Centrais de hidrelétricas

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PONTIFICIA UNIVERSIDADE CATOLICA DE MINAS GERAIS 
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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELETRICA 
CENTRAIS ELETRICAS 
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CENTRAIS HIDRELETRICAS 
2000 
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IDIREITOS AUTORAIS RESERVADOS 
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• INDICE 
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1. POTENCIAL HIDRAULICO 	 1 
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1.1 Generalidades 	 1 
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1.2 Definicao de Alguns Termos Comuns em Hidrologia 	 2 
• 
1.2.1 Elementos relativos a bacia hidrografica 	 2 
• 1.2.2 Elementos relativos ao curso d'agua 	 3 
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•
1.3 Fluviometria 	 4 
1.3.1 Uso de flutuadores 	 5 
• 
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1.3.2. Uso de Tubo de Pitot 	 6 
• 1.3.3 Uso de vertedores 	 7 
• 
•
1.3.4 Uso de molinetes 	 9 
• 2. NOCOES GERAIS SOBRE USINAS HIDROELETRICAS 	 11 
• 
•
2.1 Generalidades 	 11 
• 2.2 A Hidroeletricidade para o Brasil 	 13 
• 
•
2.3 Fatores que Influem na Localizacao de uma Usina Hidroeletrica 	 15 
•
3. CLASSIFICACAO DAS USINAS HIDROELETRICAS 	 16 
• 
•
4. PRINCIPAIS PARTES DA CENTRAL HIDROELETRICA 	 18 
• 4.1 Centrais de Desvio 	 19 
• 
•
4.2 Centrais de Represamento 	 19 
• 4.3 Barragens 	 20 
• 
•
4.3.1 Barragens a gravidade 	 21 
• 4.3.2 Barragens a arco 	 23 
• 
• 4.3.3 Barragens a arco-gravidade 	 24 
• 5. OBRAS ACESSORIAS DAS BARRAGENS 	 24 
• 
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5.1 Descarregadores de Vaziies Excedentes 	 24 
n
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411
 
5.1.1 Descarregadores de superficie ou vertedores 	 24 
5.1.2 Descarregadores de fundo 	 25 
5.2 Tomadas de Agua 	 26 
5.3 Conducao de Aducao da Agua 	 27 
5.3.1 Condutos de baixa pressao 	 27 
5.3.2 Condutos forcados 	 27 
5.4 Camara de Carga 	 29 
5.5 Chamines de Equilibrio 	 31 
5.6 Restituicao da Agua ao Leito do Rio 	 33 
6. GENERALIDADES SOBRE TURBINAS HIDRAULICAS 	 34 
6.1 Principais componentes 	 34 
6.2 Classificacao das Turbinas Hidraulicas 	 35 
Turbina de acao 	 36 
Turbina de reacao 	 37 
6.3 Variacio da Energia Hidraulica em Instalacoes com Turbinas de Acao 
e de Reacio 	 38 
6.4 Campo de Emprego das Turbinas Hidraulicas 	 38 
6.4.1 Introducao 	 38 
6.4.2 A escolha da turbina 	 39 
6.5 Turbinas Pe1ton 	 43 
6.5.1 Generalidades 	 43 
6.5.2 Constituicao mecanica da turbina Pe1ton 	 44 
6.6 Turbinas Francis 	 46 
6.6.1 Generalidades 	 46 
6.6.2 Constituicao mecanica da turbina Francis 	 47 
6.6.3 Instalacoes com turbinas Francis 	 59 
•
6.7 Turbinas Mice e Kaplan 	 50 
• 
•
6.7.1 Desenvolvimento 	 50 
•
6.7.2 Turbina Mice 	 53 
• 
•
6.7.3 Turbinas Kaplan 	 54 
•
7. EXEMPLO DE CALCULO PARA DETERNIINACAO DE UM 
• 
•
APROVEITAMENTO HIDRAULICO 	 57 
• 8. A GERACAO HIDROELETRICA NO ESTADO DE MINAS GERAIS 	 59 
• 
•
9. GRAFICOS, DESENHOS E FIGURAS 	 62 
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1. POTENCIAL HIDRAULICO 
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•
1.1 Generalidades 
• 
Os elementos basicos de uma fonte de potencial hidraulico do: 
• 
•
• 
rios e cursos d'agua em geral; 
• 
411 	 • 
uma altura ou queda disponivel que permits o aproveitamento do caudal na producAo 
de energia. 
• 
•
A potancia hidraulica bruta em urn curso d'agua é, assim, dada por: 
•
N*_ QH * 
75 
• 
•
onde: 
• N* = potencia hidraulica bruta, em CV 
Q = vazio turbinada ou descarga derivavel, em m3/s 
•
11* = altura bruta ou queda topografica entre as cotas 
•
do nivel d'agua de montante e jusante, em metro 
•
De uma maneira geral, a determinacao da queda bruta é um mero problema de 
•
topografia. A determinacao da descarga derivivel e de suas variaciies a, contudo, urn 
•
problema que demanda estudos bem mais cuidadosos e demorados. 
• Torna-se necessario, portanto, que o engenheiro dedicado a hidroeletricidade tenha bons 
•
conhecimentos de hidrologia para bem poder avaliar as possibilidades de um 
•
aproveitamento hidroeletrico. 
• 
•
A hidrologia é, no seu sentido mais amplo, a ciencia que estuda a ocorrencia, a circulacao 
e a distribuicao de agua na natureza, bem como responde pela analise dos fenomenos e 
•
pelas leis naturals que os explicam. 
•0 	 A avaliacao da descarga derivivel ou vazAo turbinada requer, portanto, esses conhecimentos de hidrologia, importando, inclusive, o conhecimento de fatores que 
0 afetam o regime do curso d'agua como precipitac5es, evaporaclo e infiltracao das aguas. 
• 
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• 
• 
1.2 Definigao de Alguns Termos Comuns em Hidrologia 
• 
Dentre um nitmero considerivel destes, destacaremos aqueles que mais comumente 
•
comparecem em hidroeletricidade e. inclusive. sao imprescindiveis ao estudo dos 
•
aproveitamentos hidraulicos. Para maior clareza, sao os mesmos divididos em dois 
•
grupos: 
• • 
Elementos relativos bacia hidrograflca 
• 
•
• Elementos relativos ao curso d'agua. 
•
1.2.1 Elementos relativos bacia hidrografica io 
•
1. Afluxo da bacia: volume total da precipitacao na bacia em um dado interval° de 
•
tempo. 
•
2. Altura do fluxo: espessura da lamina d'agua de volume igual ao afluxo da bacia, 
•
suposta uniformemente distribuida na superficie da mesma. 
• 3. Defluxo da bacia: volume total de agua que deixa a bacia em um dado interval° de 
• tempo. 
• 
•
4. Altura do defluxo: espessura da lamina d'agua de volume igual ao defluxo, suposta 
uniformemente distribuida na superficie da bacia. 
• 
•
1.2.2 Elementos relativos ao curso d'agua 
• 
•
1. Defliivio: volume total de agua que passa nusna seccio transversal de um curso d'agua 
•
em determinado tempo. Tem-se, assim, deflitvio anual, mensal e diario, expressos em 
•
milhoes de metros cnbicos. 
4. 	 2. Descarga: deflnvio na unidade de tempo, isto 6, metros cnbicos por segundo. 
• 
•
3. Descarga diaria: media aritmetica das descargas que ocorrem durante o dia. 
•
4. Descargas medias mensal e anual: media aritmetica das descargas que ocorrem 
•
durante o mess e durante o ano, respectivamente. 
• 
•
5. Descarga minima anual: menor descarga oconida durante o ano. 
•
6. Descarga maxima anual: maior descarga ocorrida durante o ano. 
•
7. Descarga maxima absoluta: maior descarga que se presume possa ocorrer, em 
•
qualquer tempo. 
8. Descarga minima absoluta: menor descarga que se sabe tenha ocorrido em estiagetn 
excepcional e que pode produzir-se de longos em longos periodos. 
• 
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9. Descarga media normal de n anos: media aritmetica das descargas minis para n anos 
consecutivos. 
Dentre esses elementos, influem diretamente no estudo basic° de uma usina hidroeletrica: 
•
Descarga media (diaria, mensal ou anual): medida durante um periodo de varios 
•
anos, torna-se o valor basic° para determinacao da capacidade de usina e para 
estimativa da producao de energia. 
• 
•
* Descarga minima: para avaliacao disponivel e, muitas vezes, servindo de base para 
•
estabelecer a implantacdo de uma usina termoeletrica auxiliar. 
• 
* Descarga maxima: para permitir inna instalacao segura, influindo na escolha e 
•
dimensionamento adequado dos vertedores e comportas de seguranca, visando 
•
conferir ao aproveitamento, seguranca para evitar osperigos de enchentes para as 
•
propriedades do montante. 
•
1.3 Fluviometria 
• 
•
A fluviometria e a parte da hidrog;rafia que estuda a medicio das descargas ou vazoes dos 
•
dos ou outros cursos d'agua, medicoes estas necessaria detenninacao do potencial 
•
hidraulico disponivel. 
•
Estas descargas caracterizam-se por extrema variabilidade, muitas vezes, em amplos 
limites, sendo esta variabilidade ou grau de irregularidade medido pela relacao entre a 
•
descarga maxima e a minima. 0 quadro abaixo da ideia do grau de irregularidade de 
•
algtms rios brasileiros. 
41 
Quadro I - Grau de regularidade de alguns rios do Brasil 
Bacia Rio Qmax/Qmin Regime do Rio 
Parana Grande 11200 	 20'5 estavel 
547 	 1 
Leste Paraiba do Sul 2.133 	 22,7 estavel 
94 	 1 
Sao Francisco Sao Francisco 8.336 — _11 uniforme 
757 — 1 
Parana Iguacu 3.991 	 _39 , regular 
102,4 	 1 
Lagoa dos Patos Jacui 3.050 	 396 • • mstavel e irregular 
7,7 	 1 
4 
• 
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• 
lc 
•
4, 2. 	 1--1.13"" `; 7, • 
•
1 	 ••• 
•
tc-ses 
Processo comumente empregado em cursos d'agua de menor tamanho e que consiste em 
se lancar nos mesmos urn flutuador, encaminhando-o para os pontos onde os filetes sao 
mais velozes. Marcam-se, entao, dois pontos do curso d'agua afastados entre si pela 
distancia / (/ variando de 20 a 30 ) e mede-se a seguir, o tempo t gasto pelo flutuador para 
percorrer esta distancia. 
• 
• 
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• 
•
Quanto aos processos empregados para a medicio da vazao, cumpre ressaltar que a 
•
aplicacAo dos mesmos é, acima de tudo, fbncao das condicOes locais. Para se ter tuna 
•
ideia da variedade destes processos, é suficiente dizer que, para a execucao dos mesmos, 
lanca-se mao desde o uso de simples flutuadores ate o uso de radio-isotopos, em 
•
processos mais sofisticados e de maior responsabilidade. 
• 
•
Dentre estes tantos processos, as condic5es locais, quase sempre, possibilitam o emprego 
dos seguintes: 
•
• Flutuadores. 
• 
•
• 
Tubos de Pitot. 
• • V ertedores. 
• 
•
• Molinetes. 
•
1.3.1 Uso de flutuadores 
Figura 1 - Uso de flutuadores para medir velocidade media do curso d'agua 
Nestas condicoes: 
V„, . = t 
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Para a velocidade media, pode-se admitir, com razoivel precisAo, que: 
V 	 = 0,8 x V 
• 
• 
• 
• 
Basta, agora, fazer o levantamento da seccAo transversal e aplicar a equacio de 
• 
	
