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Relatório Sudeste FINAL (+ calculo V)

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a média da população é 
chamada de nível de confiança, gráfico 14, e simbolizada por 1 − 𝛼, onde 𝛼 é a 
probabilidade de erro. 
 
Gráfico 14 – Nível de confiança e a probabilidade de erro na Distribuição 
Normal 
 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
 
Visando indicar a confiabilidade da estimativa feita para o risco de vazões 
30% abaixo da média foi calculado o intervalo de confiança de 95% da 
amostragem das vazões de novembro, mês que apresentou maior porcentagem 
de risco, e como a média, o desvio padrão e o tamanho da amostra são 
conhecidos esse valor pode ser calculado através da fórmula abaixo. 
 
𝐼𝐶0,95 = (�̅� − 𝑧𝛼
2
𝜎
√𝑛
 ≤ 𝜇 ≤ �̅� + 𝑧𝛼
2
𝜎
√𝑛
) 
onde: 
�̅� é a média da amostra; 
𝑧𝛼
2
 é obtido da distribuição normal reduzida; 
𝜎 é o desvio padrão; 
𝑛 é o número de dados; 
𝜇 é a média de todos os dados; 
 
29 
 
Como a amostragem de novembro foi feita com 10% do número de vazões 
diárias do mês, o número de dados da amostra é de 121 e para obter o 
complementar de 𝑧0,025 , é necessário consultar o valor corresponde a 50% 
menos a metade do erro na tabela de distribuição normal. 
 
Tabela 10 – Distribuição normal 
 
Fonte: Cesgranrio. 
 
Gráfico 15 – 95% de confiança com 5% erro na Distribuição Normal 
 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
30 
 
Substituindo todos os valores na fórmula do intervalo de confiança foram 
encontrados valores semelhantes aos obtidos pelo software Minitab, gráfico 14. 
 
𝐼𝐶0,95 = (286 − 1,96 
125
√121
 ≤ 𝜇 ≤ 286 + 1,96
125
√121
) 
 
𝐼𝐶0,95 = (264 ≤ 𝜇 ≤ 308) 
 
Analisando o resultado é possível inferir com 95% de confiança que as 
vazões de novembro estarão entre de 264 m³/s e 308 m³/s. Os valores 
encontrados contradizem a probabilidade de risco de vazões abaixo de 30% da 
média nesse mês, 5,48%, tendo em vista que esse deveria ser no máximo a 
probabilidade de erro dividida por dois, indicando que os dados de novembro 
não estão encaixados perfeitamente na curva de Gauss. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
31 
 
2.3 SIMULAÇÃO DO FUNCIONAMENTO DA USINA 
 
A energia firme gerada pela usina é aquela fornecida sem a ocorrência 
de déficit no reservatório e para dimensioná-la foi utilizado um simulador que 
segue a seguinte lógica: a usina hidrelétrica opera para atender uma certa carga, 
quando a vazão natural do rio não consegue gerar energia suficiente, esvazia o 
volume útil de forma a atender essa demanda, quando a energia demandada 
pela carga é maior que a energia disponível no volume útil e pela vazão natural 
ocorre um déficit, em contrapartida, quando a carga demanda menos energia 
que a energia fornecida pela vazão natural, o reservatório enche, e quando o 
mesmo já está com seu volume máximo abrem-se as comportas dos 
vertedouros. 
Os passos para realizar a simulação são: 
 
a. Determinar o fator de produtividade (k) 
 
O fator de produtividade do reservatório, fórmula 1, varia de acordo com 
a altura da queda (considerando que seria uma aproximação mais real o grupo 
utilizou a queda média, 32,5 metros), com a densidade da água, com a 
aceleração da gravidade, e os rendimentos da tubulação, da turbina e do gerador 
(totalizando 20% de perdas). 
 
b. Determinar a energia média associada ao volume útil (energia 
armazenada) 
 
A energia média associada a um volume útil será aquela que esse 
volume pode gerar em um mês, para determiná-la basta dividir o volume útil 
pelos segundos do mês (foi utilizado a média de todos os meses) e multiplicar 
pelo fator de produtividade. 
 
c. Expressar as vazões naturais em forma de energia (MWm) 
 
A energia associada a vazão natural é o produto entre a vazão natural e 
o fator de produtividade (k). 
32 
 
Após concluir o simulador foi possível calcular o período crítico da usina 
e calcular a energia firme da mesma, que é a carga mensal simula que em algum 
período faz o volume útil da usina atingir o mínimo, geralmente 0, sem causar 
déficit em nenhum período da simulação. 
 
