Atividade 01 - Centrais Hidrelétricas

Prévia do material em texto

1 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DA GRANDE DOURADOS 
FACULDADE DE ENGENHARIA 
ENGENHARIA DE ENERGIA 
 
 
 
 
FELIPE BORGES GOMES 
FELIPE GALILEU MARTINS 
MATHEUS HENRIQUE CAVALHEIRO GARROS 
 
 
 
 
 
PRÁTICA 1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dourados – MS 
2020 
Relatório técnico apresentado 
como requisito parcial para 
obtenção de aprovação na 
disciplina Centrais Hidrelétricas 
de Aproveitamento, no Curso de 
Engenharia de Energia, na 
Universidade Federal da Grande 
Dourados. 
 
Prof. Dr. Fernando Augusto. 
2 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
O ciclo hidrológico é um processo dinâmico, governado por processos bastante 
aleatórios, como a precipitação. Para caracterizar o comportamento hidrológico de um curso 
d’água ou de uma bacia não basta dispor de uma medição de vazão, mas sim de uma série de 
medições. É desejável que esta série se estenda por, pelo menos, alguns anos, e é necessário 
que o intervalo de tempo entre medições seja adequado para acompanhar os principais 
processos que ocorrem na bacia, isto é, permitam acompanhar as cheias e estiagens. 
Em um rio muito grande, de comportamento lento, isto pode significar uma medição 
por semana. Por outro lado, em um rio com uma área de drenagem pequena, em uma região 
montanhosa, com rápidas respostas durante as chuvas, pode ser necessária uma medição a cada 
minuto. A medição de vazão, conforme descrita no item anterior, é um processo caro, o que 
impede medições de vazão muito frequentes. Normalmente a medição de vazão em rios exige 
uma equipe de técnicos qualificados e equipamentos como molinete, guincho e barcos. Em 
função disso, as medições de vazão são realizadas com o objetivo de determinar a relação entre 
o nível da água do rio em uma seção e a sua vazão. 
 
2. DESENVOLVIMENTO TEÓRICO 
 
2.1. Curva-chave 
 
Também denominada de curva de descarga, relação cota/vazão ou curva de calibração 
de uma estação fluviométrica. A curva-chave pode ser definida como a representação gráfica 
(figura 1), da relação entre a descarga e o nível d'água correspondente, num dado ponto de um 
curso d'água. A curva-chave pode ser definida por uma equação do tipo: 
 
Figura 1 – Expressão gráfica de uma curva-chave 
 
Fonte: Zulcy de Souza 
3 
 
Onde Q é a vazão, a, b, c, etc são coeficientes próprios a cada estação, h é a leitura da 
régua ho é a leitura da régua correspondente a vazão nula e n é um expoente próprio para cada 
estação. Estes os coeficientes e os expoentes são facilmente determinados com o uso de 
planilhas eletrônicas ou através do método de diferenças finitas. 
 
2.1.2. Tipos de curvas-chave: 
 
Podemos classificar as curvas-chave em três tipos básicos: estáveis e unívocas; estáveis, 
mas influenciadas pela declividade da linha d’água e instáveis. 
Diz-se que a curva-chave é estável e unívoca, quando a uma cota corresponde uma 
única vazão. A curva resultante não deverá afastar-se mais de 5% dos pontos medidos. 
Uma curva–chave estável mas influenciada pela declividade da linha d’água 
aparece em rios de pequena declividade, onde diversas causas podem acarretar alterações na 
declividade da linha d’água, como por exemplo em rios onde se verifica uma elevação rápida 
do nível d’água durante um cheia, sendo a declividade da linha d’água mais acentuada durante 
a elevação do nível, e mais suave durante a depleção. Outro exemplo seria a existência de 
represamentos a jusante, podendo influenciar na declividade da linha d’água. 
Uma curva-chave é instável quando a uma cota corresponde mais de uma vazão, 
demonstrando uma instabilidade da seção transversal, com erosões e deposições ou inexistência 
de um controle. 
 
2.2. Hidrograma 
 
Hidrograma ou Fluviograma é a representação gráfica da variação da vazão em relação 
ao tempo. O hidrograma retrata o regime do rio, permitindo visualizar com facilidade a extensão 
e a distribuição temporal de secas e enchentes ao longo do período de observações. Quando se 
deseja caracterizar o regime anual, estabelece-se um hidrograma de vazões médias mensais. 
Isolando-se picos do hidrograma podem-se analisar alguns fenômenos de interesse em 
Hidrologia. 
 
 
 
 
 
4 
 
Figura 2 - Registros de descargas diárias (Usina Barra Bonita – rio Tietê) 
 
Fonte: Zulcy de Souza 
 
2.3. Curva Permanência 
 
Os valores de vazão podem ainda ser arrumados de forma decrescente, não mais 
obedecendo a ordem cronológica. Estes valores podem ser agrupados em classes, e o número 
de valores que se situam em cada classe, registrado (frequência). Acumulando-se as frequências 
e lançando-as em um gráfico de correspondência. Aos limites inferiores de cada classe, obtém-
se a Curva de Permanência das vazões, que nada mais é que a curva acumulativa de frequência 
da série temporal das vazões. A curva de permanência indica a porcentagem de tempo que um 
determinado valor de vazão foi igualado ou ultrapassado durante o tempo de observação. O 
somatório das frequências é expresso em termos de percentagem de tempo. 
A curva de permanência pode ser considerada como um hidrograma em que as vazões 
são arranjadas em ordem de magnitude. Permite, assim, visualizar de imediato a potencialidade 
natural do rio, destacando a vazão mínima e o grau de permanência de qualquer valor da vazão. 
Quanto maior foi o intervalo unitário de tempo (dia, mês, ano) utilizado para o cálculo da vazão 
média, menor será a gama de variação ao do eixo das ordenadas. 
 