continuidade, ou seja: 
• 
	
Q =A • V 
Q: vazAo em m3/s. 
A: area de seccao transversal, em m2. 
• 
•
0 levantamento da seccAo e feito da seguinte maneira: 
•
• Se o curso d'agua e artificial (canal, p.ex.), basta medir a profundidade da lamina 
•
d'agua e calcular a seccio usando o perfil conhecido da planta de construcao. 
• 
•
• 
Se o curso d'agua e natural, o levantamento da seccao feito atraves da sondagetn de 
uma seccAo: paralelismo das margens, uniformidade da velocidade e fundo mais 
•
regular (quadro possivel). 
• 
•
A Figura abaixo ilustra com bastante clareza este rudimentar processo de levantamento da 
seccio. 
• 
• 
• 
• 
• y 
	
- A - 	 
•
- 
fi_ 	 f 	 If - 3 - 	 4 - 
• n 
• 
• 
• 
	
Figura 2 - Levantamento de secciio do curso d'agua. 
• 
•
1.3.2. Uso de Tubo de Pitot 
• 
	
Tem a finalidade de medir a velocidade em um ponto da corrente d'agua sendo uma 
• 
	 aplicacao imediata do teorema de Bernoulli. 
• 
	 Consiste em utn tubo recurvado que e mergulhado em tun ponto do curso d'agua. 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
Onde: 
e, 1 	 e. 
".• 
• 
• 
• 
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• 
• 
• 
• 
• N A 
• 
• 
• 
• 
• 
pi , 
.•n•••• .••••n 
• 
••••n••n •••nn••• 
• 
• 
•
‘1 	 e• 	 ei 	 /4, 
Figura 3 - Medici-to da velocidade atraves do tubo de Pitot 
A energia cinetica 6, end°, transformada em energia de posicAo e, aplicando o teorema 
de Bernoulli, podemos escrever. 
• 
•
P, V,2 	 P, 0+ + _0+ +h 
•
y 2g 
•
Donde: 
VI = V2gh 
• 
•
Devido ao atrito da agua com o tubo de Pitot, emprega-se um cormtivo K, variavel entre 
0,5 e 1,0 de modo que a velocidade para ca1culo da vazao passa a ser: 
• 
v = k 
• 
•
A seguir, faz-se o levantamento da seccao e emprega-se a equacao de continuidade. 
• 
•
1.3.3 Uso de vertedores 
• 
•
um processo, como os anteriores, empregado para medicao de vallies pequenas e 
medias em cursos d'agua naturals ou artificiais. 
• 
Os vertedores sio aberturas ou entalhes de geometria definida, dispostos transversalmente 
•
a corrente e sobre os quais escoa a agua. 
•
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•
 
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2_3m 
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• 
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• 
• 
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•
Stie "dr,41 
•
"•• 
• 	
$.0... 
et" 
• 
•
Figura 4 - Mediciio de vatho atraves de vertedores 
• 
•
Do ponto de vista terminologico, tem-se nos vertedores: 
•
Crista ou soleira: é a borda horizontal do vertedor. 
• 
•
Faces: Sio as bordas verticais. 
•
Carga do vertedor: altura atingida pelas Aguas acima da soleira do 
•
vertedor e medida como se mostra a figura acima. 
• 
•
Assim, chamando h a carga do vertedor ou espessura da lamina d'agua acima de sua 
soleira, mostra-nos a figura acima que: 
• 
	 h = a - c 
•
Examinando-se o escoamento da agua em vertedores (do tipo retangular, por exemplo), 
•
verifica-se que, quando a largura L do vertedor é menor que a largura do canal, ocorrem 
•
contrac"Oes na lamina vertente, ou seja, os filetes inferiores, a montante, sobem e tocam a 
•
soleira, enquanto outros filetes abaixam-se. Segundo Francis, tudo se passa como se a 
•
efetiva largura do vertedor diminuisse, e tal fato influi na medicao. 
•
Assim, para o vertedor retangular sem contracio da lamina vertente, a vazao é dada por: 
Onde. 
•
Q: vazao, em m3 S 
•
L: largura do vertedor 
•
h: carga do vertedor 
• 
- .`. 
..,„1 	 • 
•
Q = 1,838 L h312 
 • 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
•
1 , 	 i 
e \ k ,. 	 '‘ 	 , 	 ; 
• 
• 
	
• I 
' 
I I 
• I 1. 
• 
	
1 
• 
Figura 5 - Vertedores com contracoes (quando L < largura do canal) 
• 
• 
	
Para vertedores retangulares com contracoes, teremos: 
• 
	
Q = 1,838 (L - 0,2h) h312 
, • 
• 
	
As expressiks acima sAo validas para vertedores retangulares de paredes delgadas (chapa 
ou madeira chanfrada). Quando, contudo, a parede do vertedor tem uma espessura (e = 
• 
	 0,66h), o vertedor considerado de parede espessa. 
• 
• 
• 
	
...... ....,.., 
'-.77:-.. -=--::.::: , 
: ::: - s..f . .,-. -- :::_<„,--': 4 ...-t.- , 
• 
	
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•
Figura 6 - Vertedores de parede espessa 
• 
	
Nestas condicaes, a vazAo sera dada por: 
•
Q=L111/2g(H—h) 
• 
•
1.3.4 Uso de molinetes 
•
0 molinete e um aparelho usado para medira velocidade media do curso d'agua, 
•
pennitindo, assitn, apos o levantamento da secca'o, que se calcule a vazAo em 
•
escoamento. 
•
Essencia1mente um molinete consta de 3 panes principais: 
• 
1111 	 1. Um leme, que o orienta no sentido da corrente. 
• 
• 
•
9 
• 
• 
• 
Figura 8 - Molinete tipo Ott 
Todo este conjunto preso (nao rigidamente, porem) a uma barra que se fixa no 
fimdo do curso d'agua. Na parte superior desta barra esta presa uma bateria (b), um 
carretel 8 (a) para o cabo eletrico e um indice (d) que indica a orientacao do molinete. 
• 
• 
• 
• 
2. Um eixo, apoiado em dois pontos e capaz de girar em tom° de si mesmo, tendo 
acoplado um sistema de duas a quatro helices em sua extremidade (estas helices sao 
•
inclinadas de um certo angulo em relacao ao eixo). 
•
3. Um conta-giros acionado pelo proprio eixo composto por um trem de engrenagens, 
•
formando um mecanismo de relojoaria. 
• 
• 
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Ar4,14%..A, 
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• 
• 
Figura 7 - Molinete comum 
• 0 principio de ftmcionamento do molinete consiste ern fixar a barra no ftmdo do rio e 
•
mergulhado o conjunto orienta-se o mesmo, pela acao do letne, no sentido da corrente; 
•
esta, batendo contra as pas, imprime-lhes um movimento de rotacao. Normalmente, a 
•
cada 50 rotacties ou voltas do rotor, um contato eletrico emite um sing grafico num 
•
cronograma, um sina1 acustico ou um sinal ofico e, nesses dois altimos casos, o operador 
conta o nitmero de sinais e marca o tempo com um cronometro, determinando o niunero 
•
de rotacties por minuto do molinete. 
• 
• 
• 1 0 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
•
Conhecido o niunero de rotaceles em determinado tempo, calcula-se a velocidade pela 
formula: 
• 
	
V= A . n + B 
• 
A e B: constantes caracteristicas do apareiho. 
•
n: 	 niunero de rotavies por segundo. 
•
Esta expressao decorre do fato de haver uma proporcionalidade entre a velocidade de 
•
rotacao do aparellao e a velocidade da corrente. 
•• 
	
