Barragens - Principais Estruturas de um Aproveitamento Hidroelétrico

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Obras Hidráulicas 
 
Aula 5 – Barragens - Principais 
estruturas de um aproveitamento 
hidroelétrico 
 
Barragens 
 
 
Obras Hidráulicas 
Principais estruturas de um aproveitamento hidroelétrico 
 
- Barragens; 
- Diques; 
- Órgão extravasor; 
- Estrutura de desvio; 
- Circuito hidráulico de geração; 
- Composto de adução; 
- Casa de força; 
- Canal de fuga. 
 
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Arranjo Geral - Considerações 
 
- Porte do empreendimento; 
- Conformação topográfica do vale; 
- Perfil longitudinal; 
- Tipo de fundação; 
- Infra-estrutura para execução de obra; 
- Disponibilidade e localização de jazidas; 
- Vazões de projeto do vertedouro, turbina e de desvio. 
 
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Arranjo Geral 
 
• UHE Tucuruí, rio Tocantins – com vertedor e tomada d’água/casa de 
de força em concreto posicionados em uma das margens e 
barragens de fechamento do vale em terra/enrocamento. 
 
 
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• UHE Tucuruí, rio Tocantins. 
 
 
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• UHE Foz do Areia, rio Iguaçu – com o arranjo principal é de 
enrocamento com face de concreto e o vertedor e tomada 
d’água/casa de força posicionados um em cada ombreira. 
 
 
 
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• UHE Foz do Areia, rio Iguaçu – com o arranjo principal é de 
enrocamento com face de concreto e o vertedor e tomada 
d’água/casa de força posicionados um em cada ombreira. 
 
 
 
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Arranjo Geral 
 
• Itaipu - A Usina Hidrelétrica de Itaipu é uma usina hidrelétrica 
binacional localizada no Rio Paraná, na fronteira entre o Brasil e o 
Paraguai. 
 
 
 
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• Itaipu. 
 
 
 
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• Itaipu. 
 
Construída por ambos os países no período de 1975 a 1982, Itaipu é, 
hoje, a segunda maior usina geradora de energia do mundo. O nome 
Itaipu foi tirada de uma ilha que existia perto do local de construção. 
 
A capacidade instalada de geração da usina é de 14 GW, com 20 
unidades geradoras fornecendo 700 MW cada e projeto hidráulico de 
118 m. Em termos de potência, Itaipu perde apenas para UHE de Três 
Gargantas, na China, com capacidade instalada de 22,5 GW. 
 
Contudo, em 2016, a usina bateu o recorde mundial de energia gerada 
em um ano, 103.098.366 megawatts-hora (MWh). 
 
 
 
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• Itaipu. 
 
 
 
 
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• Itaipu. 
 
 
 
 
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Para a construção do empreendimento, é necessária a utilização de 
estruturas que têm a finalidade de desviar o rio de seu curso normal a 
fim de possibilitar o trabalho no leito do rio a seco. 
 
- Ensecadeiras; 
- Canal de desvio; 
- Blocos rebaixados; 
- Galerias e túneis. 
 
 
 
 
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Arranjo Geral - Ensecadeiras 
 
São barragens provisórias construídas com a finalidade de possibilitar 
o trabalho a seco no leito do rio ou em áreas inundáveis. Por ser 
provisório o seu dimensionamento é menos rigoroso. 
 
Podem ser construídas por cortinas pranchas metálicas, estacas, 
enrocamento ou sacos de areia. 
 
O avanço perpendicular ao escoamento do rio, costuma-se lançar, um 
cordão de enrocamento, cujos blocos vão aumentando de diâmetro, 
sendo a vedação feita por solo na sombra do enrocamento. 
 
 
 
 
 
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Arranjo Geral – Canal de desvio 
 
Constituir no alargamento da calha do rio ou de escavação de um canal 
lateral para permitir o desvio do fluxo. No primeiro caso, a calha é 
estrangulada, numa primeira fase por ensecadeira, a partir de uma das 
margens, para permitir seu alargamento a seco. 
 
Na etapa seguinte, a ensecadeira é aberta, possibilitando o escoamento 
do rio pelo trecho alargado. Terminada a remoção da ensecadeira, 
providencia-se o ensecamento da parcela da calha em que o rio correu 
na etapa anterior. 
 
No trecho recém ensecado, inicia-se a construção das estruturas que 
deverão permitir a passagem do rio através delas, numa terceira etapa 
de desvio. 
 
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Arranjo Geral – Canal de desvio 
 
Na hipótese de se adotar um canal escavado lateralmente, fora da 
calha, inicia-se com a escavação desse canal a seco. A seguir, a 
sequencia é a mesma descrita anteriormente. 
 
 
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Arranjo Geral – Adufas 
 
São passagens deixadas no corpo de barragens de concreto, por onde o 
rio escoa em uma das etapas de desvio. Após são fechadas por 
comportas e concretadas, ou utilizadas como descarregadores de 
fundo. 
 
