APS 2017 - Engenharia Civil - 10º Semestre

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Campus – Brasília – DF
Departamento de Engenharia Civil
Curso de Engenharia Civil
ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA
Visita a uma barragem 
Barragem do Paranoá
Visita a barragem do Paranoá, abordando os principais aspectos técnicos, econômicos e arquitetônicos. Engenharia Civil, UNIP – Brasília / DF.
Brasília – DF
Novembro de 2017
Campus – Brasília – DF
Departamento de Engenharia Civil
Curso de Engenharia Civil
Aluno: Fernando Raffaelli RA: B67ADJ-6 Turma: EC0V30 
Aluno: Nilton de Oliveira Junior RA: C658DC-5 Turma: EC0Y30
Aluno: Rafael Antunes dos Santos RA: B75867-8 Turma: EC0V30
Aluno: Richardson Pereira de Oliveira RA: B72AHD-3 Turma: EC0V30
Aluno: Thyago Augusto de Souza RA: B73JCF-6 Turma: EC0Y30
Aluno: Vinicius Stuart Santos RA: T22736-4 Turma: EC0Y30
Aluno: Wagner Jorge Menezes Lima RA: T28362-0 Turma: EC0Y30
Brasília – DF
Novembro de 2017
SUMÁRIO
Introdução.......................................................................................................... 03
Fotos.................................................................................................................. 04
Usinas hidrelétricas ........................................................................................... 05
Como funciona uma Hidrelétrica ....................................................................... 06
Vantagens ......................................................................................................... 07
Desvantagens ................................................................................................... 07
Tipos de Usinas Hidrelétricas ........................................................................... 08
A fio d’água ....................................................................................................... 09
De acumulação ................................................................................................. 10
Com armazenamento por bombeamento ou reversíveis .................................. 10
Construção de uma barragem .......................................................................... 10
Usina Hidrelétrica do Paranoá .......................................................................... 13
Funcionamento da Usina Hidrelétrica do Paranoá ........................................... 15
Conclusão ......................................................................................................... 17
Referências Bibliográficas ................................................................................ 18
INTRODUÇÃO
Este trabalho tem o objetivo de demonstrar a execução de uma Usina Hidrelétrica passo a passo, seus projetos de fundação e estrutura, projetos de viabilização da obra, junto com orçamentos e cronogramas, com foco principal na barragem do Paranoá; abordar também um pouco da história da construção de hidrelétricas e citar algumas como exemplo de projetos e desenvolvimento da barragem.
Em anexo nas próximas páginas, fotos de visita a Usina Hidrelétrica do Paranoá, localizado na região do Paranoá.
Fotos
Barragem do Paranoá:
Usinas Hidrelétricas
Uma Usina Hidrelétrica, também chamada de Usina Hidroelétrica ou Central Hidroelétrica, é uma obra de engenharia que usa a força das águas para gerar energia. Na realidade, ela é um intricado projeto de engenharias (civil, elétrica, mecânica, hidráulica, etc.) que demanda enormes esforços de construção. Isso porque essas usinas necessitam de grandes obras e equipamentos para que possa produzir energia elétrica aproveitando o potencial hidráulico latente num rio. (Toda Matéria, revisado em 07/11/17)
O uso da força das águas para gerar energia é bastante antigo e começou com a utilização das chamadas “noras”, ou rodas d’água do tipo horizontal, que através da ação direta de uma queda d’água produz energia mecânica e são usadas desde o século I A.C. A partir do século XVIII, com o surgimento de tecnologias como o motor, o dínamo, a lâmpada e a turbina hidráulica, foi possível converter a energia mecânica em eletricidade.
A força da água em movimento é conhecida como energia potencial, essa água passa por tubulações da usina com muita força e velocidade, realizando a movimentação das turbinas. Nesse processo, ocorre a transformação de energia potencial (energia da água) em energia mecânica (movimento das turbinas). As turbinas em movimento estão conectadas a um gerador, que é responsável pela transformação da energia mecânica em energia elétrica. 
Normalmente as usinas hidrelétricas são construídas em locais distantes dos centros consumidores, esse fato eleva os valores do transporte de energia, que é transmitida por fios até as cidades.
A eficiência energética das hidrelétricas é muito alta, em torno de 65,2% (em 2014). O investimento inicial e os custos de manutenção são elevados, porém, o custo do combustível (água) é nulo. (FRANCISCO, Wagner de Cerqueria e. "Energia Hidrelétrica"; Brasil Escola. Disponível em: <http://brasilescola.uol.com.br/geografia/energia-hidreletrica.htm>. Acesso em 22 de novembro de 2017.)