	
Para medir a vazao, divide-se a secca'o do curso d'agua em uma sone de espacos menores 
e, para cada area, mede-se a velocidade no seu baricentro ou a aproximadamente, seis 
•
decimos da profundidade (velocidade que mais se aproxima da velocidade media). 
• 
•
0 produto da velocidade assim obtida pela area de cada seccao da a vazio em cada 
espaco e a soma destas vazoes da a vazio total. 
• 
•
Para medidas importantes em cursos d'agua de maior largura, o processo, alem de 
•
inseguro, torna-se, trabalhoso; nesse caso, a usual o emprego de um bateria de molinetes 
•
(ha casos de instaLacoes de mais de cem molinetes funcionando simultaneamente) 
instalados sobre barras ou hastes horizontais e, em vertical, mede-se a velocidade em 
•
diferentes pontos. 
• 
•
Ainda sobre o use de molinetes, julgamos oportuno acrescentar que os mesmos podem 
ser usados em cursos d'agua de ate 400m de largura pois acima de 400m ha a 
•
necessidade de usar processos mais praticos e precisos. 
• 
• 
•
2.NOcOES GERAIS SOBRE USINAS HIDROELETRICAS 
• 
• 
•
2.1 Generalidades 
• 
• 
•
As configuracties diversas que o capricho da natureza implanta na superficie terrestre 
fazem com que nao seja possivel encontrarmos duas bacias hidrograficas ou mesmo dois 
rios que possam ser considerados iguais. Mesmo quando se estreitam os limites da 
•
comparacao, a sempre possivel encontrar alguma substancial diferenca sob determinado 
ponto de vista, seja topografico, geologic°, climatic°, hidrolOgico ou geo-econdmico. 
•
Desse fato, resulta ser a implantacao de uma using hidroeletrica sempre urn caso 
•
particular, que pode, na melhor das hipoteses, apresentar uma notavel similaridade com 
•
instalacoes ja existentes. 
Isso se torna mais intensamente verdadeiro se o aproveitamento do curso d'agua tiver 
•
uma finalidade mais ampla ou abrangente do que simplesmente a geracao de energia 
• 
• 
•
11 
• 
• 
7 
• 
• 
• 
• 
•
eletrica. Nestas condicoes, torna-se essencial listar as mintiplas fmalidades que pode 
•
apresentar um aproveitamento hidrico. SAo elas: 
•
Controle das cheias e estiagens, 
•
Navegacao. 
•
Irrigacao. 
•
Turismo e esporte. 
•
Piscicultura. 
•
Geracao de energia eletrica. 
• 
•
Dentro desse enfoque disfinguem-se quanto sua funcio, dois tipos de aproveitamento: 
•
a. Aproveitamento exclusivo para producio de energia eletrica: e o caso mats comum 
•
etn bacias hidrograficas montanhosas, quando as altas quedas impedem a construcAo 
•
de eclusas para navegacao e a pequena vazAo nAo sugere seu aproveitamento para 
•
irrigacao. HA excecoes, nesse caso, para as bacias montanhosas que sejam de grande 
III 	
superficie e grandes vazeles onde a queda alta pode itnpedir a navegacao; porem, a 
area (la bacia e o caudal servem para uma banagem de acumulacAo com multiplos fins 
•
(controle de cheias e secas, irrigacAo, geracao de energia eletrica, saneamento). 
b. Aproveitamento 	 Caso tipico de aproveitamento de rios com declividade 
acentuada e tmiforme e de grande volume de Agua. Presta-se, sempre, a pelo menos 
duas ou mats das fmalidades anteriormente listadas e constitui a tendencia moderna. 
Tres Marias o exemplo brasileiro mais notavel desse tipo de aproveitamento. 
Quadro II - Algumas das maiores barragens do mundo 
Em volume estrutural Em altura 
Nome/Local Volume 103 m3 
Nome/Local/Tipo Altura (m) 
Tarbela/Pasquitio 149.961 Nureck/URSS/T 310 
Fort Peck/EUA 92.000 G.Dixence/Suica/C 284 
Oahe/EUA 70.300 Inguri/URSS/C 272 
Gardiner/Canada 65.548 Vaiont/Italia/C 262 
Mangla/Pasquitao 65.651 Mica/Canada/T 244 
T: Terra ou enrocamento 
C: Concreto 
Como consequOncia da construcao de barragens, surgiram alguns dos maiores 
reservatOrios do mundo. 
12 
• 
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Owen Falls 
•
Bratsk 
• 
•
Kariba 
• High Aswan 
• 
•
Akosombo 
• Itaipii 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
•
2.2 A Hidroeletricidade para o Brasil 
• 
•
Para uma analise quase primaria da importancia de Hidroeletricidade para o Brasil, basta 
•
considerarmos dois fatos: 
•
a. 0 Brasil é um pals possuidor de urn dos maiores potenciais hidraulicos do mundo, ou 
•
seja, estimativas pessimistas indicam urn potencial disponivel superior a 150.000.000 
•
Kw. Acrescente-se a isso a enorme disponibilidade do mesmo (nossa potencia 
•
instalada atual é da ordem de 50.000.000 kw) e o fato de ser este potencial de 
explorabilidade economica e relativamente facil, pois na realidade, existem rios 
• praticamente desconhecidos. 
• 
•
b. Somos urn pals carente de petroleo e carvao, o que torna inviavel ou pouco 
recomendavel a alternativa da termoeletricidade, pelo menos, enquanto existir 
•
disponibilidade de potencial hidraulico. 
• 
•
Em conseqiiencia disso, nossa energia eletrica e de origem predominantemente hidrica, e 
•
a hidroeletricidade revela-se o carninho mais viavel e economic° para levar o Brasil a 
compor o quadro das nacoes industrializadas ou, mais concretamente, para permitir ao 
•
Brasil resolver os grandes problemas economico-socials de sua gente. 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 13 
• 
• 
• 
Quadro III - Alguns dos maiores reservatorios do mundo 
Nome da barragem Pals Cap. Bruta (em 10 3 m3) 
Uganda 
Russia 
Rhodesia 
Egito 
Gana 
Brasil 
204.800.000169.400.000 
160.368.000 
164.000.000 
148.000.000 
29.000.000 
Para comparacdo, note-se que os represamentos das barragens de Furnas e Tres Marias 
tem, respectivamente, volume bruto de acumulacio de 22 e 21 bilhoes de metros cubicos. 
• 
411 
•
Ciente disso, ingentes esforcos concentram-se no setor, no sentido de desenvolve-lo e, 
como resultados concretos, podem-se apresentar os seguintes dados: 
•
• Na decada de 70, o Brasil esteve entre os paises que mais cresceram no setor de 
energia eletrica. 
• 
•
• Investiu-se no setor, anualmente, o equivalente a 1 bilhao de &dares entre 1971 e 
1975, e 2 bilhoes de &dares entre 1975 e 1979. 
• 
•
• 0 crescimento a uma taxa cumulativa entre 12% e 13c1/0 correspondeu, praticamente, a 
duplicar a capacidade instalada no pais a cada cinco ou seis anos. 
• 
•
mundo, como Itaipn, Tucurui, Sobradinho, Xingeo, Emborcacao, Sao Simao, 
•
Na decada de 90, o Brasil e detentor de algumas das maiores usinas hidroeletricas do 
•
Itumbiara, Marimbondo, Ilha Solteira, Paulo Afonso, Jupia, Fumas, Estreito, entre 
•
outras, todas com potencia instalada superior a 1.000 Kw. Somente Raton com uma 
•
potencia instalada de 12.600.000 Kw e uma das maiores de todo mundo. 
•
Entretanto, o crescimento de nosso parque industrial exigira, para o ano 2000, esforcos 
•
maiores ainda: 
• 
•
0 crescimento industrial, para nao sofrer atrofias, exigira o aumento da atual potencia 
•
instalada. 
•
Apesar de ser (1.3C maiores do mundo, seis anos ape's entrar em operacao, a Usina de 
•
Itaipn ja foi absorvida pelo crescimento do consumo de energia das regities Sudeste e 
Sul do Brasil e pela expansao da econotnia paraguaia. 
• 
•
Consome-se, ainda, pouca energia eletrica no Brasil, A Regiao Sudeste, a mais 
•
evoluida do pais apresentou, em 1980, um consumo medio da ordem de 2.000 
•
Kwh/habitantes, comparavel ao consumo da 	 em 1974. Em 1994, o consumo 
medio foi de 2100 Kwh/habitante. 
• 
•
• 0 consumo modio do Brasil e da ordem de 1.000 kwh/habitante, igual ao consumo da 
•
Venezuela em 1972. 
•
Para atendimento dessa crescente necessidade de energia, deverao ser instaladas, segundo 
•
previsOes da ELETROBRAS, mais de uma centena de grupos geradores de potencia 
•
superior a 1.000.000 kw cada. 
• 
• 
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• 
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• 
	