3. CONSIDERAÇÕES 
 
O estudo foi realizado para o rio Turvo, localizada no Município de São Pedro do Turvo, 
situado no Estado de São Paulo (Figura 3). A bacia, que possui uma área de drenagem de 3890 
km², está inserida na bacia hidrográfica rio Paraná. 
 
 
5 
 
Figura 3 – Dados estação São Pedro do Turvo 
 
Fonte: HIDROWEB 
 
Figura 4 – Rio Turvo 
 
Fonte: Google Maps 
 
Conforme os dados adquiridos no HIDROWEB (ANA), a cota auxiliar mínima foi de 
67 cm com uma vazão igual a 15,19 m³/s, enquanto que a cota auxiliar máxima foi de 273 cm, 
com uma vazão igual a 103,89 m³/s. Os dados foram analisados num período de 10 anos, de 
fevereiro de 1970 a janeiro de 1980. 
 
 
 
6 
 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
4.1. Curva-chave 
 
Na construção da curva chave, utilizaram-se os dados das leituras na régua linimétrica 
e os valores de vazão medidos na seção transversal. A equação que representa a curva-chave é 
a exponencial, sendo que h0 = 25 cm. O gráfico 1 identifica a curva chave que foi gerada a partir 
de regressão polinomial que apresentou um coeficiente de determinação (R²) de 0,9929. Isto 
significa que a equação possui elevado grau de determinação, indicando que, ao introduzir na 
equação as cotas fluviométricas, 99% das variações dos valores de vazão serão esclarecidos 
pelo modelo empírico adotado. 
A partir da equação obtida é possível extrapolar informações seguindo a tendência da 
curva, portanto, estimando-se uma vazão de 60% a mais do que a máxima mensal observada 
no período estudado (101 m³/s), é possível se determinar uma cota de 401,99 cm (376,99 cm de 
cota auxiliar), que equivale a vazão de 161,60 m³/s. 
Gráfico 1 – Curva Chave 
 
Fonte: Autor 
 
 
 
7 
 
4.2. Fluviograma 
 
No fluviograma apresentado no gráfico 2, nota-se um padrão nos dados consistindo que 
os meses de maior vazão corresponde em média, aos períodos fevereiro a maio caracterizado 
pela primavera quando há maior precipitação e parte do verão. Utilizando estatísticas percebeu-
se um desvio padrão médio de 10 m3/s da média nos períodos estáveis do rio. 
No rio Turvo as vazões médias são altamente sazonais ao longo do ano, como falado 
anteriormente, percebe-se vazões máximos geralmente nos meses de fevereiro, e vazões 
mínimas nos meses de junho a agosto. Essa situação torna o cenário ideal para aplicação de 
técnicas para regularização da vazão, afim de não prejudicar a produção de algum tipo de 
aproveitamento de energia.Todavia, percebe-se que em meados dos anos 70 houve uma média menor de vazões em 
relação aos anos posteriores, isso ocorreu segundo o Centro de Gestão e Estudos Estratégicos 
(CGEE) por uma seca que ocorreu nessa região brasileira, esse tipo de situação é algo que 
infelizmente não pode ser previsto através dos gráficos aqui ilustrados, portanto, assim como 
para a extrapolação da equação da curva chave, quaisquer previsões baseadas na sazonalidade 
do rio Turvo, por exemplo, também é uma extrapolação sujeita as condições naturais do 
ambiente. 
Gráfico 2 – Fluviograma do Rio Turvo 
 
Fonte: Autor 
 
8 
 
4.3. Curva Permanência 
 
Utilizando a metodologia de estatística descrita na seção 2.3. plotou-se a curva de 
permanência para estimar os efeitos de um pequeno reservatório sobre a vazão mínima 
garantida. O gráfico 3 foi plotado conforme as vazões diárias em um intervalo de 10 anos. 
Nota-se que quanto mais a vazão no eixo das ordenadas se aproxima da média anual 
maior é a frequência de ocorrência no eixo das abcissas. Contudo o método define Q95 como 
margem para a definição da vazão mínima, diante isso é possível definir Q95 como 18,16 m
3/s 
e como exemplo de regularização, usou-se 70% de Q95, sendo assim, tem-se uma vazão de 
permanência de 12,71 m3/s, com alto grau de confiabilidade de ocorrência no rio, em torno de 
99,64% de ocorrência de vazões maiores ou iguais no período analisado. 
Assim como analisado posteriormente, percebe-se que a curva permanência das vazões 
médias diárias do rio Turvo tem frequências de ocorrência alta para os valores mais baixos, e 
frequências baixíssimas para os valores máximos, isso é devido ao perfil sazonal do rio, que 
atinge picos de vazão que podem dobrar entre os meses de março e abril, sendo que durante boa 
parte do ano as vazões medidas foram em torno de 40 a 60 m³/s, enquanto nos meses de pico, 
essas vazões facilmente chegam na casa dos 300 m³/s, durante períodos de tempo bastante 
curtos e específicos. 
Por fim, vale ressaltar que devido a própria natureza da curva de permanência em que a 
ordem cronológica não é obedecida, sua aplicação é limitada a estimativas preliminares. 
Gráfico 3 – Curva Permanência do Rio Turvo 
 
 Fonte: Autor 
9 
 
BIBLIOGRAFIA 
SOUZA, Z. D. Centrais Hidrelétricas estudos para implantação. Rio de Janeiro: Centrais 
Elétricas Brasileiras - ELETROBRAS, 1999.