Esquema de funcionamento de uma hidrelétrica
Fonte: Brasil Escola; Acesso em 22 de novembro de 2017.
Como Funciona uma Usina Hidrelétrica?
1. A energia potencial gravitacional que se converte em energia cinética é obtida pelo represamento da água;
2. Esse represamento provoca a pressão que converte energia hidráulica em energia mecânica;
3. Essa energia mecânica é transferida para a turbina hidráulica que será convertida em energia elétrica;
4. A energia elétrica produzida é transmitida para uma ou mais linhas de transmissão, interligadas à rede de distribuição;
5. Porém, parte dessa energia é "perdida" sob a forma de calor que aquece a linha de transmissão.
(Toda Matéria, revisado em 07/11/17)
Vantagens
Apesar do alto custo para a instalação de uma usina hidrelétrica, o preço do seu combustível (a água) é zero. É uma fonte de energia renovável e não emite poluentes, contribuindo assim na luta contra o aquecimento global. E para um país como o Brasil, cortado por imensos rios, torna-se uma fonte de energia vantajosa e altamente sustentável. (ARAUJO, Gabriely; Estudo Prático; acessado em: 22/11/2017)
Desvantagens
Apesar de ser uma fonte renovável e não emitir poluentes, as hidrelétricas causam grande impacto ambiental e social. Para a instalação desse tipo de usina e construção de barragens, que refreiam o curso dos rios, é necessário o alagamento de grandes áreas. Essa prática acaba acarretando problemas à fauna e flora local, como:
· A destruição da vegetação natural;
· Assoreamento do leito dos rios;
· Desmoronamento de barreiras;
· Extinção de certas espécies de peixes e torna o ambiente propício a transmissão de doenças como malária e esquistossomose.
Os impactos sociais também são visíveis com o deslocamento das populações ribeirinhas e indígenas, algumas que viviam na região há muitos anos, e são obrigadas a mudar-se por causa do alagamento para a construção dos lagos artificiais. E por serem geralmente construídas distante dos centros de consumo, o processo de transmissão de energia, que se dá por fios, acaba tornando-se mais caro.
Quando o nível pluviométrico se torna menor que o esperado, as hidrelétricas ficam com níveis de água abaixo do requisitado para a produção de energia normal e a geração de energia é transferida para outros tipos de usinas como as termelétricas e nucleares, encarecendo a conta do consumidor.
E apesar de ser uma fonte limpa de energia, apenas 18% da energia mundial é produzida pelas hidrelétricas, pois a maioria dos países não possuem as condições naturais necessárias para a construção dessas usinas. (ARAUJO, Gabriely; Estudo Prático; acessado em: 22/11/2017)
Tipos de Usinas Hidrelétricas
Tipos de usinasquanto a potência instalada:
1. Micro centrais – Potência instalada: ≤ 1 MW;
2. Pequenas centrais hidrelétricas – Potência instalada: 1 MW < Potência instalada< 30 MW;
3. Usinas hidrelétricas - Potência instalada: Potência instalada > 30 MW.
Tipos de usinas quanto ao reservatório e altura de queda:
Arranjos quanto ao tipo de reservatório:
1. Fio d`água (sem reservatório);
2. De acumulação (diária, semanal, sazonal, plurianual);
3. Reversível.
Arranjos quanto à altura de queda:
1. Baixa queda (250 m);
2. Média queda (entre 50 e 250 m);
3. Alta queda (> 250 m)
A conceituação de pequena central hidrelétrica (PCH) foi citada pela primeira vez na legislação do setor elétrico em 1982 (CARNEIRO, 2010). Atualmente, a Pequena Central Hidrelétrica é conceituada conforme Resolução Nº 652, da ANEEL, de dezembro de 2003, que estabelece: 
A fio d’água
Usina hidrelétrica a fio d’água é aquela que não dispõe de reservatório de água, têm pequenos reservatórios ou reservatórios pouco relevantes quando comparados com a vazão. Esse tipo de usina as vezes trabalha em combinação com uma (ou mais) usina de grande reservatório situada no curso superior da bacia hidrográfica (a montante), para garantir uma geração relativamente constante, ou sofre com uma variação na geração de energia elétrica durante o ano.