14 
• 
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• 
• 
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• 
• 
Num panorama atual, estAo instaladas ou ja encomendadas as seguintes unidades: 
• 
Quadro IV - Panorama energetico atual 
• 
• 
• 
Usina N° de Unidades Potencia Unitaria 
• 18 700 MW 
• 
Rai& 
• 
Tucurui 12 250 MW 
• 5 260 MW 
• 
Sao Felix 
• 
Xinger 9 367 MW 
• 2 375 MW 
• 
Paulo Afonso IV 
• 
Sobradinho 6 110 MW 
• 6 333 MW 
• 
Salto Santiago 
• 
Sao SimAo 4 250 MW 
• 
•
Salto Osorio 2 175 MW 
• 
Foz de Areia 6 200 MW 
• Dados: Revista Energia Eletrica, da ELETROBRAS 
• 
• 
• 
2.3 Fatores 	 que 	 Influem 	 na 	 Localizacao 	 de 	 uma 	 Usina 
• 
Hidroeletrica 
• influirao na 
• 
E evidente que uma gama enorme de fatores de complexidade variavel 
da usina. 
• 
escolha do local mais apropriado a construcao 
• 
Pretendendo 	 , 	 apenas, 	 comentar 	 aqueles 	 considerados 	 mais 	 importantes, 	 senao 
• 
absolutamente essenciais, destacamos: 
• Acessibilidade: Traduzida pela existencia de vias (rodoviaria, ferroviaria ou fluvial) 
• 
capazes de permitir o transporte de equipamentos de elevado peso e tamanho (turbinas, 
• 
geradores, pontes rolantes, tubulacties, ate o local da obra). Em alguns casos, a 
da 	 de 
• 
acessibilidade a usina se reveste da mais ampla importancia, atraves 	 necessidade 
importando, consequentemente, na 
• 
construcao de rodovias ou ferrovias especiais, 
do 	 da usina. 
• 
avaliacao 	 proprio custo 
• 
• 
• 
• 
15 
• 
►
• 
V 
• 
• 
• 
• 
• 
•
Fundacao: Costuma-se dizer ser uma usina hidroeletrica semelhante a tun iceberg: sua 
•
parte visivel, acima dos niveis d'agua, quase sempre, inferior em volume e em custo ao 
conjunto de °bras imersas na agua. 
• 
•
As fundaykies dependem, fundamentahnente, da configuracao e textura geologica do 
•
terreno e para suportar as pesadissimas obras civis exigem rocha sOlida e pouco profunda. 
•
Rochas profimdas requerem fundaceies especiais, encarecendo o custo da obra. 
•
Alem da estabilidade, reveste-se de importancia fundamental o problema da 
•
estanqueidade do terreno, para eliminar o problema de sobrepressao, possibilitando 
•
conferir ao conjunto de obras a segruranca e responsabilidade que devem ser inerentes a 
ele. 
•
Ctunpre destacar, nesse caso, a natureza da empresa concessionaria, se particular ou de 
•
poder public°. Este, visando ao interesse public°, vale-se, quase sempre, da isencao de 
toda ordem de tributos e da desapropriaclo das terras, recebendo os proprietarios 
•
normalmente, valores bem menores que os vigentes no mercado. 
•
Efetividade de utilizacao da energia gerada: Refere-se localizacao da central em 
•
relacao a posicao geogyafica do centro consumidor, afetando, essenciahnente, os custos 
•
de transmissao de energia gerada. 
•
Esta efetividade de utilizacao da energia gerada particularmente valida para as centrais 
•
independentes ou isoladas, ja que, para os sistemas interliepdos, diluem-se no proprio 
•
sistema os problemas de uma das centrais do mesmo. 
• 
• 
•
3. CLASSIFICAcA0 DAS USINAS HIDROELETRICAS 
•
Para a realizacao de um aproveitamento hidreletrico, necessaria a existencia de uma 
vazao hidraulica (m3/s) e um desnivel (m), o que pressupoe a wdstencia de condicOes 
•
locals naturais adequadas. 
•
Raramente, no entanto, vazties e desniveis se apresentam em condicaes ideais (ou quase) 
•
para esse tipo de obra, o que exige um euidadoso estudo e planejamento de cada caso 
particular, visando sernpre um menor custo do investimento por kW instalado, que se 
•
reflete no menor custo do kWh produzido, meta fmal de todos os aproveitamentos. 
•
Decorre dai a enorme variedade de centrals hidroeletricas existentes, nao havendo nunca 
centrais iguais. 
• 
•
A agua para sua utilimcdo encontra-se nos mares, nos lagos e, principahnente, nos rios. 
•
Estes apresentam vazeies altamente variaveis no tempo e completamente aleatoria, com 
enormes diferencas entre seus valores minimos, em epocas de seca, e maximos por 
ocasiao das epocas das chuvas. Essa uniformizacao desejavel conseguida por meio de 
•
reservatOrios que muitas vezes tem funcoes diversificadas. 
• 
• 16 
• 
• 
• 
• 
•
Custo de desapropriacao dos terrenos: tem reflex° direto nas charnadas despesas fixas 
•
de construcao, afetando, indiretamente o custo do kWh. 
• 
• 
• 
• 
• 
Os desniveis necessarios, por sua vez, podem ser naturais ou artificials, sendo estes 
obtidos pelas barragens, que podem proporcionar simultaneamente a constituicAo de 
reservatorios regularizadores de vaides. 
Ha diversos criterios de se classificar as centrais hidroeletricas: 
a. Quanto a sua potencia (kW) 
1. microcentrais 	 P 100 
2. minicentrais 	 100 P 5 1000 
3. pequenas centrais 	 1000 < P 5_ 10000 
4. medias centrais 	 10000 5 P 100000 
5. grandes centrais 	 P > 100000 
b. Quanto a sua queda (m) 
1. centrais de baixissima queda 	 H < 10 
2. centrais de baixa queda 	 10 II< 50 
3. centrais de media queda 	 50 .1-1 < 250 
4. centrais de alta queda 	 H> 250 
c. Quanto a forma de captacio de agua 
1. centrais em desvio e em derivacAo 
2. centrals em leito de rio ou de represamento 
d. Quanto a forma de utilizar as vazoes naturais 
•• 
• 
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• 
• 
• 
1. centrais a fio de agua 
2. centrais com regularizacao: diaria, semanal, anual e plurianual 
e. Quanto a sua funcao no sistema 
1. centrais de base 
2. centrais flutuantes 
3. centrais de ponta 
Esses criterios de classificacio nao sAo rigidos podendo variar de acordo com autores ou 
empresas de fornecimento energefico. 
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•
 
 
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, 	 • 	 . 
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14! 
-L. 
• 
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• 
• 
•
4. PRINCIPAIS PARTES DA CENTRAL HIDROELETRICA 
• 
•
Basicamente, uma central hidroeletrica compoe-se 	 seguintes partes, cada qual 
•
constituindo um conjunto de obras e instalacOes, projetadas harmoniosamente para poder 
operar eficientemente em conjunto: 
• 
a. Barragem 
•
b. Captactio e condutos de aducao de agua 
•
c. Casa de miquina 
• d. Restituicao de agua 
ID 
•
0 grau de complexidade de cada uma dessas partes depende de diversos fatores, tais 
•
como a potancia, a localizacAo da casa de miquina em relacAo captacAo e a restituicio, 
o lipo de captacAo, a qualidade do terreno ou ainda o tipo de central. 
4.1 Centrais de Desvio 
Podemos dizer que as centrais em desvio, com quedas inedias e altas, sio as que 
apresentam o maior rainier° de componentes, porem n5o s5o, em geral, as que, para uma 
dada potencia, apresentam o maior custo por kW instalado. Elas se caracterizasn pelo fato 
de que, a parcela principal do desnivel utilizado, decor= da propria declividade do rio. A 
captacAo feita em um ponto de cota bem mais elevada que a da restituic5o, conduzindo- 
se a agua para a central atraves de condutos, com superficie livre ou em pressio, que por 
motivos economicos devem ter o menor desenvolvimento possivel. 
A Figura a seguir mostra um aproveitamento desse tipo 
Figura 9 - Central em desvio com condutos em pressan 
18 
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• 
•
No presente caso, a barragem (1), de altura razoavel, colabora no aumento do desnivel, 
•
sendo a agua captada (2) a certa profundidade, portanto sob pressAo, canalizada por uma 
•
galeria escavada na rocha (3). Esta apresenta uma baixa declividade, corn velocidade da 
agua bastante pequena, e termina na chamine de equilibrio (4), ponto de transicao para o 
•
conduto forcado (5), que é constituido por uma tubulacao ou galeria de elevada 
•
declividade e em cuja extremidade inferior atua toda a pressao da agua devida ao 
•
desnivel. Ela termina na casa de miquinas (6), local onde estAo instaladas as turbinas (7), 
•
que restituem a agua ao rio. 
•
A barragem podera represar a agua e, dependendo das condiciies topograficas a 
•
montante, formar um reservatorio regulador de vazOes. 
•
0 conduto de baixa pressao podera tambern ser construido a ceu aberto, constituido por 
•
tubulavies de aco, concreto armado ou mesmo madeira armada. Neste caso, seu 
•
comprimento sera maior (3a). 
•
Quando a barragem se destinar exclusivamente a captacAo de agua, sua altura sera 
•
relativamente pequena. Neste caso, a aducao da agua ao conduto forcado podera ser feita 
•
em canal de superficie livre, em galeria ou a ceu aberto, terminando numa camara de 
•
carga, na qual tem origem os condutos forcados. 
• 
• 
• 
•
4.2 Centrais de Represamento 
• 
•
A descricAo que acabamos de fazer das centrals em desvio engloba todas as obras que 
•
poderab, sob certas condicoes de aproveitamento, compor esse tipo de centrals, mas nab 
•
necessariamente. Muitos dos elementos descritos poderAo ser omitidos desde que as 
condicaes locals do aproveitamento permitam sua simplificacdo. Assim, se por exemplo a 
•
distancia entre o ponto escolhido para a tomada de agua da barragem e a casa de 
•
maquinas for relativamente pequena, os condutos de baixa pressao, e consequentemente 
•
as chamines de equilibrio ou as camaras de carga - serao dispensiveis, sendo, por 
questOes econornicas, omitidos. 0 conduto forcado ligado diretamente tomada de 
• 
 