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Arranjo Geral – Blocos rebaixados 
 
Numa das etapas em que se necessita retornar à parcela da calha do rio 
para concluir o fechamento do vale, é possível empregar a solução de 
que o rio escoe sobre blocos de barragem de concreto ainda não 
alteados. 
 
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Arranjo Geral – Galerias e túneis 
 
Estruturas de concreto ou escavação no interior da rocha que permitem 
a passagem do rio em seu interior. 
 
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Operação e Manutenção 
 
- Início de operação: 
 
Fica caracterizado pela entrada em operação comercial da primeira 
máquina, ainda que prossigam as obras civis e de montagem 
relacionadas às demais unidades. 
 
À essa época, o reservatório deve estar cheio ou ter atingido seu nível 
d’água mínimo operacional. 
Para gerar energia, a água passa por um circuito que vai encaminhá-la 
às turbinas e restituí-la à calha natural, a jusante, trata-se do circuito 
hidráulico de geração. 
 
 
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Circuito Hidráulico de Geração 
 
- Adução: 
 
Tem a finalidade de aduzir água da captação às turbinas. É iniciada por 
uma tomada d’água, condutos forçados e casa de força. 
 
 
 
 
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Circuito Hidráulico de Geração 
 
- Casa de força: 
 
Estrutura que abriga os grupos turbina-gerador e uma série de 
equipamentos e sistemas eletromecânicos. Turbina é a máquina 
hidráulica que converte a energia cinética e de pressão da água, em 
energia mecânica de rotação. Estrutura que abriga os grupos turbina-
gerador e uma série de equipamentos e sistemas eletromecânicos. 
Turbina é a máquina hidráulica que converte a energia cinética e de 
pressão da água, em energia mecânica de rotação. 
 
A turbina pode ser de ação ou de reação. As turbinas de ação são as 
que convertem somente energia cinética em trabalho mecânico, 
enquanto que as de reação se utilizam dos dois tipos de energia de 
água existentes à entrada dos distribuidores – cinética e pressão. (v²/2g 
e p/g) 
 
 
 
 
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Circuito Hidráulico de Geração 
 
- Casa de força: 
 
As turbinas de ação são denominadas do tipo Pelton. Constam de uma 
série de pás posicionadas num rotor para onde são dirigidos um ou 
mais jatos direcionados às conchas por um ou mais injetores. Sendo 
indicadas para quedas elevadas,> 400 m. 
V=(2gH)^1/2 
 
 
 
 
 
 
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Circuito Hidráulico de Geração 
 
- Casa de força: 
 
As turbinas de reação, cujas pás giram sempre dentro d’água, podem 
ser do tipo Francis, onde o fluxo é aduzido às pás de forma radial, e de 
hélices, onde o fluxo na região das pás se desloca no sentido axial. 
Estas últimas podem ter hélices móveis, Kaplan. 
 
As turbinas tipo Francis são envolvidas por uma caixa espiral em aço, 
dotadas de aletas fixas e móveis em sua extremidade interna. Se 
ajustam bem a quedas que oscilam entre 20 a 600 m, e a uma gama 
grande de vazões unitárias. 
 
 
 
 
 
 
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Circuito Hidráulico de Geração 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Circuito Hidráulico de Geração 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Circuito Hidráulico de Geração 
 
- Casa de força: 
 
As turbinas tipo Kaplan têm número de hélices variando de 4 a 8 em 
função de sua rotação, sendo bastante semelhante ao tipo Francis. 
Sendo típica de menor queda, existindo variante do tipo bulbo aonde o 
gerador fica dentro de um bulbo hermético. 
 
 
 
 
 
 
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Circuito Hidráulico de Geração 
 
- Casa de força: 
 
A seleção leva-se em conta além dos parâmetros técnicos, custos de 
aquisição e manutenção. Sua pré-seleção deve ser efetuada com base 
em duas variáveis: queda de projeto e vazão máxima. 
 
 
 
 
 
 
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Circuito Hidráulico de Geração 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Circuito Hidráulico de Geração 
 
- Casa de força: 
Conectado ao eixo da turbina está o gerador, máquina eletromecânica 
que, uma vez colocado em movimento pela turbina, gera energia 
elétrica. 
 
- Canal de fuga: 
Canal que tem como função restituir a água utilizada na geração de 
energia ao curso d’água, a jusante da barragem. Tem início ao final do 
tubo de sucção, seu dimensionamento deve considerar velocidades 
máximas da ordem de 2 m/s. 
 
 
 
 
 
 
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Circuito Hidráulico de Geração 
 
- Usinas Reversíveis: 
 
São as unidades que podem funcionar como geradoras de energia 
elétrica ou como estações de bombeamento. Costumam ser dotadas de 
dois reservatórios – um superior e outro inferior. Na condição de 
geradoras, a água sai do reservatório superior para o inferior 
movimentando turbinas e geradores. O contrário atua como bomba 
que recalcam a água no sentido inverso. 
 
 
 
 
 
 
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