Os custos ambientais, sociais e financeiros necessários para a construção de grandes reservatórios tem elevado a tendência à construção desse tipo de usina hidrelétrica. (Wikipédia; revisado em 6 de outubro de 2017)
De acumulação
Nas usinas com reservatório ocorre a regularização do rio, ou seja, durante os períodos de cheia, além da do fluxo da água utilizada para a produção de energia, ocorre acúmulo de água no reservatório. Durante os períodos secos, a água acumulada, além da decorrente do fluxo natural, é utilizada para gerar energia. Por isso, usinas com reservatórios de regularização têm como característica importante o fato que a produção de energia é mais constante (fator de capacidade elevado). (FIGUEIREDO, Glauco; Grupo De Estudo Tapajós; 2017)
Com armazenamento por bombeamento ou reversíveis
As usinas reversíveis são usinas que podem gerar energia elétrica através da queda da água de um reservatório localizado em nível mais elevado para outro em nível mais baixo, ou armazenar água em nível mais elevado, através do bombeamento da água de um reservatório mais baixo para outro mais elevado.
Em certos casos, podem existir mais de dois reservatórios e apenas uma usina de bombeamento é utilizada para elevar a água num sistema de reservatórios. (LIMA, Antonio; acessado em 22/11/2017)
Construção de uma barragem
Para se construir uma barragem, para que ela seja feita com segurança e seja eficiente, torna-se necessário entender os elementos que a constituem; saber avaliar se um determinado local é adequado para construir uma barragem; e dominar as técnicas construtivas. Portanto, antes de decidir pela construção é preciso fazer uma avaliação do tipo do solo existente no local. Esta avaliação, em geral, indicará quatro situações diferentes, possíveis de ocorrerem, ou seja:
1. Solos com muitos afloramentos de rochas: estes solos são recomendados para a construção de barragens como as de alvenaria, por exemplo; 
2. Solos firmes e profundos, com características argilosas: esta é a condição ideal para a construção de barragens de terra, pois sendo os solos secos, firmes e profundos, a barragem poderá ser assentada diretamente sobre o solo;
3. Solos arenosos: caso o solo no local seja arenoso, ou argiloso superficialmente, com grandes camadas de areia à pouca profundidade, a construção da barragem apoiada diretamente sobre o terreno não é recomendada. Neste caso, as possibilidades de ocorrer altas taxas de infiltração de água, abaixo do maciço de terra são grandes, o que poderá comprometer a eficiência da estrutura; e 
4. Solos úmidos ou parcialmente alagados (brejos): se o solo é úmido, caracterizando os brejos, é porque existem muitas “micronascentes” ou nascentes difusas no local. 
Na prática, uma barragem de terra deverá ser construída obedecendo-se os seguintes critérios:
1. Período ideal de construção de uma barragem - o período ideal para construir uma barragem é no início do período seco do ano, pois quando o período das chuvas chegar, a barragem já deverá estar bem consolidada. No período seco, também, o solo utilizado na construção do maciço estará mais úmido, o que permite obter uma melhor compactação do mesmo. 
2. Limpeza do Local - o processo de construção da barragem deverá ser iniciado, com a limpeza do local, incluindo a parte onde a água ficará represada. Essa limpeza garantirá melhores condições de assentamento do maciço, o que resultará em maior estabilidade da barragem. 
3. Marcação da largura da crista - essa marcação é feita cravando-se estacas no solo. Para fazer o alinhamento das estacas, será necessário a participação de dois colaboradores; sendo que um colaborador terá a função de fincar as estacas no solo, seguindo as orientações do outro (observador), que deverá ficar posicionado em uma das cabeceiras do curso d’água onde a barragem será construída.
4. Abertura da vala para a construção do núcleo impermeável - a vala para a construção do núcleo impermeável deverá ser feita utilizando-se uma retroescavadora. 
5. Construção do núcleo impermeável - a construção do núcleo impermeável é feita despejando-se a terra em uma das cabeceiras e, com um trator equipado com lâmina na frente (pás carregadoras ou tratores de esteiras), essa terra vai sendo empurrada para dentro da vala. A vala deverá ser totalmente preenchida com terra e devidamente compactada. 
6. Marcação da largura da base da barragem - essa marcação deverá ser feita medindo-se a projeção horizontal de cada talude a partir da marcação que foi feita anteriormente para crista. 