agua. Em outros casos, principahnente quando se trata de aproveitamentos de baixas 
•
quedas, existe um canal adutor terminando em tuna camara de carga, na qual se 
•
encontram as tomadas de agua localizadas praticamente a entrada das caixas espirais das 
•
turbinas, sem a existencia de condutos forcados, com a agua sendo restituida diretamente 
•
ao rio ou a canais de fuga. 
•
Nos casos em que o desnivel aproveitavel a obtido mediante o represamento das Aguas 
•
dos rios por meio de barragens, as casas das maquinas sao locoli7adas aos pes destas. Sao 
•
aproveitamentos para alturas baixas e medias. Com quedas baixissimas, a estrutura da 
•
casa das miquinas pode ser parte integrante do macico da barragem. 
• 
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• 19 
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• 
•
t. 
let;• VUNtrUita. 
Central hidraulica em circuito aberto a ceu aberto, Rio Parana, Hawk Brasil (P = 12600 M'W) 
4 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
•
1. barragem 	 5. turbina (P=517 MW; H2118,4m; 	 9. sistema de descarga 
•
Q=608 m3/2; n=-92,3 (rpm). 60 ciclos) 
•
2. grades 
3. tomada de agua 	
6. altemador 
7. casa de maquinas 	
10. transformadores 
11. sistema de transmissaio 
•
4. conduto forcado 	 8. portico-ponte 
• 
•
Pelo exposto, concluimos que para cada local aproveidvel podemos encontrar diversos 
•
esquemas de utilizacao, cada urna com diversas variantes, todos tecnicamente corretos e 
•
viaveis. Sem um estudo criterioso de cada utn e sem um estudo econiimico comparativo 
•
entre eles, impossivel estabelecer-se qual a solucao mais correta e adequada a cada caso. 
Consequentemente, cada central hidroeletrica, possui sua propria individualidade. 
• 
• 
•
4.3 Barrag ens 
• 
•
Constituem obras transversais aos alveos dos rios, bloqueando a passagern da agua. 
•
Funcionalmente, destinam-se a: 
•
a. Represar as itguas do rio para permitir sua capitacio e desvio. 
• 
•
b. Elevar o nivel das figuas a fim de proporcionar um desnivel adequado a um 
•
aproveitamento hidroeletrico ou condicoes de navegabilidade ao rio, garantindo 
profundidade adequada. 
• 
•
c. Proporcionar o represamento do rio para a formacao de reservathrios 
•
regularizadores de vaziies para os diversos tipos de aproveitamentos ou para o 
•
amortecimento de ondas de enchentes. 
• 
•
20 
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• 
Figura 10 - Barragem macica a gravidade 
1 . 00 
TUSO DE ORENAS EM 
0.20 0 
• 
S 
• 
• 
S 
•
4.3.1 Barragens a gravidade 
•
Sao aquelas em que o equilibrio estatico da construcAo, sob a acio das forcas externas 
(empuxo hidrostatico), realiza-se pelo proprio peso da estrutura, com o auxilio eventual 
•
da componente vertical do empuxo que atua sobre seus parametros. 
• 
•
A resultante de todas as forcas atuantes é transtnitida, atraves de sua base, ao solo do leito 
do rio sobre o qual se apoia. 
•
Os seguintes tipos pode ser considerados nesse grupo: barragens macicas, barragens 
•
aliviadas a contrafortes e barragens de placas planas ou em arco. 
Podem ser executadas com os seguintes materials: alvenaria de pedra, concretociclopico 
e concreto armado. Incluem-se nesse grupo tambem as barragens de terra e enrocamento 
(pedras soltas). Para qualquer situacao encontrada na natureza havera sempre urn soluclo 
•
adequada de barragem a gravidade a ser utilizada. 
S 
• 
S 
SECAO TRANEVE113•L EM UM 
CONTRAFOR SE OCO I/CP f".! 
Figura 11 - Barragem a gravidade aliviada a placa ou contraforte oco 
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/ , 
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42.0 
' 
\ 	 \ 	 Tama** OE AMA 
- _ _ 	 rod o • \ 	
Apt c c•a 
\ 	 2044,00/ 
11:1182\1' 
.• • 
. 
/ 
\tfCAN'AL vg 
OfICARtog 
GFCAO LONGITUDINAL 
''pac 
u304- 
Figura 12 - Barragem aliviada a gravidade com contrafortes ocos 
• 
• 
• 0 
• 
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• 
	
22 
re.lteM0 til.filla ►VIL 1 11111111.• 
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CORTE MA SECA° CENTRAL 
a. de terra 	 b. de enrocamento 
Figura 13 - Barragens a gravidade 
4.31 Barragens a arco 
Tiram proveito da propriedade de as estruturas em arco resistirem corn facilidade a cargas 
uniformemente distribuidas sobre seu dorso, transmitindo-as para suas ombreiras. Nessas 
condicoes, as forcas decorrentes do empuxo hidrostatico sao transferidas para as margens 
e o fundo do rio. Dai, para seu emprego, é necessario haver condicoes naturais 
essencialissimas, ou sejam: margens alias constituidas de rocha resistente e s5, fundo do 
rio igualmente em rocha resistente e sl. A relacao entre a largura do rio no local e a altura 
da barragem nao pode ser maior que de 3 a 4. 
Dada as suas pequenas secoes transversais, empregam pouco material, de forma que seu 
peso desempenha papel secundario no equilibrio estatico. 
Podem ser construidas em concreto e concreto armado. 
Pt. AN.A41 TRIA 
Figura 14 - Barragens a arco 
•
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•
 
23 
Figura 15 - Barragem arco gravidade 
4.3.3 Barragens a arco-gravidade 
Sao barragens que tem sua planimetria em forma de arco mas que, por outro lado, 
funcionam parcialmente como barragens a arco e parcialmente a gravidade. Suas secOes 
transversais apresentam-se bem mais espessas que as das barragens a arco, porem mais 
esbeltas que as das barragens a gravidade. Sao menos exigentes quanto ao material do 
local de sua construcao e constniidas em concreto ciclOpico. 
• 
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•
5. OBFtAS ACESSORIAS DAS BARRAGENS 
• 
• 
•
Alem de seu corpo principal, destinado ao fechamento do rio, as barragens sao equipadas 
com certas obras acess6rias e indispensiveis que transcreveremos sucintamente. 
• 
• 
•
5.1 Descarregadores de Vazoes Excedentes 
41 
•
Em toda barragem deve haver descarregadores das valoes excedentes decorrentes das 
•
cheias dos rios depois que sua capacidade de annazenamento foi completada, evitando 
seu transbordamento em locais irnprOprios. 
•
Os descarregadores sao basicamente de dois tipos: de superficie e de fimdo. 
• 
• 
•
A parte superior do corpo da barragem e o paramento de jusante sa'o modificados em 
•
relacao ao triangulo basico para permitir a passagem da agua sobre o mesmo. Sua forma 
obedece a um tracado especial desenvolvido ao longo do tempo. 0 perfil de Creager 
• 
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5.1.1 Descarregadores de superficie ou vertedores 
• 
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• 
• 
• 
hoje ainda muito popular por sua eficiencia. Podem ou nao ser equipadas com comportas 
•
para o controle da vazao. 
Em sua parte inferior, ao pe da barragem, 6 comum a construcao de dissipadores de 
•
energia para que a agua seja restituida ao leito natural do rio sem provocar erosao. 
• 
•
bliX, VOCKINTIC 
•
S03.00 
•
*cum Milt Um 
502,S0 
• 
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• 
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• 
•
5.1.2 Descarregadores de fundo 
Situam-se na parte inferior da barragem, sendo o escoamento em pressao. A vaz.ao 
controlada por meio de comportas e na sua saida necessaria a construcao de 
dissipadores de energia. 
Mesmo em barragens com vertedores pode haver um ou mais descarregadores de fundo 
destinados a descarregar, periodicamente, o material assoreado ao pe das mesmas. 
30, 111 
Figura 16 - SeOio transversal de um vertedor 
• 
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SCOE PAM* 
Came014 TA 
Df 
• 
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Figura 17 - Barragem com descarregadores de fundo 
• 
	
