outros 335 pontos potenciais para exploração de PCHs, o que poderá resultar em um incremento de 3 mil megawatts (MW) à disponibilidade de energia do Estado. Portanto, objetiva-se com esse trabalho apresentar um estudo ambiental, econômico e social sobre a Pequena Central Hidrelétrica (PCH) Nova Maurício situada no município de Leopoldina – Minas Gerais. 2. HISTÓRIA A PCH Nova Maurício, uma das principais PCHs de Minas Gerais em relação à quantidade de energia, foi construída pela Companhia Força e Luz Cataguases - Leopoldina em 1955 e iniciou sua operação em outubro de 1956 com apenas um conjunto turbina/gerador. Nos anos de 1958, 1967 e 1970 foi potencializada, quando MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 5 teve sua capacidade de geração aumentada para 29.232 KW com a instalação de outros três geradores, acionados pela água acumulada em um reservatório de 312 hectares de lâmina d’água. Em 1991, a usina foi adquirida pela Valesul Alumínio S.A, e encontra-se em operação a 58 anos (1956/2014). Todavia, é importante ressaltar que hoje a operação da usina está a cargo da empresa VALE S/A, por força da Resolução Autorizativa ANEEL Nº 3023 de 26/07/2011. 3. LOCALIZAÇÃO A PCH é construída sobre o leito do Rio Novo e situada no município de Leopoldina/MG nas coordenadas geográficas21º 28‟ 33” de latitude sul e 42º 50‟ 39,8” de longitude oeste, onde o seu reservatório ocupa, também, terras dos municípios de Descoberto, Itamarati de Minas e São João Nepomuceno (Figura 1). Figura 01 – Localização da PCH Nova Maurício. Fonte: Superintendência Regional de Regularização Ambiental da Zona da Mata. O acesso ao empreendimento, a partir da capital, Belo Horizonte, se faz pela rodovia federal BR-040 convergindo então para a rodovia estadual MG 448 ou para a rodovia federal BR 265. Após o trevo de acesso a Cataguases, converge-se para a MG285 . MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 6 4. FLUXOGRAMA DE IMPLANTAÇÃO DE UMA PCH Figura 2: Fluxograma de Implantação de uma PCH (Fonte: ELETROBRÁS, 2000). MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 7 5. CLASSIFICAÇÃO DA PCH As PCHs quanto à capacidade de regularização do reservatório, podem ser classificadas de três formas distintas: A fio d’agua, de acumulação com regularização diária do reservatório, e de acumulação com regularização mensal do reservatório. A operação do empreendimento é por modulação diária de ponta e fora de ponta, com o reservatório usado para regular a vazão no horário de ponta visando obter a potência máxima instalada. Esse tipo de regularização é empregada quando as vazões de estiagem do rio são inferiores à necessária para fornecer a potência para suprir a demanda máxima do mercado consumidor e ocorrem com risco superior ao adotado no projeto (ELETROBRÁS, 2000). Em palavras mais simples pode-se dizer que ocorre quando ao longo do dia o nível do rio varia significativamente. Nesse caso, o reservatório fornecerá o adicional necessário de vazão regularizada. 6. LEVANTAMENTOS DE CAMPO NECESSÁRIOS PARA IMPLANTAÇÃO DA PCH 6.1 AMBIENTAL A área de influência do empreendimento é definida pelos estudos ambientais de acordo com a relação de causalidade (direta ou indireta) entre o empreendimento e os impactos previstos, ou seja, se os impactos previstos para uma determinada área são diretos ou indiretos. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 8 Figura 3: Mapa representando a área de influência da PCH. (Fonte: Vale S.A). Dentro desta linha, os estudos ambientais definem as seguintes categorias de Área de Influência, descritas a seguir: Área Diretamente Afetada – ADA: abrange todos os locais a serem diretamente atingidos pelo empreendimento, correspondendo aos seguintes setores principais: área de construção do eixo do barramento; área a ser ocupada pelo reservatório; área ocupada pelos canteiros de obras; área ocupada pela casa de força; área ocupada pela subestação; Área de Preservação Permanente (APP). Conforme processo de licenciamento COPAM nº 26940/2010/001/2011, analisado pela SUPRAM Zona da Mata, em face do significativo impacto ambiental o empreendimento recebeu condicionante de compensação ambiental prevista na Lei 9.985/00, na Revalidação da Licença de Operação Corretiva - nº 0727/2013, em Reunião da URC Zona da Mata no dia 26 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 9 Resumidamente a caracterização da flora foi baseada em levantamentos de campo focalizando os remanescentes florestais ocorrentes na área de influência da PCH – Nova Maurício, portanto, sob o ponto de vista fitogeográfico, a região estudada pertence a uma área de transição do antigo complexo da Mata Atlântica para o cerrado. A cobertura vegetal é constituída por formações secundárias da Floresta Estacional Semidecidual e a campestre por formações antrópicas. A vegetação atual da região de entorno do reservatório está incluída no domínio do Bioma Mata Atlântica e abrange fragmentos da Floresta Estacional Semidecidual, tipologia claramente identificada nos topos dos morros e matas ciliares no entrono do reservatório, bem como áreas de agricultura de subsistência indicando grandes modificações pelas atividades antrópicas, além de formações antropizadas, como extensas áreas de pastagem e monoculturas de eucalipto (Eucalipto sp.). Os levantamentos da flora mostraram que as matas secundárias apresentam indivíduos arbóreos de porte até 15 metros de altura e diâmetro médio de tronco de 10 a 20 centímetros, com fustes finos, múltiplos e esgalhados, onde foram levantados cerca de 50 espécies, cujos nomes comuns e científicos encontram-se catalogados nos estudos ambientais (EIA/RIMA), entre elas, o jacarandá-caviúna (Dalbergia nigra) e palmiteiro (Euterpe edulis), raro e encontrado somente em locais de difícil acesso próximo ao rio. O interior da mata é bastante sombreado, onde podem ser encontrados nos grotões úmidos, bananeiras, samabaiuçús, capins de sombra, moitas de Bromeliaceae, gravatá, capim navalha, bambuzinho taboca, entre outras. Cabe ressaltar que a empresa, deste a aquisição da usina hidrelétrica de Nova Maurício, mantém um programa de revegetação contínuo das áreas de influência direta (Figura 4), especificamente o entorno do reservatório e mantém um viveiro e uma equipe para executar a operação de plantio e manutenção permanente. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 10 Figura 4 – Programa de Revegetação da PCH (Fonte: Vale S.A) O estudo da fauna, além do levantamento de campo, envolveu captur as (Armadilhas de insetos, redes de pesca), censo por observação através de registro visual, bem como, o registro de sinais (tocas, ninhos, rastros, penas, pêlos, odor e fezes), cujos dados contendo a lista das espécies da região com seus respectivos nomes comuns e científicos estão detalhados nos estudos ambientais (EIA/RIMA). Para a mastofauna, foram registradas cerca de 20 espécies de mamíferos, dentre elas a lontra (Lontra longicaudis) e o lobo-guará (Chrysocyon brachyurus) são as duas espécies que sofrem grau de ameaça ou quase ameaça nas listas consultadas. Para herpetofauna 13 espécies, sendo 10 espécies de anfíbios anuros, duas espécies de serpentes e uma espécie de lagarto e para avifauna foram registradas 29 espécies, onde nenhuma delas sofre ameaça de extinção. O empreendimento possui uma área total de 380,6162 hectares, onde as faixas de APP, considerando os 30 metros ocupa uma área de 30,3282 hectares, sendo 9,2882 hectares de APP do rio Novo e de 21,04 hectares de APP do reservatório. As estruturas edificadas da usina estão assentadas sobre uma área de 0,2954 hectares, conforme MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 11 Figura 3 a seguir e devem ter sua permanência regularizadas junto ao órgão ambiental, onde o pedido de ocupação antrópica consolidada se faz viável, haja em vista que a instalação do empreendimento ocorreu no período de 1955 a 1956, ou seja, há cerca de 57 anos. Assim, a APP das terras pertencentes à empresa foi considerada de 30 metros, e hoje, encontra-se bem conservadas e totalmente recompostas. Figura 5: Relação das estruturas do empreendimento localizadas em APP. (Fonte: Vale S.A). 6.2 GEOLÓGICOS E GEOTÉCNICOS Comrelação ao aspecto geológico, segundo o diagnóstico ambiental apresentado no RCA a sub-bacia do rio Novo, na área de inserção da PCH - Nova Maurício integra parte do Complexo Juiz de Fora e Gnaisse Piedade que corresponde a uma sequência de rochas que se distribuem numa faixa contínua de direção NNE, iniciando-se nas proximidades de Juiz de Fora e indo até o vale do Rio Jequitinhonha. Os tipos de rochas que compõem esta unidade são: charnockitos, granulitos, anfibolitos, dioritos, gabros, piroxenitos, migmatitos e quartzitos diversos. Os minerais MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 12 constituintes desses tipos de rocha são principalmente: quartzo, feldspato, hipertstênio, mica, sillimanita, olivina, anfibolito, piroxênio, zirconita e apatita. Sob o ponto de vista geomorfológico a PCH – Nova Maurício, está localizada próximo aos limites da sede municipal da cidade de Leopoldina, as altitudes variam de 500 metros a 1.000 metros de altitude, na sub-bacia do rio Pomba no limite da Região Geomorfológica do Planalto Centro Sul de (planalto dos campos das vertentes) com a Região do Vale do Paraíba do Sul (depressão escalonada dos rios Pomba - Muriaé), com relevo forte ondulado e montanhoso. No que se refere ao aspecto pedológico, a ADA , a região de inserção da PCH – Nova Maurício, é composta basicamente por solos oriundos da ação do intemperismo, resultando em solos das classes dos Latossolo Vermelho Amarelo Distrófico, de moderada textura argilosa. Nos terraços aluvionares depositados pelo rio Pomba ocorrem os Neossolos Flúvicos sob topografia plana. No entorno da área de influência direta da PCH Nova Maurício, estes solos são utilizados para pastagens e agricultura. Para melhor avaliar o uso e ocupação do solo na área de inserção da PCH – Nova Maurício foi realizada uma vistoria técnica, ocasião em que foi observado que os solos da região são propensos à erosão, em decorrência de um relevo inclinado e da supressão da vegetação nativa pela ocupação do passado, mostrando-se um ambiente já bastante modificado, onde o processo de erosão foi bastante agravado pelo manejo inadequado com as atividades agrícolas e pecuárias. Já se faz notar, em alguns trechos da área diretamente afetada, processos de erosão, principalmente a erosão laminar, nas encostas de ambas as margens do reservatório. A região está sob o domínio de “Mata Atlântica”, mas atualmente são encontrados, apenas pequenos remanescentes florestais nos topos dos morros e pequenos fragmentos ciliares, encontrando-se uma paisagem totalmente modificada, composta por pastagens com alguns resquícios de matas mais preservadas nos altos de morros ou próximos às áreas que margeiam o reservatório, principalmente as que são de propriedade da VALESUL ALUMÍNIO. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 13 Nas partes baixas da paisagem, são encontrados os solos com maior potencialidade para uso agrícola, todavia a pecuária se constitui no uso mais intenso dos solos, e sua ocupação vai desde as margens do reservatório até o topo das encostas, com trechos de pastagens plantadas. 