7 Geração de energia elétrica Aula 7

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Disciplina CCE0063 – Geração de energia 
elétrica - Aula 7 
Professor Bruno Sampaio Andrade 
 Sistemas de Baixa e de Alta Pressão 
 Sistema de Baixa Pressão 
Sistema de Alta Pressão 
 
 
 
 Sistemas de Baixa e de Alta Pressão 
 Sistema de Baixa Pressão 
Sistema de Alta Pressão 
 
 
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ão
 
Sistema de Baixa Pressão 
Questões ligadas com a estabilidade 
operacional de todos os sistemas que 
compõem a CH são fatores determinantes na 
definição se o arranjo escolhido tenha ou não 
um sistema de baixa pressão... 
Para que a CH tenha um desempenho dentro 
do previsto, seja com cargas independentes, 
seja no sistema interligado, o melhor arranjo 
deverá se de CHD, CHV ou CHR? 
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Sistema de Baixa Pressão 
CHR (Represamento) CHD (Desvio) 
C
H
V
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 (
D
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) 
Composição de um sistema de Baixa Pressão: 
Canal Câmara de carga a céu aberto; 
Galeria e câmara de carga; 
Conduto de baixa pressão e chaminé de equilib. 
Tunel de baixa pressão e chaminé de equilibrio 
Misto dessas possibilidades. 
A estabilidade do sistema energético exige que seu 
planejamento operacional seja compatível com as 
características de cálculo/projeto/instalação/operação 
e ajustes das centrais que o compõem. 
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Sistema de Baixa Pressão 
A figura abaixo representa a modelagem de um sistema 
de geração hidrelétrica 
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Sistema de Baixa Pressão 
Adotando-se a premissa que o fechamento do sistema 
possa ser realizado com a atuação direta em uma 
válvula (na realidade o regulador atua no distribuidor 
da TH: 
Para t = 0, carga é retirada instantaneamente 
com a abertura da chave 9; 
Nessa situação, o sistema de regulação tem que 
atuar, diminuindo a vazão de água que aciona a 
TH; Si
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Sistema de Baixa Pressão 
Situação inicial – CH a plena carga (v [m/s], P, 
Pe, Pel, Pp [kW], n = nn [rpm]): 
Como a inércia do sistema girante é grande, 
além dos atritos internos, existe um atraso no 
fechamento da válvula 4, denominado de 
“tempo morto” (tm [s]), permitindo que a n 
(rotação do GG) aumente. 
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Sistema de Baixa Pressão 
Durante o tm, a abertura da válvula 4 – θ – é 
constante, portanto a P (potência hidráulica) é 
aproximadamente constante enquanto que n e 
Pp (perdas de potência hidráulica) crescem; 
Com t≥tm, a válvula 4 começa a se fechar 
fazendo com que P aumente devido à 
oscilações de pressão no conduto forçado. 
A figura abaixo representa um esquema da variação das 
características principais com os tempos: 
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Sistema de Baixa Pressão 
Nessa situação, v é aproximadamente 
constante no início do fechamento (devido à 
turbulência); 
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Sistema de Baixa Pressão 
Quando P atinge seu valor máximo (Pm), a v 
diminui e Pp aumenta. A partir desse ponto, P 
diminui até o valor de Pp, com n = nm (valor 
máximo da velocidade média de escoamento). 
Com t = tva, que é < que o tempo de fechamento 
da válvula – tv, v e P = 0; 
n e Pp começam a diminuir a partir de nm e Ppm, 
atingindo o valor zero depois de decorridos 
ts(s). Esse tempo é dependente das massas 
girantes envolvidas, atritos e atuação do freio, 
caso exista. 
Portanto, o tempo total decorrido desde a 
retirada da carga do sistema até a parada total 
do GG é: tt = tm + tv + ts [s] 
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Sistema de Baixa Pressão 
tt é o tempo total; 
Tecnicamente, o ideal é que tm seja o menor 
possível, de maneira que n não aumente muito 
até o sistema começar a fechar; 
tm é o tempo morto; 
tv é o tempo de fechamento da válvula; 
ts é o tempo suplementar. 
Que tv seja grande o suficiente para evitar-se as 
consequências do “golpe de aríete”, porém não 
deve permitir que nm ultrapasse valores que 
prejudiquem o GE (aumentos de 30 a 50% de 
aumento na nnom do GE). 
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Sistema de Baixa Pressão 
Variações da potência sendo fornecida para o 
sistema elétrico têm uma ação similar à 
descrita, podendo provocar variações na 
frequência. 
A variação de frequência deve ser minimizada, 
portanto a inércia do sistema girantes do GG 
deve ser grande. 
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Sistema de Baixa Pressão 
Trata-se de um transitório hidráulico com 
variações bruscas (+) ou (-) da pressão. 
Ocorre sempre que a velocidade média de 
escoamento varia de v = vm para zero. 
Golpe de aríete 
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Sistema de Baixa Pressão 
O semi-período T pode ser calculado por: 
T = 2 L/vs, onde: 
L [m] é o comprimento do conduto forçado; 
Golpe de aríete 
Km = 0,5 para o aço; 
 4,4 para o ferro fundido; 
 18 para o plástico, PVC; e 
 20 para a madeira. 
Vs = 9900 / √(48,3 + Km x D/e), que é 
denominado de celeridade; 