Tabela 11 – Resultados e parâmetros do funcionamento da usina 
 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
 
O gráfico 16 é referente aos volumes atingidos no reservatório durante 
todo o período de janeiro de 1979 até janeiro de 2012 simulado e o gráfico 17 
corresponde a parte detalhada do período crítico, que tem início em maio de 
1970 e término em outubro de 1971. 
 
 
 
 
 
 
 
 
33 
 
Gráfico 16 – Energia armazenada no reservatório de 1979 até janeiro 2012 
 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
 
Gráfico 17 – Detalhamento do período crít ico 
 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
 
 
 
 
 
34 
 
2.4 FATOR DE CAPACIDADE E CAPACIDADE INSTALADA DA USINA 
 
O fator de capacidade da usina pode ser calculado de duas formas: 
através do fator de carga do mercado, dimensionado anteriormente, e pela 
capacidade instalada do parque gerador. Como a capacidade da usina também 
é uma variável desconhecida, o fator de capacidade foi dimensionado dividindo 
o fator de carga pelas perdas que podem ocorrer na transmissão, consideradas 
como 5%, e por uma reserva de energia, considerada como 10%. 
 
𝐹𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 = 
𝐹𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 
𝐹𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 + 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠 + 𝑟𝑒𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎⁄ 
𝐹𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 = 0,78 1,15⁄ 
𝐹𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 = 0,68 
 
Depois de encontrar o fator de capacidade da usina é possível 
dimensionar a capacidade instalada na mesma, relacionando a energia gerada 
pela usina e a energia que ela geraria se tivesse trabalhado na sua capacidade 
total. Considerando a energia firme 207 MWmédio, valor encontrado ao simular 
o funcionamento da usina hidroelétrica, sua capacidade instalada será de 304 
MWmédio. 
 
𝐹𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 = 
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑟𝑚𝑒
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎⁄ 
0,68 = 207 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎⁄ 
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎 = 304 𝑀𝑊𝑚 
 
 
 
 
 
 
 
 
35 
 
2.4 TURBINAS DA USINA 
 
Para escolher turbina que será instalada na usina hidroelétrica foi 
utilizado o ábaco abaixo que relaciona a altura da barragem, a vazão da usina, 
e a potência gerada com quatro tipos de turbinas. A potência da turbina foi 
definida pelo grupo, 50 MW, e como a faixa de altura da barragem está entre 20 
e 50 metros as turbinas instaladas deverão ser do tipo Kaplan. 
 
Gráfico 18 – Ábaco das turbinas hidráulicas 
 
Fonte: HACKER (2016). 
 
 Deverão ser instaladas na usina no mínimo 6 turbinas, valor encontrado 
relacionando a com a potência dessa com a capacidade instalada da usina. 
 
𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎𝑠 = 304 50 ⁄ 
𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎𝑠 ≅ 6 
 
 
36 
 
3. USINA TERMOELÉTRICA 
 
Como supracitado, um dos objetivos específicos deste projeto é a análise 
da implantação e do funcionamento de uma usina termoelétrica de ciclo 
combinado, para operar complementando a usina hidroelétrica. O grupo decidiu 
implantar a usina no estado do Rio de Janeiro próximo a Macaé, figura 6, tendo 
em vista a existência de uma unidade de processamento do gás natural, 
combustível da térmica, na cidade. 
 
Figura 6 - Localização da Usina Termoelétrica do TAI V 
 
Fonte: GOOGLE EARTH (2016). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
37 
 
3.1 O CICLO COMBINADO 
 
No Ciclo Combinado, são adaptados dois ciclos, um com turbina a gás, 
ciclo Brayton, e um ciclo com turbina a vapor, ciclo Rankine. A adição da turbina 
a vapor possibilita o reaproveitamento do calor liberado pelos gases de exaustão 
do ciclo Brayton, aumentando dessa forma o rendimento e a produção de energia 
elétrica. 
 
Figura 7 - Diagrama de Fluxo do Processo (PFD) 
 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
 
38 
 
Considerando os parâmetros do ciclo Brayton o fluido passará por 4 
estados: o estado 1 é referente as propriedades do ar que entra no compressor, 
o estado

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