7. Iniciando a construção do maciço de terra da barragem - essa etapa deverá ser feita, respeitando-se as marcações feitas anteriormente. Em caso de barragem com menores dimensões, a compactação poderá ser feita manualmente com soquetes, ou manobrando caminhões várias vezes em um mesmo local. 
8. Construção do desarenador - a construção do desarenador deverá ser feita no início da elevação da barragem. Depois de definir a melhor posição para construí-lo, deve-se marcar o local onde será feita a vala, que poderá ser aberta manualmente ou com uma retroescavadora, desde que sua profundidade seja o suficiente para permitir a instalação da tubulação. 
9. Inclinações dos taludes - essa conferência será feita utilizando-se um nível de pedreiro e triângulos de madeira.
10. Nivelamento da crista da barragem - quando a barragem atingir altura total desejada, deve-se fazer o nivelamento da sua crista. Isto será feito de forma que, ao longo do comprimento, a crista da barragem fique nivelada e, ao longo da largura, isto é, no sentido transversal, fique ligeiramente mais alta que a montante.
Salienta-se que quando o terreno onde a barragem será construída for firme, profundo e mais argiloso, o processo inicial de construção será bem mais simples, não havendo a necessidade de se construir um núcleo impermeável. Portanto, bastará fazer a limpeza do local, retirar todo o mato, fazer a marcação da base da barragem e, em seguida, realizar uma aração profunda. Feito isso, pode-se iniciar a construção do aterro, distribuindo-se camadas de terra e fazendo-se a devida compactação das mesmas.
Usina Hidrelétrica do Paranoá
A Usina Hidrelétrica do Paranoá tem cerca de 630 metros de extensão e utiliza a água represada no Lago Paranoá no Distrito Federal. Construída no período de 1957 a 1962, a usina era uma importante fonte de geração de energia para o Distrito Federal, porém, nos dias de hoje, a barragem é responsável por apenas 2% do abastecimento de água do Distrito Federal.
O Lago Paranoá foi artificialmente formado em Brasília, no período chuvoso de 1959/1960, tendo como objetivos principais a recreação, paisagismo, melhoria do microclima (pelo aumento da temperatura médiae da umidade relativa do ar) e o aproveitamento do potencial hidroelétrico (que hoje é de suma importância para o DF).
As montagens eletromecânicas da Usina Hidrelétrica do Paranoá iniciaram-se em 1960. As duas primeiras unidades geradoras (com 8,7 MW cada) entraram em operação comercial em setembro de 1962 e a terceira unidade geradora (8,7 MW) em 1967.
Sua capacidade instalada é de 30 MW. A usina se liga ao lago por meio de uma estrutura de adução com cerca de 2 km de extensão, o que permite um desnível para geração de 105 metros. Seu nível máximo operacional é a 1000,80 m acima do nível do mar e seu nível mínimo operacional é 999,80 m acima do nível do mar, sendo considerada uma usina hidrelétrica a fio d'água. A barragem atrai visitantes e turistas para ver as quedas d’água quando as comportas da usina estão abertas. A Barragem do Lago Paranoá, está localizada na Estrada Parque Contorno (EPCT), na (DF-001), sentido Lago Sul e Paranoá.
O Lago Paranoá está situado na cota 1.000 m e apresenta uma superfície de 39,48 Km², volume de 560 x 106 m³, profundidade máxima de 38 m e média de 14,8 m. A bacia hidrográfica do lago ocupa uma área de 1.010 Km² e engloba as regiões do Plano Piloto, Lagos Norte e Sul, Núcleo Bandeirante e Guará. Os principais cursos d’água que formam seu sistema hidrográfico são o Rio Paranoá e seus afluentes principais (Torto, Bananal e Acampamento, ao Norte e Gama e Riacho Fundo, ao Sul).
A Usina do Paranoá, por não dispor de uma bacia que possa acumular uma quantidade significativa de água (energia), é considerada uma usina a fio d’água, ou seja, utiliza para sua geração toda a vazão afluente.
Lago Paranoá com a Ponte JK ao fundo
Fonte: acervo próprio; Rafael Antunes, tirado em: 11/11/2017.
Funcionamento da Usina Hidrelétrica do Paranoá
A água é captada na tomada d’água é conduzida pela tubulação adutora até o caracol da turbina onde incide sobre as pás diretrizes, fazendo a turbina girar. Por intermédio de um eixo sem engrenagens, estão acoplados à turbina, o rotor do gerador, as excitatrizes principal e piloto e ainda o PMG (gerador de imã permanente). Desta forma, todos giram à mesma velocidade (514,3 rpm à 60 Hz).