D é o diâmetro do conduto forçado; 
e é a espessura do conduto forçado. 
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Sistema de Baixa Pressão 
tv < T – Manobra rápida, não recomendável 
para uma CH 
Tipos de manobras 
tv > T – Manobra lenta – recomendável para 
uma CH 
tv = T – Manobra crítica 
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Sistema de Baixa Pressão 
Sendo: 
L, o comprimento do conduto forçado. 
Hb, a queda bruta ou altura da barragem, 
Então: 
Comprimento máximo do conduto forçado 
L/Hb≥4, deve-se usar um sistema de 
baixa pressão com arranjo CHD; 
L/Hb≤1,3, não deve-se usar um sistema 
de baixa pressão. Usar o arranjo CHR; 
1,3 < L/Hb < 4, fatores técnicos e 
econômicos definirão se o arranjo é CHR 
ou CHD; 
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Sistema de Baixa Pressão 
CHR - L/Hb≤1,3 CHD - L/Hb≥4 
Portanto Lm = 4 x Hb, onde: 
Lm é o comprimento máximo do conduto forçado 
Comprimento máximo do conduto forçado 
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Sistema de Baixa Pressão 
Outros componentes de um sistema de baixa pressão 
Canais – São utilizados para o escoamento de 
água pluvial e interligar rios, riachos e córregos; 
Desarenador – Região com escoamento com 
baixa velocidade para que os sedimentos em 
suspensão possam ser depositados e 
posteriormente retirados: 
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Sistema de Baixa Pressão 
Outros componentes de um sistema de baixa pressão 
Câmara de carga – Interliga o canal com o 
conduto forçado. Tem as seguintes funções: 
Em partidas bruscas, deve garantir que 
não entre ar no conduto forçado; 
Deve garantir que o volume de água útil 
armazenado na câmara de carga seja 
compatívelcom a variação de vazão dede 
zero até o valor máximo; 
Em parada brusca, deve garantir 
estabilidade funcional da câmara de 
carga e do canal adutor. Para tal ... 
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Sistema de Baixa Pressão 
Outros componentes de um sistema de baixa pressão 
Para tal deve ser dimensionado um extravasor 
lateral no canal adutor próximo da câmara de 
carga absorvendo as variações do nível na 
câmara de carga. 
Câmara de 
carga 
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Sistema de Baixa Pressão 
Outros componentes de um sistema de baixa pressão 
Túnel Forçado de Seção Circular - O diâmetro 
interno é definido tendo com base que a perda 
anual de faturamento devido às perdas de 
escoamento no túnel sejam minimizadas. 
Com rocha ou concreto projetado: 
vm = 10 m/s 
O material de revestimento do túnel condiciona 
essas perdas: 
Com concreto estrutural: 
vm = 15 m/s 
Usa-se como velocidade média: 
vm = 0,8 x Vmax m/s 
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Sistema de Baixa Pressão 
Outros componentes de um sistema de baixa pressão 
Chaminé de equilíbrio - Estrutura que interliga 
o conduto ou túnel de baixa pressão com o duto 
forçado; 
Em partida brusca, garanta que não entre 
ar no conduto forçado; 
Deve ser projetado de tal forma que: 
Em parada brusca, garanta a estabilidade 
funcional de si própria e do conduto de 
baixa pressão. 
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Sistema de Baixa Pressão 
Outros componentes de um sistema de baixa pressão 
Chaminé de equilíbrio 
Hcd = a1 +a2+a3+HD+Hr+HE+a4, onde: 
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Sistema de Baixa Pressão 
Outros componentes de um sistema de baixa pressão 
Chaminé de equilíbrio 
 a1 – altura para sedimentação – qualidade e 
velocidade da água; 
A2 – Altura ocupada pela entrada do conduto forçado 
A3 – Altura de segurança contra entrada de ar no 
conduto forçado quando o nível a montante é o 
mínimo de operação 
HD – depleção máx. na chaminé de equilíbrio, medida a 
partir do nível mínimo de montante operacional, 
quando a CH entra bruscamente em operação 
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Sistema de Baixa Pressão 
Outros componentes de um sistema de baixa pressão 
Chaminé de equilíbrio 
 Hr – diferença entre a cota do nível de montante 
correspondente a cheia excepcional – NMM e o 
mínimo de operação – NMm; 
HE – Elevação máx. na chaminé de equil. Quando há 
uma rejeição total de carga, sendo medido a partir do 
nível de montante para chea excepcional. 
A4 – Altura de segurança. 
 Sistemas de Baixa e de Alta Pressão 
 Sistema de Baixa Pressão 
Sistema de Alta Pressão 
 
 
 
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Sistema de Alta Pressão 
Podem ser construídos nos seguintes materiais, 
dependendo das condições técnicas e econômicas 
para a instalação: 
Aço laminado; 
Ferro fundido; 
Cimento amianto; 
PVC; e 
Madeira. 
Conduto Forçado 
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Sistema de Alta Pressão 
Podem ser instalados: 
A céu aberto; 
Enterrados – nessa situação, não 
precisam de juntas de dilatação, porém 
têm maiores problemas com 
manutenção; 
Na definição de seu diâmetro, deve-se buscar o 
custo mínimo das perdas energéticas 
ocasionadas 
Conduto Forçado 
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Sistema de Alta Pressão 
Conduto Forçado 
 
Restará sempre muito o que 
saber!! 
Cantar e cantar a beleza de 
ser um eterno aprendiz!!