25 
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•
5.2 Tomadas de Agua 
• 
•
o ponto onde se inicia a conducao da agua para as turbinas. Pode estar incorporado 
•
barragem ou pode constituir uma estrutura independente. 
• 
41 	 Pode, ainda, operar em pressAo ou tambem corn superficie livre, dependendo de se tratar de barragem reservatorio ou barragem de simples captacio, respectivamente. 
• 
•
Seu equipamento consta, basicamente, do seguinte: 
• a. Grades de protecan - Com a finalidade de interceptar material carregado pelo rio e 
•
que possa danificar ou travar as turbinas como pedras, galhos e arvores. SAo 
•
constituidas normalmente por paineis de barras de secao retangular, cujo espacamento 
•
depende da dimensAo minima do material que se deseja reter. 
•
b. Comporta - Destina-se a abrir ou fechar a admissio da agua nos condutos. Equipadas 
•
em geral com sistema de fechamento rapid° para casos de emergencia. 
• 
•
Alan das comportas existe, em geral, urn sistema de vigas de vedacao (stop-logs) que 
permitem o fechamento da tomada de agua para fins de manutencAo das comportas. 
•
Podem, igualmente, ser equipadas corn comportas auxiliares para o enchimento dos 
•
condutos, proporcionando equilibrio hidrostatico em ambos os lados das comportas 
•
principais, reduzindo os esforcos necessarios a sua abertura. 
41 	 c. Tubo de aeracao - Nas tomadas de agua em pressao, imediatamente a jusante das 
•
comportas, deve haver urn tubo ou galeria vertical aberto em sua parte superior para 
•
permitir a entrada de ar na tubulacAo ap6s urn fechamento rapido das comportas, para 
•
evitar a formacao de depressoes no interior das tubulaciies de aducao que poderiam 
41 	 levar a seu esmagamento. 
• 
• 
• 
• 
• ilt7.1 
•
Pro. i ea 5 
•
J'40`44.21.SP 
Figura 19 - Condutos de baixa press-do 
26 
• 
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• 
Figura 18 - Tomada de agua 
• 
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• 
•
5.3 Conducao de Aducao da Agua 
41 
•
Destinam-se conducAo da agua da barragem as turbinas. Conforme 	 podem ser 
considerados dois grupos: condutos de baixa pressAo e condutos forcados. Uns como os 
•
outros podem ser executados em forma de &limbs ou timeis escavados em rocha, solucao 
•
preferida atuahnente, como tambem a ceu aberto. 
• 5.3.1 Condutos de baixa pressao 
• 
•
Caracterizam-se ao apresentar, normalmente, baixas declividades e, consequentemente, 
•
baixas velocidades de escoamento, o que permite, quando em galerias atraves de rochas 
•
sas, a dispensa de revestimento. 
• Em algumas situaciies, podem ser substituidos por canais de superficie livre, em galena 
• ou a ceu aberto. 
• 
•
Seu dimensionamento obedece ao criterio de que, para cada situacan, existe uma 
•
velocidade economica da agua. Esta detenninada procurando-se comparar o custo anual 
das perdas de energia corn o custo anual do investimento necessario a sua execucAo. Na 
•
literatura, encontramos diversos metodos para se determinar um dos parametros de 
escoamento queresulte no escoamento mais economic°. 
•
5.3.2 Condutos forcados 
• 
•
Sao condutos fechados, em que o escoamento se da a pressoes crescentes de montante 
para jusante, estando sua parte inferior submetida A pressao maxima do aproveitamento. 
•
Podem ser executadas tanto em galerias como a ceu aberto. 
• 
•
No primeiro caso, sera° sempre revestidos para se reduzir o coeficiente de atrito causador 
de perdas dinimicas. 0 revestimento podera ser dimensionado para resistir a toda pressao 
•
interim do conduto nos casos em que a qualidade da rocha nAo permite que se conte com 
•
sua colaboracao. Em outros casos, os esforcos decorrentes da pressAo interna sao parcial 
ou totahnente transferidos para a rocha atravessacia. 0 revestirnento podera ser feito com 
•
concreto armado ou com chapas de aco. Em qualquer dos casos deve-se assegurar a 
impermeabilizacao do conduto. 
Os perimetros molhados desses condutos sao igualmente detenninados por consideracoes 
•
tecnico-economicas. 
•
Quando em galerias, existe uma secao minima, abaixo da qual nAo possivel efetuar 
•
escavacties economicamente, que nos estudos devera ser devidamente considerada. 
Os condutos a ceu aberto &do constituidos por tubulacoes armadas ao terreno. Para 
medias e alias pressoes, empregam-se tubos de aco soldados, cinturados ou Tao. 
Para pequenas ou medias pressoes podem ser empregadas tubulacoes de concreto 
armado ou mesmo de madeira annada. Seu diametro e sua espessura podem ser 
27 
• 
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• 
• 
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• 
• 
S 
• 
S 
• 
S 
•
uniformes ou variaveis ao longo de seu comprimento. E mais comum que seu diametro 
•
decresca de montante para jusante corn as espessuras aumentando correspondentemente. 
•
Economia razoivel pode decorrer dessa pratica, inclusive no transporte dos tubos, pois os 
•
de menor diametro podem ser transportados no interior dos de maior. 
• 
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• 
• 
Figura 20 - condutos forcados 
Os condutos forcados devem ser equipados, obrigatoriamente, corn diversos acessOrios, 
•
em geral associados a seguranca da instalacao. 
• 
•
A montante, em seu inicio, sao instaladas valvulas ou comportas destinadas a impedir a 
•
entrada da agua, quando necessario. Seu fechamento podera ser inteiramente automatic°, 
comandado por dispositivos sensiveis a velocidade da agua. Quando esta ultrapassar um 
0 	 determinado valor, maior que a correspondente a vazao maxima prevista para operacao 
•
da usina, o dispositivo de fechamento é acionado, pois esse aumento de velocidade pode 
•
indicar series perdas de agua assim como a ruptura da tubulacao, cujas conseqiiencias 
•
podem ser desastrosas. 
IN 	 Imediatamente a jusante das valvulas ou comportas devem ser instalados tubos de 
0 	 aeracio ou valvulas de aeracao para permitir a entrada de ar na tubulacao ape's um 
•
Seu dimensionamento estatico é feito em funcao da maxima pressao interna a qual devera 
•
resistir, ou seja, a pressao hidrostatica acrescida sobre pressao decorrente do golpe de 
ariete. 
• 
Nas instalacOes de altas e medias quedas, alem das consideraciies de ordem economica 
•
para a escolha dos diametros dos condutos, deve-se considerar que ha limites superiores 
para a velocidade da agua nos mesmos, que tern influencia direta na intensidade do golpe 
•
de ariete, exigindo tubulacoes mais reforcadas e, igualmente, tempos menores de 
fechamento das turbinas. 
• 
•
5.3.2.1 Acesserios dos condutos forcados 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
28 
a. junta de dilatacao b. blocos de ancoragem c. sela de apoio ^ 
Figura 21 - Acessorios dos condutos forcados 
• 
• 
• 
•
fechamento rapid° das valvulas ou comportas de montante, equilibrando as pressOes 
internas e externas dos condutos. 
•
Em sua parte inferior, a entrada de cada turbina, deve igualmente ser instalada uma 
•
valvula que permite o bloqueio da agua, principalmente quando um mesmo conduto 
•
for-cad° alimenta mais de uma maquina. Podem-se assim efetuar trabalhos de manutencao 
•
em maquinas isoladas sem prejudicar o funcionamento cis demais. 
•
Dado a seu comprimento relativamente grande e a variacao da temperatura da agua, os 
O condutos de qualquer tipo sao tambem equipados com 
juntas de dilatacio, 
•
principalmente os condutos metalicos a ceu aberto. 
•
Os condutos a ceu aberto devem ser ancorados ao terreno por meio de blocos de 
O ancoragem. Estes sao obrigatorios em todos os pontos de mudanca de direcao e tambem 
III 	 nos pontos das reduceies de diametro. Por meio dos blocos, os esforcos devidos a esses 
•
fatores sao transferidos ao terreno. Entre dois blocos ha a necessidade de se instalarem as 
0 	 juntas de dilatacao 
em geral proximas ao bloco de montante. A fim de reduzir os 
esforcos de fiexao da tubulacao no vao entre dois blocos, empregam-se a intervalos 
ill 	 regulares as selas de apoio, sobre as quais as tubulacOes pode desli7ar, evitando-se 
6 	 esforcos de tlambagem ou de tracao em conseqiiencia da dilatacao ou da reducao de 
•
comprimento devida as variacoes de temperatura. 
• 
•
Candela 	
Presdhe 
Conduto 2 
• 
• 
• 
• 
• 
•
a 
• 
• 
• atispoli"f41, 
edreedsc de 1.120md 
Sueerta d• iltedet, 
r. 
• 
•
5.4 Camara de Carga 
•
Sao empregadas quando a alimentacao do conduto forcado se realiza atraves de canais ou 
•
galerias de superficie livre. Constituidas em geral por expansdes nas extremidades dos 
canais formando pequenos reservatorios de agua, aos quais estao conectadas as partes 
superiores dos condutos forcados. 
• 
	
29 
• 
• 
• 
As vezes, por questoes economicas, as camaras cumprem essa funcao apenas 
parcialmente, sendo equipadas corn vertedores para escoar o excesso de agua. 
in Pa 31;1 tido 	 
EMI I .._ 
FM 
COPMUTOS 
	
 FORG•DOS 
VIATIDOR 
ontaoe FINA 
‘• N Of• f ` -, 
 '+09 
Mr! A A 
• S 
• 
• 
• 
Suas ditnenshes dependem do volume de agua aduzido e do comprimento do canal 
•
adutor, pois devem possuir um volume de agua suticiente para, numa abertura brusca da 
•
admissAo das turbinas, atender a sua demands mais rapidamente do que seria possivel se 
fosse necessario faze-lo atraves do canal, cujo tempo de resposta sera tanto maior quanto 
•
mais longo for. 
• 
•
Suas flinches, destarte, podem ser resumidas nos seguintes: 
•
a. Proporcionar um espelho d' agua para a reflexAo das ondas do golpe de ariete, 
•
reduzindo sua intensidade. 
b. Proporcionar um volume de agua de reserva capaz de atender rapidamente ao aumento 
da vazAo requerido pelas turbinas em casos de aumentos bruscos de carga eletrica nos 
•
geradores. 
• 
•
c. Receber o excesso de agua rejeitado pelas turbinas em caso de fechamento brusco e 
tambem do canal adutor ate que este reaja, reduzindo a velocidade de escoamento sob 
•
influoncia do aumento do nivel de agua a jusante na camara. 
• 
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I 
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Figura 22 - Camara de carga 
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30 
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TOMADA1 OA AGUA 
SA eft AGE M 
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Figura 23 - Esquema basica de uma aducao com chamine de equilibrio 
CHAPAIN 
3 1 
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DAL E ftl• DE_ 111AtR• 
POESS•0 
• 
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• 
tusuLac io 
ot seta. Pat ssio 
CHAM1114 
ViLVUL AS 
TUIESINIA 
• 
• 
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• 
C ONOU TOE 
fOREAO OS 
• 
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• 
•
5.5 Chamines de Equilibrio 
Sao associadas a condutos fechados em pressao. Devem ser locali7adas o mais proximo 
•possivel da casa de miquinas para que os comprimentos dos condutos forcados sejam os 
•
menores possiveis. 
• Sao constituiclas, basicamente, por construcaes verticais, com as fortnas mais variadas, 
•
dispostas no ponto de transicao entre os condutos de baixa pressao e os condutos 
•
forcados. Sua forma mais simples e a cilindrica. 
• 0 nivel dinamico de agua varia continuamente, pois as oscilacoes das cargas dos sistemas 
• eletricos sao freqiientes, exigindo valoes maiores ou menores. A cada manobra de 
•
abertura ou fechamento dos orgaos controladores das vazoes das turbinas havera uma 
•
manifestacao do golpe de ariete de major ou menor intensidade. Sao, no entanto, os 
fechamentos totais, ou aberturas totais, que provocam as maiores intensidades de golpe de 
ariete. A vazao, impossibilitada de seguir pelo conduto forcado elevada na chamine, 
• provocando a variacao maxima do nivel para cima da mesma. Esse aumento de pressao 
•
tem um efeito retardador sobre a agua no conduto de baixa pressao, podendo mesmo 
•
inverter o sentido de escoamento, iniciando-se uma oscilacao da massa de agua entre a 
chamine e o reservatorio. Essas oscilacoes possuem periodos muitissimos mais longos que 
411 	 os do golpe de ariete e sao igualmente amortecidas por perdas de carga no conduto e na 
• chamine. 0 valor das ma)dmas excurseies pode ser reduzido por formas especiais das 
 