A excitatriz piloto é auto excitável e serve para excitar a principal (geradores 1 e 2). A excitatriz principal por sua vez, alimenta o rotor (em corrente contínua). O rotor, através dos polos magnéticos, induz uma força eletromotriz no estator. Com esta tensão induzida, é alimentado um banco de transformadores elevadores (13,2/34,5 KV), que por sua vez, alimenta as linhas de transmissão que saem da usina. No gerador 3, a excitação é estática com um sistema de retificação. A excitação inicial é obtida através de uma fonte externa de corrente contínua e a partir da geração de 9 KV o gerador passa para a condição auto excitável.
Detalhe das comportas da barragem do Paranoá
Fonte: acervo próprio; Rafael Antunes, tirado em: 11/11/2017.
Outro aspecto importante do funcionamento da usina é a regulação de velocidade das turbinas. Acoplado ao eixo da turbina, está o PMG (gerador de imã permanente), que gera uma tensão auxiliar proporcional à rotação da turbina. A tensão gerada movimentará o motor taquimétrico que transmitirá o movimento ao pêndulo centrífugo. O pêndulo fará atuar válvulas de controle e distribuidoras. As válvulas comandarão um servomotor hidráulico através da liberação de óleo sob pressão. Por sua vez, o servomotor irá comandar a abertura ou fechamento das pás diretrizes, a fim de manter constante a rotação da turbina.
CONCLUSÃO
Neste trabalho foi abordado o comportamento sob condições estática e sísmica da barragem do Lago Paranoá, situada na cidade de Brasília, no Distrito Federal, formado pelas águas represadas do Rio Paranoá em uma região de alta sismicidade, analisando-se o comportamento da estrutura atual e das alternativas de alteamento projetadas. 
 Barragens são projetadas para satisfazer as necessidades do consumo humano, de irrigação, de geração de energia elétrica e abastecimento de água e fins domésticos e industriais, regularização de rios e vazões. 
 Adicionalmente, as barragens produzem grandes benefícios, por exemplo, o controle de enchentes com a consequente proteção de vidas e de propriedades em caso de inundação, a criação de programas de aquicultura, pesca e recreação. 
 Pode-se afirmar que já se estabeleceu a base técnica e científica para o projeto, construção e operação destas estruturas com segurança, incluindo-se as obras de desvio e outras de caráter transitório. O desenvolvimento de métodos numéricos e técnicas computacionais permitem hoje um melhor tratamento destes aspectos e esforços são feitos para instrumentar e acompanhar o comportamento das barragens, nas etapas de construção, enchimento do reservatório e durante a fase operacional. 
 Não existem dúvidas que as barragens projetadas e construídas nos dias atuais são muito mais seguras do que as construídas no passado.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
FRANCISCO, Wagner de Cerqueria e. "Energia Hidrelétrica"; Brasil Escola. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/geografia/energia-hidreletrica.ht m>. Acesso em 23 de novembro de 2017.
Usina Hidrelétrica do Paranoá; revisado em 23 de setembro de 2017.Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Usina_Hidrel%C3%A9trica_do_Parano%C3% A1>
FARIA, Carolina; Usina Hidrelétrica; acessado em 23/11/2017. Disponível em: <https://www.passeidireto.com/arquivo/35044921/usina-hidreletrica>
ALMEIDA, Cárita Cristiane; et al. Usina de Itaipu; Goiânia, 20 de novembro de 2014. Disponível em: < https://www.passeidireto.com/arquivo/166059 60/usina-de-itaipu> 
Energia Hidrelétrica; acessado em: 23/11/2017. Disponível em: <http://brasilesc ola.uol.com.br/geogrofia/energia-hidreleteica.htm>
Usina Hidrelétrica; Centrais Elétricas Brasileiras S.A Eletrobras. Disponível em: <http://www.furnas.com.br/hotsites/sistemafurnas/usina_hidr_funciona.asp>
Usinas Hidrelétricas; Perguntas Frequentes. Disponível em: <http://www.itaipu. gov.br/sala-de-imprensa/perguntas-frequentes>
CEB Geração S.A. – Disponível em: <http://www.cebgeracaosa.com.br/Home/U sinaHidreletricaDoParanoa>
 
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