6.3 HIDROLÓGICOS A PCH Nova Mauricio está inserida na sub-bacia do Rio Novo, bacia do rio Pomba, macro bacia do rio Paraíba do sul. O Rio Novo onde se insere o empreendimento também é conhecido como Piau, é o principal afluente na margem direita do Rio Pomba e, portanto, subafluente do Rio Paraíba do Sul. Nasce na Serra da Mantiqueira no município de Antônio Carlos com o nome de Rio do Pinho, banha o município de Santos Dumont, e, após um percurso de 169 km de extensão, desagua no Rio Pomba, no município de Cataguases. A região possui clima tropical já a precipitação média anual é em torno de 1300mm. As maiores precipitações são registradas no período de outubro a março, sendo os meses de inverno marcados pela estiagem. Na média julho é o mês mais seco, quando ocorrem precipitações abaixo de 20 mm, e dezembro o mês mais chuvoso, cuja média fica acima de 270 mm. ( Estação “Usina Mauricio”-2142006). Figura 6: Posicionamento do empreendimento na bacia (Fonte: IGAM) MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 14 A qualidade das águas é um indicativo da qualidade ambiental de uma bacia hidrográfica sendo altamente influenciada pelas atividades humanas, principalmente ao despejar os esgotos domésticos e urbanos no leito do rio. Assim para avaliar a qualidade das águas do rio Novo, numa fase atual, após 50 anos de operação da PCH – Nova Maurício foi realizado um amplo levantamento envolvendo os aspectos físico, químico, bacteriológico e limnológico envolvendo as comunidades aquáticas, tendo como base a Resolução CONAMA 357/2005 e DN COPAM 01/2008. A qualidade da água, de acordo com os resultados obtidos para o IQA, indicam águas de boa qualidade para o trecho monitorado, apresentando somente um resultado classificado como médio e três momentos de excelência. As cianobactérias, grupo importante do fito plâncton (algas), ocorreram nas campanhas de março, setembro e dezembro de 2010; no entanto, em nenhuma ocorrência foi ultrapassado o limite de células estabelecido pela legislação. Para a comunidade bentônica, organismos que vive no leito do rio, foram observados resultados diversificados, com variação numérica de indivíduos do ponto NM-01 à NM-05. O fato de maior relevância nestas campanhas foi o registro do gênero Biomphalaria sp. e do Corbicula sp., sendo o primeiro hospedeiro do Shistosoma mansoni, causador da xistose e o segundo considerado organismo invasor; entretanto, os registros foram pouco significativos numericamente. Assim, concluímos que os valores encontrados tanto para os aspectos físico- químicos, bacteriológicos e limnológicos são a princípio satisfatórios no trecho amostrado, indicando uma água de qualidade variando de média à ótima (segundo valores de IQA) no trecho da bacia do rio Novo, curso em que está inserida a PCH Nova Maurício. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 15 7. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO EMPREENDIMENTO O arranjo geral da PCH – Nova Maurício é composta pelo reservatório, barragem, trecho de vazão reduzida, tomada d’água, chaminé de equilíbrio, conduto forçado, estrutura de extravasamento de fundo, casa de força, canal de descarga e estação transformadora. A área total inundada é de 312 hectares (ou 3,12 km²), e mesmo sendo um pouco maior que o permitido para uma PCH, a sua energia gerada é abaixo de 30 MW, o que a classifica dessa forma. 8. PROJETOS DE OBRAS CIVIS E DE EQUIPAMENTOS 8.1 BARRAGEM/RESERVATÓRIO: Uma barragem é uma barreira artificial, feita em cursos de água para a retenção de grandes quantidades de água. A barragem da PCH Nova Maurício é toda construída a base de concreto, com 110 metros de extensão, 23 metros de altura máxima e crista de 4 metros de largura. A estrutura de escoamento de fundo, assentada sobre uma cota de elevação de 178,8 metros possui um canal fechado com 6 metros de comprimento, 1,80 metros de largura e 2 metros de altura. Este canal contém duas comportas do tipo vagão de acionamento mecânico. As comportas hidráulicas são importantes componentes de reservatórios, pois são utilizadas como equipamentos de segurança e controlede vazão. O reservatório da PCH Nova Maurício possui uma lâmina d’água de 312 ha (3,12 km²) com perímetro de 19968 metros e largura média de 386 metros, atingindo a cota máxima de 199 metros de nível d’água e cota mínima de 194 metros, permitindo assim uma diminuição máxima de até 5 metros nos seu modo operacional. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 16 8.2 VERTEDOURO: Em barragens, o excesso de água deve ser descarregado para jusante de forma segura. Isto pode ser feito de diferentes formas, sendo a principal delas com o uso de vertedouros que consiste num orifício sem a parte superior. O vertedouro da PCH Nova Maurício é composto por cinco comportas do tipo setor, de 8,10m x 4m cada, com uma capacidade máxima de 200 m³/s por comporta. Características hidráulicas do Vertedouro • Sobrelevação para cheia centenária - 1,0 m • Sobrelevação para cheia milenar - 2,0 m A operação no vertedouro é feita exclusivamente no período úmido, quando as vazões afluentes elevadas provocam a elevação do NA do reservatório, de modo a regular esse NA entre 194m e 198,50m. 8.3 TOMADA DE ÁGUA: É nada mais que uma estrutura para a captação dá água do reservatório. É geralmente construída de concreto. A tomada d’água, situada à direita do reservatório a cerca de 600 metros antes da barragem, possuindo uma estrutura composta de um único vão com 12 metros de comprimento total, 14 metros de largura e 17,5 metros de altura, com cota de soleira na elevação de 185,5 metros. É dotada de uma comporta de controle da adução, de controle eletromecânico, com acesso aos circuitos de baixa e alta pressão por onde escoa as águas até as unidades geradoras. O bloco da estrutura da tomada d’água possui também grade de acionamento mecânico em sua entrada, cuja função é reter detritos e outros objetos submersos arrastados pelas águas, evitando assim possíveis danos ás turbinas. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 17 8.4 SISTEMA DE ADUÇÃO: Serve para conduzir a água do reservatório da tomada d'água à câmara de carga. Segue uma mesma curva de nível (praticamente não tem queda). O circuito hidráulico de adução da PCH é localizado na margem direita do reservatório, é composto pela tomada d’água acoplada a um circuito de baixa pressão com canal adutor fechado (0,40 mm) até a chaminé de equilíbrio com 300 metros de comprimento. 8.5 CHAMINÉ DE EQUILÍBRIO: As chaminés de equilíbrio são dispositivos que atuam, ao mesmo tempo, na proteção contra as depressões e contra as sobrepressões, visto que possibilitam a oscilação em massa da água entre a chaminé e o reservatório de descarga, evitando-se, neste trecho, a ocorrência de variações elevadas de pressões. Na PCH a chaminé é do tipo Alívio e formada por uma seção cilíndrica com uma entrada e quatro saídas e possui altura de 22,65 metros e área da seção de 6 m². 8.6 CONDUTOS FORÇADOS: Sua função é a de conduzir a água sob pressão no trecho mais inclinado, até a casa de máquinas, onde irá ser turbinada. É composta por um circuito de baixa pressão com 04 tubulações metálicas de 200 metros que conduzem a água até as turbinas na casa de força. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 18 Figura 7: Conduto Forçado PCH Nova Maurício. (Fonte: Estudo de Impacto Ambiental VALESUL/2011) 8.7 CASA DE FORÇA: Esta tem por função abrigar os grupos geradores (turbina e gerador elétrico) e os equipamentos de controle e, por vezes, pode também abrigar os equipamentos elétricos de transmissão. Portanto, deverão ser previstas nas suas dependências, as áreas destinadas aos equipamentos definidos em cada projeto. A casa de força em Nova Maurício, é do tipo abrigada (central externa), está assentada a cerca de 600 metros abaixo da barragem, gerando um trecho de vazão reduzida. Possui uma estrutura convencional e com as seguintes dimensões: 32 metros de comprimento, 12 metros de largura e um bloco de montagem de 7 metros de comprimento que hoje abriga quatro unidades geradoras. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 19 . Figura 8: Casa de Força PCH Nova Maurício. (Fonte: Estudo de Impacto Ambiental VALESUL S.A. 2011) 8.8 TRECHO DE VAZÃO REDUZIDA (TVR) Com a instalação do empreendimento foi gerado um Trecho de Vazão Reduzida (TVR) de 4,55 km de extensão com relevo acidentado e rochoso onde não foi destinada nenhuma vazão remanescente para este trecho, uma vez que barragem da PCH Nova Mauricio não dispõe de dispositivo para a manutenção de vazão sanitária no TVR. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 20 Assim a vazão remanescente existente neste trecho é resultante do volume de percolação da água do reservatório através da barragem e suas ombreiras, frestas dos vertedouros, bem como, de quatro pequenos tributários existentes que deságuam no próprio TVR, sendo que alguns intermitentes, que matem o trecho com uma pequena vazão durante quase todo ano (Figura 9). Figura 9 – Trecho de Vazão Reduzida (Fonte: Vale S.A.). 8.9 CANAL DE FUGA: Devolve ao leito do rio a vazão de água que passou pela turbina e gerou energia. Na Nova Maurício, possui uma extensão de cerca de 630 metros, sendo que após esta distância encontra com o ribeirão Jatobá que percorre 2,5 Km aproximadamente até sofrer confluência com o ponto final do TVR, sendo este ponto caracterizado como ponto de restituição do Rio Novo. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 21 9. CÁLCULO DA ENERGIA EFETIVA LIVRE E POTÊNCIA ESTIMADA Para a avaliação da atratividade energético-econômica do local selecionado, deverá ser estimada a energia firme (EFe) e assim a potência estimada a ser instalada no aproveitamento (Pot), utilizando-se as seguintes fórmulas, que foram apresentadas durante as aulas de Geração Hidráulica: EFe = μ . 9,81 . Q . H��� . ∆t 1000 Sendo: • Gravidade 9,81 m/s²; • � = Rendimento do conjunto turbina-gerador; • EFe = Energia Firme Estimada (MW); • Q = Vazão média mínima de 7 dias consecutivos com período de retorno de 10 anos (Q7, 10); • ∆� = Intervalo de tempo (s); • Hliq = Queda líquida final (m.c.a); ��� = ��� �� Sendo: • Pot = Potência estimada a ser instalada (MW); • Fc = Fator de capacidade; O rendimento do conjunto turbina-gerador geralmente é disponibilizado pelos seus fabricantes, em caso de ausência do mesmo, a ANEEL recomenda uso de 85% (0,85) como o valor do rendimento. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 22 A vazão a qual se refere a formula é a Q7, 10 vazão média mínima de 7 dias consecutivos com período de retorno de 10 anos em m³/s. Atualmente a ANEEL recomenda utilizar 50% da Q7, 10 (valor outorgável), para os cálculos. No entanto, ainstalação da PCH Nova Mauricio ocorreu em 1955 quando era permitida a utilização de 70% da Q7, 10 sendo esse o valor utilizado para os cálculos. Hliq refere-se à queda líquida, dada em metro de coluna d’água. É encontrada através da queda bruta (Hebreu), subtraindo a perda de carga. Segundo o Estudo de Impacto Ambiental (EIA), a queda bruta é de 93,334 m e a queda liquida é de 90 m. De acordo com a ANEEL deve-se subtrair da queda bruta 5% referente à perda de carga nos condutos (livres/forçados) e 3% a perda na casa de força o que fornece uma queda liquida de 85,8673m. ∆� diz respeito ao intervalo de tempo, o qual foi considerado 1s e o fator de capacidade (Fc) é disponibilizado pela ANEEL e citado no EIA como sendo 55% (0.55). Os cálculos a seguir foram feitos tanto com o valor da queda liquida de 90m disponibilizada no EIA, quanto para a queda liquida de 85,8673m que considera as perdas de carga de acordo com a ANELL. I. Utilizando o Hliq. do Estudo de Impacto Ambiental (EIA): ��� = [0,85 ∗ 9,81 ∗ �0,70 ∗ 7,47" ∗ 90 ∗ 1] 1000 $%& = ', ()*) +, Assim, substituindo o valor de EFe temos a potência estimada dada por: ��� = 3,9242 0,55 ��� = 7,1349 /0 Como existem 4 turbinas na PCH Nova Maurício: MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 23 123 = * ∗ 4, 5'*( 123 = )6, 7'(7+, II. Utilizando o Hliq. considerando as perdas de carga segundo a ANEEL: ��� = {0,85 ∗ 9,81 ∗ �0,70 ∗ 7,47" ∗ [93,334 − �93,334 ∗ 0,03" − �93,334 ∗ 0, ] ∗ 1} 1000 $%& = ', 4*** +, Assim, substituindo o valor de EFe temos a potência estimada dada por: ��� = 3,7444 0,55 ��� = 6,8073 /0 Como existem 4 turbinas na PCH Nova Maurício: 123 = * ∗ <, 6=4' 123 = )4, ))()+, Na PCH Nova Maurício, segundo o EIA a potência instalada em 1955 era de 29,232 MW. A diferença entre os valores reais e os valores encontrados pode ser devido à variação entre o rendimento real das turbinas e o valor sugerido pela ANEEL, lembrando que segundo o parecer técnico a PCH possui 4 turbinas Francis de potências diferentes, consideradas iguais apenas para os cálculos. Outra justificativa é uma possível variação nas normas dos órgãos responsáveis, ao longo dos anos. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 24 10. CRITÉRIO PARA SELEÇÃO DE TURBINA Segundo a Eletrobrás (2000), a escolha da turbina se dá pela análise da queda líquida (metros) e a vazão de projeto por turbina (m³/s), que são os parâmetros utilizados para a escolha preliminar. O gráfico da Figura 10 permite determinar a turbina ideal para o aproveitamento através desses dois parâmetros. Dados PCH Nova Mauricio segundo o Estudo de Impacto Ambiental: • Queda liquida: 90m/s; • Vazão turbinada total: 42,34 m³/s; • 4 turbinas; Assim observando o gráfico abaixo é possível afirmar que a turbina ideal para uma PCH com as características da “Nova Mauricio” é do tipo Francis, o que de fato é comprovado segundo o parecer técnico. Figura 10 – Gráfico de Seleção de Turbinas analisando Vazão e Queda (Fonte: ELETROBRÁS, 2000). MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 25 10.1TURBINAS FRANCIS – TURBINAS E GERADORES DA PCH NOVA MAURICIO As turbinas do tipo Francis surgiram em princípios do século XIX, no ano de 1833 quando o engenheiro francês Fournetron inventou a turbina que ficou, inicialmente, com seu nome, e que funcionava sempre submersa. Henschel e Jonval introduziram o tubo de aspiração, mas foi o engenheiro americano Francis, que em 1849, inventou a turbina mista que leva universalmente o seu nome (BASSETTI, 2008,33). De acordo com Bassetti (2008,34) existem duas espécies de turbinas Francis: • Francis caixa aberta: recomendáveis para aproveitamentos hidroelétricos com queda até 10m. O rotor, o distribuidor, o tubo de aspiração e parte do eixo ficam situados dentro de uma câmara em comunicação direta com a câmara de carga e abaixo do nível mínimo de montante. O eixo pode ser horizontal ou vertical. • Francis caixa espiral: Para quedas acima de 10m é utilizada em minicentrais o eixo fica disposto horizontalmente, devido às facilidades de instalação e manutenção. Segundo a VALESUL a PCH Nova Maurício atualmente abriga quatro turbinas do tipo Francis com regulador mecânico/hidráulico e válvula borboleta, com vazão nominal de 42,34m³. De acordo com o parecer técnico são quatro geradores com diferentes potências: • 2 com potência nominal unitária de 4,936 MW; • 1 com potência nominal unitária de 8,00 MW; • 1 com potência unitária 11.360 MW; Possuem frequências e rotações nominais de 60Hz e 520rpm respectivamente, operando sob uma queda líquida de 90 m e queda bruta de 93,334m. Levando em MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 26 consideração a queda liquida de 90m e as definições das espécies de turbinas Francis conforme Bassetti pode-se supor que a PCH Nova Mauricio possui turbina Francis caixa espiral Figura 11 – Água após passar pelas turbinas. (Fonte: Estudo de Impacto Ambiental VALESUL S.A. 2011). 11. ESTUDO DE VAZÕES Para estimar as vazões máximas, mínimas, médias e ecológica onde está instalada a PCH – Nova Maurício partiu-se dos dados da estação base. Porém sabe-se que o valor deveria ser corrigido com base na diferença das áreas de drenagens. Assim, considerando a área da estação da base como A1 = 1770 km² e a área de drenagem local de inserção do empreendimento A2 = 1760 km², ambas no Rio Novo, chegou-se ao fator de correção, através da relação a seguir. Fator de Correção = A2 / A1 = 1760/1770 = 0,99435. Logo, com este fator de correção é possível estimar os valores para o local exato da PCH Nova Maurício, e esse foi o procedimento utilizado nos cálculos a seguir. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 27 11.1 VAZÕES MÁXIMAS: As vazões de cheia foram determinadas por meio da série de vazões médias diárias da estação de Usina Maurício, disponibilizado pela ANA, considerando o período de maio/1967 a junho de 2010. Após a pesquisa dos dados de vazões máximas diárias ocorridas em cada ano, procedeu-se à análise estatística desses dados. Foi ajustada a distribuição log-normal à série de vazões médias diárias máximas anuais, bem como avaliada sua adequação à distribuição empírica. A tabela abaixo indica os valores de vazões máximas obtidos, associados a diversos tempos de recorrência (TR) para a estação de Usina Maurício, bem como as estimativas efetuadas para o local da PCH Nova Maurício. TR (anos) Vazão (m3/s) – Estação Usina Maurício Vazão (m3/s) – PCH Nova Maurício (estimativa) 5 272,11 258,28 10 337,28 320,13 15 375,40 356,31 20 402,44 381,98 25 423,42 401,89 30 440,56 418,16 40 455,06 431,92 50 467,61 443,83 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 28 100 553,76 525,60 200 618,92587,45 500 705,07 669,22 1000 770,23 731,07 Figura 12 – Tabela de Vazões médias diárias máximas anuais. (Fonte: Autor Próprio). 11.2 VAZÃO MÍNIMA DE REFERÊNCIA (Q7,10) Os valores de vazão mínima (Q7, 10) no local da Usina foram determinados pela metodologia regional descrita na publicação “Deflúvios Superficiais no Estado de Minas Gerais” (HIDROSISTEMAS/COPASA 1993) que utiliza como base a vazão Q30,10 (vazão média mensal com 10 anos de retorno). À referida vazão, é aplicado um fator de ponderação (FTD), obtido em função da tipologia regional característica do ponto em estudo, permitindo, desta forma, a determinação da Q7,10, vazão média diária de 7 dias de duração e 10 anos de tempo de retorno, referência para os estudos de outorga. Ainda de acordo com a publicação da HIDROSISTEMAS/COPASA, citada anteriormente, constata-se que a região do empreendimento está localizada predominantemente numa área cuja a tipologia homogênea é referenciada pelo código 211 que se caracteriza por: (i) Pluviosidade anual entre 1000 mm e 1500 mm; (ii) Predominância de relevo forte ondulado a montanhoso; (iii) Predominância de terrenos com baixa capacidade de infiltração. São áreas com médias ou altas contribuições específicas e variação intra-anual intensa em cheias e estiagens pronunciadas. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 29 Para essa tipologia, o fator de ponderação da Q7,10 é aproximadamente 0,889 (FTD) e o rendimento específico mínimo é de duração mensal e recorrência decenal é cerca de 5 L/s/Km2. Assim, tem-se: >?,@A = B&'=, 5= C %DE C FG, sendo: Q7,10 = Vazão mínima com 7 dias de duração e 10 anos de período de recorrência; Re30,10 = Rendimento específico médio mensal com 10 anos de período de recorrência (L/s/Km2); Ad = Área de drenagem; Então: >?,@A = 0,889 H �5/1000" H 1680 >?,@A = 4, *4 J '/K. Logo, obteve-se o valor de 7,47 m3/s para a vazão Q7,10 no local da PCH Nova Maurício. 11.3 VAZÕES MÉDIAS A série de vazões médias mensais de longo termo (QMMLT) no local de inserção da usina, como nos casos anteriores, também foi obtida por transferência a partir da estação base fluviométrica base pela proporcionalidade entre as respectivas áreas de drenagem. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 30 Os dados obtidos foram os seguintes: Figura 13 – Tabela de vazões médias mensais no longo termo. (Fonte: Autor Próprio). Conforme os dados apresentados na figura acima, no decorrer do ano, ocorrem entre os meses de maio e outubro, as menores vazões médias no local de inserção da usina, sendo agosto e setembro os mais críticos, registrando a menor vazão média de 16 m3/s no mês de agosto. O gráfico abaixo dá outra ilustração dos resultados: Figura 14: Gráfico de Curva de variação da QMLT nos meses do ano. (Fonte: Autor Próprio). Podemos verificar a partir da análise da tabela acima e do gráfico acima que as vazões médias mensais conseguiram mantar funcionando, durante todo o ano, pelo MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 31 menos uma entre as quatro turbinas da usina acima do mínimo operacional que é 4,74 m3/s, que somada a vazão mínima no trecho de vazão reduzida (TVR) de 3,4 m3/s recomendada pela SUPRAM-ZM, chegaria a 8,14 m3/s. Assim, mesmo com a vazão mínima registrada no mês de agosto da ordem de 16 m3/s, ainda é possível turbinar outras 7,86 m3/s totalizando 12,6 m3/s, valor este superior a vazão mínima operacional de 4,74 m3/s. Na figura a seguir, são apresentados os dados de vazões médias e a respectiva curva de permanência para o local onde está implantada a usina. Figura 15 – Permanência de vazões médias mensais. (Fonte: Autor Próprio). Verifica-se na figura anterior que em 90% do tempo ocorrem vazões superiores a 8,14 m3/s, que é um valor referente à soma da vazão mínima necessária para manter o funcionamento do pelo menos uma turbina com a vazão mínima de 4,74 m3/s e da vazão a ser mantida no TVR de 3,4 m3/s. Entretanto, é relatado nos estudos apresentados para outorga, que no período de 2006 a 2010, a menor vazão turbinada foi superior a 11 m3/s, o que possibilitou a manutenção de uma vazão à jusante superior a 5,2 m3/s, ou seja, maior que vazão recomendada pela SUPRAM-ZM, de 3,4 m3/s, definida nos cálculos. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 32 11.4 VAZÃO ECOLÓGICA Sabe-se que um valor único de vazão mínima não é suficiente para manter as condições naturais pré-existentes e as variabilidades naturais dos sistemas hídricos são muito importantes para o desenvolvimento das comunidades aquáticas. A vazão mínima ecológica ou ambiental pode ser definida como sendo a vazão que se deve garantir a jusante de uma estrutura de armazenagem (barragem) ou captação (tomada de água) para que se mantenham as condições ecológicas naturais de um rio depois de retiradas para atender usos externos como abastecimento público, industrial, irrigação, energia elétrica, etc. Dessa forma, os usuários de água devem assegurar vazões mínimas para a manutenção dos ecossistemas aquáticos. O importante que se tenha o conhecimento de que a permanência prolongada de valores de vazão inferiores aos naturalmente verificados pode ocasionar impacto ao ecossistema existe no trecho do curso d’água que será influenciado por esta vazão reduzida. Para a PCH Nova Maurício, no período mais crítico de estiagem, a vazão turbinada será regida de tal forma a garantir sempre, no mínimo, a vazão sanitária no trecho vazão reduzida (TVR), que conforme recomendação da SUPRAM-ZM, será 3,4 m3/s, ou seja, aproximadamente 45% da Q7,10. Figura 16: Curva de vazões da PCH Nova Maurício. (Fonte: Autor Próprio) MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 33 Conforme mostra a figura acima, a proposta da SUPRAM-ZM, de 3,4 m³/s a ser mantida no TVR, embora não acompanhe a dinâmica hidrológica natural do Rio Novo, foram verificados valores inferiores a este no período hidrológico (1967 / 2010). 12. REGRA OPERATIVA O regime de operação do empreendimento é por modulação diária de ponta. Usa- se o reservatório no horário de ponta visando obter potência máxima instalada (29,232 MW) quando é necessário turbinar a vazão nominal de 42,43 m³/s (vazão de engolimento) para operação das quatro unidades geradoras, todavia a vazão mínima turbinada é da ordem de 4,74 m³/s, onde apenas uma das turbinas funcionará. Isso ocorre geralmente em período de estiagem. Tanto no período úmido (novembro – abril) quanto no seco (maio – outubro) a PCH Nova Maurício opera normalmente, sem a necessidade da parada total das máquinas para recuperação do NA do reservatório. Pode-se comprovar isso comparando os dados da sequência histórica de vazões afluentes médias com os dados de engolimento das turbinas. No período úmido é mais fácil promover o equilíbrio entre as vazões afluentes, turbinada e o nível do reservatório, possibilitando uma geração mais regular, mesmo que não esteja no horário de ponta. Ressalta-se que a vazão turbinada é de 42,34 m³/s. Já no períodoseco, as médias históricas de vazão mostram que a operação da usina tem que ser feita com vazões afluentes abaixo da capacidade plena de geração das quatro turbinas, não sendo suficiente para se manter o equilíbrio entre o nível do reservatório, a geração fora de ponta e a geração na ponta. Desta forma, a única maneira de se operar a usina é por intermédio de uma geração fora de ponta reduzida com apenas uma máquina de menor potência em funcionamento, para garantir a geração nominal durante as três horas do horário de MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 34 ponta. Ressalta-se que a vazão nominal turbinada é de 4,74m³/s, havendo ainda a necessidade de se manter uma vazão de 3,4 m³/s ao longo do trecho de vazão reduzida de aproximadamente 4,3 km. A recuperação do nível do reservatório se dará durante as 21 horas que a usina funcionará no regime fora de ponta com consequente redução da geração durante o dia e a geração em plena potência é praticada durante o horário de ponta, em três horas noturnas, visando atender as necessidades do sistema elétrico. Operando da forma descrita, haverá um deplecionamento diário no reservatório de cerca de 2 metros e, muitas vezes, não se consegue recuperá-lo em função de que a vazão afluente diária passa a ser menor que a vazão defluente ao longo do dia. Diante disso, opera-se a usina, então, dentro de um programa que evita que o deplecionamento atinja o limite do nível mínimo de operação, o que faria com que o NA caísse abaixo dos 194 m, nível mínimo operacional para a usina. Figura 17: Relação entre as vazões da PCH Nova Maurício. (Fonte: Autor Próprio) MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 35 A vazão excedente em casa mês foi calculada pela fórmula: >�H��L�M�� = >NéLPQ – �>�STUPMQLQ + >���WóYP�Q". Pela Figura acima, é possível observar que a vazão a ser desviada para o circuito de geração da usina é de 42,34 m³/s para a produção máxima de energia. No entanto, durante o período de estiagem, sobretudo nos meses entre julho e setembro, o volume de água a ser derivado para a geração de energia será reduzido, acompanhando o regime hidrológico do corpo hídrico. Assim, para manter apenas a vazão ecológica de 3,4 m³/s no TVR, a menor vazão a ser turbinada de 12,6 m³/s ocorre no mês de agosto, bem acima da vazão mínima necessária para manter pelo menos uma turbina em funcionamento que é de 4,74 m³/s. 13. DADOS PLUVIOMÉTRICOS A pluviometria foi avaliada com base nos dados meteorológicos da estação Usina Maurício, da Agência Nacional das Águas (ANA), localizada no município de Itamarati de Minas. Nos dados inclui-se observações disponíveis de janeiro de 1944 até dezembro de 2010. A tabela a seguir apresenta os valores pluviométricos mensais da Usina Maurício no período citado, como suas médias mensal e anual, e ainda o valor pluviométrico total registrado por ano MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 36 Figura 18: Tabela de totais Pluviométricos Mensais – Estação Usina Nova Maurício. (Fonte: Agência Nacional das Aguas – ANA, adaptado). MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 37 Segundo a tabela da figura 18, o maior total pluviométrico anual é de 2434,5 mm registrado em 1952 e o menor de 763 mm, em 1959. O gráfico abaixo apresenta a precipitação média em cada mês. Figura 19 – Gráfico da Precipitação média mensal – Estação Usina Nova Maurício. (Fonte: Autor Próprio). De acordo com o gráfico da figura acima, observa-se que o regime pluviométrico da região estudada apresenta uma distribuição unimodal (descontínua), com verão chuvoso e inverno seco. Do ponto de vista da variação mensal, as maiores precipitações se concentram de novembro a janeiro e as menores de junho a agosto. Para se ter base do tamanho da descontinuidade da precipitação, os meses de outubro a março somam mais de 83% do total pluviométrico anual, enquanto o período de maio a agosto, o mais seco, participam com apenas 6,8%. 