chamines, como tubos elevadores ou expansiies. Seu amortecirnento pode ser, 
•
igualmente, acelerado pela introducao de estrangularnentos na entrada das chamines. 
r.f.eee////1%."././,/,/,'" "'A/ /ire /iv/W/7/ ,/..//forliff/.17/./77,74777' 
1 
CHAMINES SIMPLES 
2 
rf/f,,rri //44/77/77/44,1% "Arze,W297/ViWV599:,/ 
II 9 
le,461//4,,,,,A66~ ,/yy, J 'J., e/i/VW-44,,/,:,-/1.4.7., 
CHAMINES COM CAMARAS 
6 	 7 5 
CHAMINES ESTRANGULADAS 
15 14 15 
—..11110n --a- 
AMOY,' A4, 
77127,2=17 
16 	 It 	 8 
—OW 	 •••-•••• 
,.„,...,77777,7)=971777,7 .717.444V4(// ///4W.1 
Figura 24 - Formas das chamines de equilibrio 
32 
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5.6 Restituigao da Agua ao Leito do Rio 
• 
Uma vez turbinacia, a Agua deve ser restituida ao leito do rio. Neste ponto, a energia e 
•
minima. pois se pressupZie que o maxim° foi retirado. 
• A restituicAo se inicia A saida dos tubos de succao nas maquinas a reacao ou A saida das 
• das tniquinas a ac5o, e que por isso mesmo deve estar o mais proximo dos leitos 
naturals dos rios. 
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	 to•oo 
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33 
Quando isso ndo for possivel, construir-se-ao canais ou galerias de restituicdo. Quando 
estas estiverem associadlq a rniquinas de reacao, cuja instalacao exija que fiquem 
abaixo do nivel do rio no local de restituicao, esta se fara em pressao e, se seu 
compritnento for razoivel, o fenomeno do golpe de ariete e o das oscilaciies de massa 
podem ocorrer tambern nessas galerias. Isso exige a instalacAo de chamines de equilibrio a 
jusante das turbinas no inicio da galeria. A Figura abaixo mestra urn exemplo tipico 
representado pela Central Hidreletrica de Paulo Afonso. 
_ 	
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.. ...- -_-_, .. .. ,.:- ._ _ _,,!.° c! i _ ___ _ 1 
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, , 	 1_2... r _i_Ji...!..: ...444._ 
,0111A[111 Cla 1n61-1. 
KAN,0trorts. 
114,6) 
Figura 25 - Chamine de equilibrio a jusante das turbinas (Paulo Afonso I) 
ic
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6. GENERALIDADES SOBRE TURBINAS HIDRAULICAS 
6.1 Principals componentes 
A turbina hidrauhca 6 uma miquina que transforrna a energia hidraulica em energia 
mecanica, modalidade esta de energia posteriormente transformada em energia eletrica 
pelo gerador. 
RE 
TORRIRA 
	 GERhROR 
Figura 26 - Transformacoes efetuadas na natureza da energia pelas miquinas de uma central 
hidroeletrica 
Basicamente, qualquer turbina hidraulica constituida de dois Orgios: 
a. Rotor - 6 um orgAo movel, sobre o qual atua a agua aduzida pelo distribuidor. 
dotado de pas (que formam canais) ou de conchas sobre as guais atua a agua em 
escoamento, sendo que as forcas decorrentes da velocidade da agua origin= tun 
conjugado de rotacao que di ao eixo a potencia e o movirnento desejado. 
b. Distribuidor - e um orgio fixo, ao qual compete as fimceies de bem conduzir 
(direcionar) a ag-ua ate o rotor, regulando a vazao turbinada e convertendo energia de 
pressao em energia cinetica. 
Figura 27 - Corte longitudinal em uma 	 com turbina Felton, destacando-se o rotor (R) e 
os distribuldores (D). Central de Cipreses (Chile) 
34 
augusto noleto
Highlight
augusto noleto
Highlight
augusto noleto
Highlight
augusto noleto
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augusto noleto
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augusto noleto
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augusto noleto
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augusto noleto
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Figura 28 - Corte longitudinal em uma instalacao corn turbina Francis, mostrando o rotor (R) e o 
distribuidor (D). Central de Macagua (Venezuela) 
Figura 29 - Corte longitudinal em uma instalaclio corn turbina Kaplan, destacando-se o rotor (R) e o 
distribuidor (D) 
•
6.2 Classificacao das Turbinas Hidraulicas 
• 
• 
•
A mais importante classificacao das turbinas é aquela que atende ao modo de atuar da 
agua e, segundo este criterio, sib as turbinas classificadas em: 
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	 35 
augusto noleto
Highlight
augusto noleto
Highlight
augusto noleto
Highlight
Figura 30 - Principio da acdo 
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turbinas de acao ou de impulsio ou de jato livre. 
•
turbinas de reacao ou de jato forcado. 
Como principais caracteristicas dos dois tipos, podemos citar: 
Turbina de egad 
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1. Funciona segundo o principio da acao 
•
2. A agua, ao incidir contra o rotor, esti dotada, exclusivamente, de energia cinetica. 
• 
•
3. Nab existe diferenca de pressao entre a parte superior e inferior do rotor, verificando- 
se num e noutro local a pressao atmosferica. 
• 
4. 0 rotor nao se encontra em contato com o nivel inferior da agua, pois esti suspenso 
sobre o mesmo. 
• 5 . 	 uma perda de queda correspondente ao desnivel entre o rotor e o nivel inferior da 
augusto noleto
Highlight
augusto noleto
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augusto noleto
Highlight
augusto noleto
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augusto noleto
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augusto noleto
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augusto noleto
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augusto noleto
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augusto noleto
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augusto noleto
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augusto noleto
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augusto noleto
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augusto noleto
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augusto noleto
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augusto noleto
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augusto noleto
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Figura 31 - Principio da reacao 
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Turbina de reacao 
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I i f 
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\\1 , fir• 
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•
1. Seu modo de funcionar baseia-se no principio da reacAo. 
• 
2. A Agua, ao entrar no rotor, esta dotada de energia cinetica e energia de pressao. 
•
3. Existe uma diferenca de pressAo entre a parte superior e a parte inferior do rotor. 
• 
•
4. 0 rotor encontra-se em contato corn o nivel inferior da Agua (canal de fuga), atraves 
•
do tubo de succlo. 
•
5. HA um aproveitamento total da queda, devido ao use de tubo de aspiracao ou de 
succAo. 
Dentro desta classificacao, os modemos tipos de turbinas hidraulicas scio assim 
enquadrados: 
Quad ro V 
Turbinas 
AcAo Reacao 
Pelton 
Francis 
Helice 
Kaplan 
Uma outra classificacao das turbinas, porem, menos importante, a aquela feita em funcao 
da trajetoria da Agua em relacAo ao rotor. 
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I 
37 
S 
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S 
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S 
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augusto noleto
Highlight
augusto noleto
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augusto noleto
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augusto noleto
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augusto noleto
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augusto noleto
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augusto noleto
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augusto noleto
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augusto noleto
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augusto noleto
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augusto noleto
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ID 
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Segtmdo esse criteria temos: 
• 
•
Turbina tangencial - nesta, a agua incide sobre o rotor na direcao tangencial. 
• 
ID 	 Exemplo: Turbina Pelton 
•
Turbina radial - na qual a agua penetra no rotor na direcao radial e 6, posteriormente, 
•
desviada para a direcao axial. 
•
Exemplo: Turbina Francis 
e 
•
• 
Turbina axial - a agua, em relacao ao rotor desenvolve uma trajetoria 
•
preponderantemente axial. 
•
Exemplo: Turbinas Kaplan e Hake 
0 
•
6.3 Variagao da Energia Hidraulica em Instalacoes com Turbinas 
•
de Aga° e de Reacao 
•
0 principal objetivo desse estudo estabelecer uma distincao entre as turbinas de acio e 
•
de reacio em termos das transformacOes de energia que se processam em seus 
•
componentes principais (rotor e distribuidor). 
•
Assim, constataremos que: 
• 
•
Na turbina de nal°, toda a conversio da energia potencial em energia cinetica se 
•
processa no distribuidor. A energia potencial de pressao apresenta os mesmos valores 
antes e depois de tocar o rotor e, nesse, a energia cinefica 6 transformada em energia 
•
meanica. 
•
Na turbina de rend°, a energia potencial de pressao convertida parcialmente em 
ID 	
energia cinetica no distribuidor, completando-se a transformacao no proprio rotor, onde a 
pressao saida menor que entrada. 
• 
• 
•
6.4 Campo de Emprego das Turbinas Hidraulicas 
•
6.4.1 Introducao 
• 
•
sempre possivel construir turbinas de mesma velocidade especifica para qualquer valor 
•
da queda H e da descarga Q. Entretanto, apenas um pequeno nitmero delas tera um 
•
rendimento aceitavel, compativel com a pratica. Assim, cada tipo de turbina so trabalhara 
•
com bom rendimento para valores de ns compreendido entre determinados limites. 
Podemos dizer, end°, que a queda H, a descarga Q e a velocidade especifica ns sao as 
grandezns que caracterizam qual o tipo de turbina a ser usada em uma dada usina 
• 
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augusto noleto
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• 
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• 
S 
S 
S 
S 
S 
hidroeletrica; dependendo destas grandezas, poderemos ter uma primeira orientacao para 
•
a escolha mais conveniente da turbina. 
• Entretanto, ao contrario do que parece a primeira vista, o campo real de aplicacao das 
•
turbinas hidraulicas flat) se apresenta de uma maneira rigida e absoluta. Sao tantas as 
•
variaveis envolvidas, tanto de ordem tecnica quanto econOrnica, que somente a 
•
experiencia obtida em longos anos de vivencia no assunto permitira que se considere 
•
apenas aquelas que sao realmente relevantes em cada caso particular. Assim a escolha 
•
definitiva da turbina so deve ser feita apps uma consulta as firmas construtoras. 
6.4.2 A escolha da turbina 
S 
Apos os estudos hidrolOgicos locais, nos quais se determinam tanto a queda quanto a 
•
vazao disponiveis ao longo de urn periodo, passa-se a escolha do alternador e da turbina 
hidraulica. Fixado o nitmero de pares de polos do alternador, teremos condicoes de 
•
escolher o tipo de turbina, porque se tornam conhecidas as grandezas necessarias para tal, 
a saber: 
• 
•
A vazao Q disponivel. 
•
A altura da queda H. 
•
A rotacao n da turbina. 
• A velocidade especifica 
Com o auxilio destas grandezas, fica facil a determinacao do tipo de maquina a ser usada. 
Na Figura 32, apresentamos (em fiincao da altura da queda, em pes, e da velocidade 
especifica, calculada no sistema ingles), um Abaco que nos permite selecionar o tipo mais 
conveniente de turbina. 
Todos os pontos, situados a esquerda de cada curva, indicam sempre urn mesmo tipo de 
turbina. Para uma queda de 4000 pes, por exemplo, a velocidade especifica de 3 rpm, 
encontramos como solucao a adocao de uma turbina Pelton de 1 jato. Para uma queda de 
30 pes e velocidade especifica 160 rpm, adotariamos uma turbina Kaplan. 
39 
• 
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•
6000 
•
4000 
• 3000 
•
2500 
2000 
• 
• '000 
• 
• 
• 
500 
450 
300 
20 
• 
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• 
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• 
• 
• 
• 
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(m) (ft) 
• 
• 
• 
• 3 
• 
• 
• 
•
2 	 4 5 	 IQ 
• 
• 
• 
•
Podemos observar que a turbina Pelton, ao contrario da Kaplan, apresenta baixa 
•
velocidade especifica, trabalhando sob quedas elevadas. As turbinas de grandes 
velocidades especificas 	 denominadas "turbinas velozes" porque para grandes 
•
potencias e pequenas quedas, tem grandes velocidades especificas. Embora a turbina 
•
Kaplan seja "veloz", a Pelton trabalha com elevadas rotacoes (n em torno de 1200 rpm), 
•
embora seja uma turbina "lenta". Esta aparente contradicio e facilmente compreendida 
com um simples exame da formula da velocidade especifica. Vemos que se tivermos 
•
elevada potencia e pequena queda, mesmo com baixa rotacao, temos grande velocidade 
•
especifica. 
.... 
1_1 1 11111. I I II 1 
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Kaplan 
______ 
e 
20 30 100 200 
British (ns) k rpm) 
Figura 32 - Abaco para selecao de ttpo de turbina 
augusto noleto
Highlight
augusto noleto
Highlight
Tipo da Turbina Velocidade Especifica Queda RecomendavelPELTON - 1 jato 
PELTON - 2 jatos 
FRANCIS LENTA 
FRANCIS NORMAL 
FRANCIS RAPIDA 
FRANCIS EXTRA-RAPIDA 
KAPLAN E HELICE 
3 	 - 	 13 
12 - 20 
20 - 30 
30 - 60 
50 - 120 
120 - 220 
220 - 350 
350 - 450 
350 - 600 
600 - 800 
800 - 1200 
1800 a 1300 metros 
1300 a 550 metros 
550 a 300 metros 
300 a 200 metros 
350 a 150 metros 
150 a 80 metros 
80 a 35 metros 
35 a 20 metros 
45 a 18 metros 
18 a 12 metros 
12 a 3 metros 
0 
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*SOD 
1200 
100 
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100 
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100 
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•
 
Quadro VI - Especificacao dos diversos tipos de turbina 
A fabrica de turbinas Riva, da Italia , apos longos e exaustivos estudos, determinou, em 
funcdo da queda em metros e vazao em metros cithicos por segundo, um diagrama de 
aplicacio das turbinas hidraulicas de sua fabricacao, instaladas na Italia, com unidades 
Kaplan acima de 1000 CV e Pelton e Francis acima de 5000 CV. Se analisarmos a 
figura, veremos que existem certas areas comuns a dois tipos de turbinas, o que nos leva a 
ter uma opcao para o melhor tipo a se usar. 
4 44 (m) 
r0 	 IS 	 00 	 SO 	 SO 10 00 10 le CO 120 NO 100 100 200 
— Abaco para seleile de turbines.. 
	 ( m/ ) 
Figura 33 - Abaco para selecao de turbinas 
41 
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 II
 10
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I I
I I
I 
II
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I 
II
 
Para a queda de 400 m e descarga de 15 m 3/seg., por exemplo, poderiamos optar tanto 
por uma turbina Pelton quanto por uma Francis. Assim, teremos de considerar novos 
fatores para uma selecao economica da turbina. Entre outras, apresentamos as seguintes 
vantagens de uma turbina Francis em relacao a uma Pelton, trabathando em altas 
quedas: 
•
Maior aproveitamento da energia da agua, com o auxilio do tubo difusor. 
•
Menor peso. 
•
Maior rendimento maxim°. 
•
Casa de maquinas com menor area (em planta). 
As desvantagens sao: 
•
Maior dificuldade de manutencao. 
•
Menor rendimento corn cargas parciais. 
•
Menor robustez. 
•
Alternador com maior flamer° de polos, portanto, mais caro. 
•
Regulagem mais complicada. 
•
Infra-estrutura mais cara. 
Problema semelhante ocorre, por exemplo, para uma queda de 30 m e descarga de 
20 m3/seg.; poderiamos escolher uma turbina Francis ou uma Kaplan. Como vantagens 
das turbinas Kaplan em relacao a Francis, temos: 
•
Rendimento meihor com a diminuicAo da queda. 
•
Melhor rendimento coin cargas parciais. 
As desvantagens sa'o: 
•
Maior custo. 
•
Alternador com maior ninnero de polos. 
•
Ftmdacbes maiores e mais caras. 
•
Maior perigo de cavitacdo. 
Ao planejarmos uma central hidreletrica, podemos usar uma tabela que nos permite obter 
uma selecao criteriosa dos tipos de turbinas. Esta tabela tambem mostra, em certos casos, 
duas opcOes para a escolha de turbinas hidraulicas trabalhando nas mesmas condicOes. 
42 
• 
• 
• 
• 
• 
• 6.5 Turbinas Pelton 
• 
• 
•
6.5.1 Generalidades 
• 
o moderno tipo de turbina de acAo empregado, corn exito, em instalacoes corn as 
•
seguintes caracteristicas: 
• • Grandes quedas 
• 
•
• Pequenas vazoes. 
•
Seu rendimento é bastante elevado (cerca de 90%) e entre as suas principais vantagens, 
•
podemos citar: 
• 
•
• Construcio mecanica mais robusta. 
•
• Contato menos intimo corn a agua, o que significa menor perigo de erosao. 
•
• Manutencao e regulagem mais faceis. 
•
• Infra-estrutura mais leve. 
• 
• 
• 
• 
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• 
• 
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• 
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• 
•
Figura 34 - Cone transversal em uma turbina tipo Pelton de dois injetores, eixo horizontal corn pas 
•
e coroa em tuna Unica peca 
• 
• 
• 
• 
Como turbina de acao, toda a conversao de energia potencial em energia cinetica se faz 
no distribuidor ou injetor. No rotor, a energia potencial de pressdo nao mais se transforma 
em energia cinetica (a pressao a igual antes e apos tocar a concha), havendo apenas 
transfortnacao de energia cinetica em energia mecanica. 
1. rotor 5. desviador frontal 9. eixo de turbina 12. agulha 
2. pa (concha) 6. poco 10. injetor 13. cruzeta Pelton 
3. coroa de pas 7. blindagem 11. freio de jato 14. defletor 
4. tampa 8. canal de fuga 
43 
i•
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•
 
6.5.2 Constituicao mecanica da turbina PeIton 
A. Rotor 
constituido de uma serie de conchas ou cubas, dispostas simetricamente em relacao ao 
plan° medio do disco, preso este ao eixo por meio de chavetas. 
As conchas ou cubas sao meras superficies desviantes, onde se processa a transformacdo 
da energia cinetica em trabalho mecanico cedido ao rotor. 
As conchas podem ser fundiclas separadamente e fixadas ao disco por meio de parafusos 
ou podem ser fundidas conjuntamente com o disco. Em relacao a tais processos de 
construed°, pode-se dizer: 
•
Conjunto fundido em uma Unica peva 
Vantagem: distribuicao de tensoes mais uniforme no disco. 
Desvantagem: fimdicao e usinagem posterior mais dificil 
•
Disco e conchas fundidos separadamente 
Vantagens: fundicao mais ficil, com usinagem mais facil e precisa. 
Desvantagem: transmissao localizada de esforcos, abreviando a vida 	 da maquitta. 
Como detalhes tnais importantes de construed.° (las conchas, podemos salientar: 
•
Um septo central que bifurca o jato incidente contra a concha, repartindo-o, com o 
que se consegue um perfeito equilibrio de forcas. 
•
Uma chanfratura ou reentraricia na parte central da concha, cuja ftnalidade desviar a 
saida do jato sem que o mesmo possa incidir contra o costado da concha anterior, o 
que se ocorrer, produz uma acao de fienagent, diminuindo o rendimento da turbina. 
Quanto ao material empregado na construcao (las conchas, comum o uso do bronze 
para pequenas turbinas e de ferro ou aco fundido para as gandes turbinas. 
Em relaeao usinagetn do interior das conchas, deve a mesma ser muito cuidadosa, uma 
vez que tanto o septo como a chanfratura originam formas com quinas -vivas e sujeitas a 
intensa erosao. 
B. Distribuidor 
No caso das turbinas Pelton, o distribuidor normalmente usado do tipo Doble e 
tambem chamado de injetor ou, sirnplesmente, bocal. 
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•
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•
 
Ele constitui a parte terminal da tubulacao forrada e tem como principais finalidades a 
regulagem da vazao e a formacao de urn jato d'agua compacto que incide sobre as 
conchas, com o minim° de dispersAo. A instalacao pode utilizar um jato imico ou entlo 
jatos migtiplos, sendo que os jatos multiplos surgiram acompanhando a tendencia 
existente de aumentar a velocidade especifica. 
Para tal, torna-se necessario conseguir uma perfeita adesAo dos Metes entre si e com a 
agulha, parte componente do injetor que tem a faculdade de deslocar-se axialmente a fim 
de aumentar ou diminuir a seccdo de saida do jato, o que possibilita a regulagem da 
vazAo. 
Essencialmente, o injetor a constituido