14. CONSIDERAÇÕES FINAIS Em relação ao estudo de vazões e conforme o parecer técnico os dados existentes indicaram que a vazão mínima a ser turbinada é de 4,74m³/s, quanto às vazões diárias observam-se valores superiores a 8,14 m³/s, vazão mínima para produção de energia, MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 38 que é suficiente para manter a vazão mínima para o funcionamento da turbina (4,74 m³/s) acrescida da vazão ecológica (3,4 m³/s). Observa-se também que a vazão média mensal (fig. 13, fig.14) varia entre 16 m³/s e 62,6 m³/s, sendo o mês de agosto, período no qual o Rio Novo apresenta menor vazão média (16 m³/s), e neste caso a vazão máxima a ser turbinada será de 12,6 m³/s, uma vez que o restante (3,4 m³/s) será liberada no rio como vazão ecológica. A vazão nominal de 42,3m³/s ,solicitada pra o funcionamento das 4 turbinas com potências máximas, só é possível de dezembro a março. Conforme a VALESUL e já citado anteriormente a maior parte do tempo o regime operacional adotado será o de ponta e fora de ponta, quando a usina deverá funcionar por 3 horas diárias para a produção máxima de energia de 29 MW usando a vazão total solicitada, de 42,34 m³/s, fato este que provoca uma depleção no reservatório da ordem de 2 metros. Nas outras 21horas a geração será reduzida a fim de recompor o nível de agua do reservatório. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 39 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS (BRASIL) (ANA). HIDROWEB: SISTEMAS DE INFORMAÇÕES HIDROLÓGICAS. Disponível em: http://www.hidroweb.ana.gov.br/HidroWeb [2] AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA (Brasil) (ANEEL). Banco de Informações de Geração: BIG. Disponível em: http://www.aneel.gov.br/15.htm [3] ANDRADE, J.S.O. Pequenas Centrais Hidrelétricas: Análise das causas que impedem a rápida expansão de um programa de PCH no Brasil. 2006. 88 p. Dissertação (Mestrado) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia. Universidade de Salvador, Salvador, 2006. Disponível em: http://tede.unifacs.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=126 [4] BASSETI B. L. Estudo e Projeto Básico de uma Pequena Central Hidrelétrica. 2008. Monografia apresentada ao Departamento de Engenharia Elétrica do Centro Tecnológico da Universidade Federal do Espírito Santo. Disponível em: http://www2.ele.ufes.br/~projgrad/documentos/PG2008_2/brunolorenzonibassetti.pdf [5] BRASIL. Decreto nº 4.970, de 30 de janeiro de 2004. Dá nova redação ao art.1º do Decreto nº 4.932, de 23 de dezembro de 2003 e define o índice de atualização monetária das quotas de que trata o §1º do art.13 da Lei nº 10.438, de 26 de abril de 2002. Diário Oficial da União, Brasília, DF, 2004c. [6] CENTRAIS ELÉTRICAS BRASILEIRAS S.A. ELETROBRÁS. MINISTÉRIO DAS MINAS E ENERGIA. Diretrizes para Estudo de Pequenas Centrais. 1. ed., 2000. [7] CLEMENTE, L. Seleção de potência instalada ótima no de PCHs no contextode mercados competitivos. 2001. 270 p. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2001. Disponível em: MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 40 http://www.aneel.gov.br/biblioteca/trabalhos/trabalhos/Dissertacao_LeonardoClemente. pdf [8] ELETROBRÁS. Diretrizes para Estudo de Projetos de Pequenas Centrais Hidrelétricas, 2000. [9] ELETROBRÁS. Metodologia para Regionalização de Vazões. 1985. [10] GARCIA, L.V. ANDREAZZA, A M.P. Estabelecimento de vazões ambientais efluentes de barragens: Sugestão metodológica. Revista Brasileira de Recursos Hídricos. v. 9, n.3, 2004. [11] SIAM, Sistema Integrado de Informação Ambiental. Disponível em: http://www.siam.mg.gov.br/siam/processo/processo_emprto_emprdor.jsp?pageheadernu ll&num_pt&ano_pt&nome_empreendedor&cpf_cnpj_emprdor&num_fob=851376anof ob=2010&cod_atividades&cod_outros_municipios&nome_empreendimento&cp_cnpj emp&tipoProcesso&num_apefoutorga&cod_empreendimento&ano_apefoutorga. [12] SIAM, Parecer Único Item 7.1 Vale S.A. Disponível em: https://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CQ FjAA&url=http%3A%2F%2F200.198.22.171%2Fdown.asp%3Fx_caminho%3Drenioes %2Fsistema%2Farquivos%2Fmaterial%2F%26x_nome%3DItem_7.1_Vale_S.A._%22 8PCH_Nova_Maur%25EDcio%2529_2.pdf&ei=EPJ5VPL_C8mqNtTg3A&usg=AFQj CNEYxKEIVZU9hntNm_YUawR3nFBfQ&sig2=WLc7cQJ9qMIBiYuwoEz7Vw&bm =bv.80642 63,d.eXY&cad=rja [13] VALESUL ALUMINIO S.A – Estudo de Impacto Ambiental, Empreendimento PCH Nova Maurício Dezembro/2011. Disponível em: http://www.siam.mg.gov.br/siam/lc/2011/2694020100012011/9223362011.pdf. [14] VALESUL ALUMINIO S.A – Parecer Técnico - Água Superficial. Disponível em http://www.siam.mg.gov.br/siam/outorga/2011/190682011/7426752012.pdf. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br 41 [15] VALESUL ALUMINIO S.A – Plano de Controle Ambiental, Empreendimento PCH Nova Maurício Dezembro/2011. Disponível em: http://www.siam.mg.gov.br/siam/lc/2011/2694020100012011/9223382011.pdf. [16] VALESUL ALUMINIO S.A – Relatório Técnico Simplificado para o Requerimento de Outorga de Direito de Uso dos Recursos Hídricos para PCH Nova Maurício (2011). Disponível em: http://www.siam.mg.gov.br/siam/outorga/2011/190682011/9223552011.pdf
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