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Casa de Força FRANCIS VERTICAL
			ESTUDO DE INVENTÁRIO HIDRELÉTRICO							Data:	5/16/11
			RIO
			Projeto:							Cálculo:
			Item:	CASA DE FORÇA TIPO FRANCIS COM EIXO VERTICAL						Verificação:
	
	
	1. DADOS BÁSICOS:
		Dados para o dimensionamento:
		P' =	90.00	MW	(Potência instalada inicial)
		Ng =	0	unidades	(Número de unidades geradoras - não o conhecendo, digitar o valor zero; será adotado o valor calculado)
		NAmax =	520.00		(Nível de água máximo normal do reservatório)
		NAmed =	513.60		(Nível de água médio do reservatório)
		NAfu =	475.80		(Nível de água normal do canal de fuga)
		NAnfu =	467.00		(Nível de água mínimo no canal de fuga)
		hp%=	2.00	%	(Perda de carga na adução, em % de Hb1)
		fp =	0.90		(Fator de potência)
		hg =	0.97		(Rendimento médio dos geradores)
		T =	28.00	°C	(Temperatura média da água no verão)
		f =	60.00	Hz	(Freqüência do sistema elétrico)
		Dados para a quantificação
		Elte =			(Cota média do terrreno na área da casa de força)
		ete =		m	(Espessura média da camada de terra na área da casa de força)
		Vcd =		m³	(Acréscimo no volume de concreto devido a escavação adicional necessária por fundação deficiente)
		Vcn =		m³	(Acréscimo no volume de concreto devido a modificações no projeto por NAxfu muito alto)
		Tipo:			(Tipo de casa de força: 1 - abrigada; 2 - semi-abrigada; 3 - aberta; 4 - subterrânea)
		NAxfu =			(Nível de água máximo do canal de fuga)
	
		Mensagens:
		Potência da unidade geradora maior que a máxima recomendada. Foi aumentado o número de unidades
	
	2. QUEDAS
	
	a)	Queda bruta máxima
	
		Hb1 = NAmax - NAfu =		44.20	m
	
	b)	Queda bruta média
	
		Hb2 = NAmed - NAfu =		37.80	m
	
	c)	Perda de carga total
	
				0.88	m
	
	d)	Queda líquida máxima
	
		H1 = Hb1 - hp =		43.32	m
	
	e)	Queda líquida média
	
		H2 = Hb2 - hp =		36.92	m
	
	
	3. NÚMERO DE UNIDADES E POTÊNCIA
	
	a)	Potência total do conjunto das turbinas
	
				92,784	kW
	
	b)	Número de unidades geradoras
	
	
	
		Sendo P1x a potência máxima da turbina para a queda disponível, calculada abaixo:
	
	
	
	
	
	
	
	
					Assim, para este aproveitamento, com H1 =	43.32	m, tem-se:	P1xt =	187.98	MW
	
			E para o número mínimo de unidades geradoras temos				1
			Observação: O número de unidades geradoras deve ser, de preferência, maior ou igual a dois.
			Assim:	Ng =	2	unidades	(Valor calculado)
	
		Como a condição acima não foi verificada, o novo valor inicial de Ng =					2	unidades
	
	
	c)	Potência inicial de uma unidade geradora
	
	
	
		Sendo P1n a potência mínima da turbina para a queda disponível, calculada abaixo:
	
	
	
	
	
	
	
	
					Assim, para este aproveitamento, com H1 =	43.32	m, tem-se:	P1nt =	5.00	MW
			Como a condição acima foi verificada, manteve-se Ng =				2	unidades
	
		E para a potência inicial de uma unidade geradora:				P'1 =	45.0	MW
	
	d)	Potência de uma unidade geradora
	
				45.00	MW	sendo:	kp	Para
							0.10
							0.50
							1.00
						Neste aproveitamento:	kp =	0.50
	
	e)	Potência instalada
	
				90.0	MW
	
	f)	Potência de uma turbina
	
				46,392.00	kW
	
	4. DIMENSIONAMENTO DA TURBINA
	
	a)	Velocidades
	
		> Vazão turbinada máxima de cada turbina:
	
				116.51	m³/s ===>			0.91
	
		sendo:			8,916.00	(Coeficiente inicial)
	
			0.95	(Rendimento da turbina inicial)
	
				0.96
	
				50.00
	
		Assim:
				121.55	m3/s
	
			com:		8,546.39
	
		> Velocidade específica inicial: (do Gráfico 5.8.2.04)
	
	
	
	
	
	
	
	
	
					Assim, para este aproveitamento, com Q1 =	121.55	m³/s e H1 =	43.32	m,
			tem-se para a velocidade específica inicial:
			n's =	299.42
	
		> Velocidade inicial:
	
				154.49	rpm
						157.08
	
		> Número de pólos do gerador:
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
					Assim, para este aproveitamento, com f =	60.00	Hz, tem-se para o número de pólos do gerador :
	
			p =	46	pólos
	
		> Velocidade síncrona:
	
				156.52	rpm
	
		> Velocidade específica:
	
				303.34
	
	b)	Diâmetro e posição do rotor da turbina
	
		> Coeficiente de velocidade periférica:
	
				1.11
	
		> Diâmetro do rotor da turbina:
	
						3.96	m
	
		> Altura de sucção:
	
				-0.92	m
	
		sendo:
						9.40	m (Altura de pressão)
	
						0.24	(Coeficiente de Thoma)
	
		> Cota da linha de centro do distribuidor da turbina:
	
				466.08
	
	
	c)	Dimensões da turbina, da caixa espiral, do gerador e do tubo de sucção
	
	
				4.50	m
	
				5.07	m
	
				5.87	m
	
				6.58	m
	
				4.77	m
	
				18.05	m
	
	
				10.86	m
	
	
	
	
	
		Assim:	U =	1.70	m
			Nvs =	2	unidades
	
	
	
	
	
		Assim:	H'2 =	1.43	m
	
	
	
	
	
	
		Assim:	N =	9.50	m
	
			10.94	m
	
		> Diâmetro estimado do poço do gerador:
	
				10.38	m
	
	
	d)	Dimensões da casa de força
	
		> Largura do bloco da unidade:
	
					16.58	m
	
		> Largura total da casa de força:
				35.16	m
	
		> Largura da área de montagem dos equipamentos:
	
	
	
		Assim:	Bam =	24.87	m
		> Comprimento da superestrutura:
	
				17.55	m
	
		sendo:
					8.08	m (Distância entre a face externa da parede de montante e a linha central
						das unidades geradoras)
					9.47	m (Distância entre a linha central das unidades geradoras e a face externa
						da parede de jusante)
	
		> Comprimento da casa de força:
	
			26.13	m
	
		> Comprimento da área de montagem:
	
			17.55	m
	
	5. QUANTIFICAÇÃO E CUSTOS
	
	a)	Escavação
		> Escavação comum
	
		Casa de força externa (tipos 1, 2 e 3):
						0	m³
	
		sendo:
					-1.50	m
	
		Casa de força subterrânea (tipo 4):
			Vtcf =	0	m³
	
				Para este aproveitamento tem-se:	Vtcf =	0	m³
	
	
		> Escavação em rocha
	
		Casa de força externa (tipos 1, 2 e 3):
				-418,616	m³
	
		sendo:
							-3,618	m³
	
						-426,879	m³
	
					11,880	m³
	
		Casa de força subterrânea (tipo 4):
			Vrcf =	0
	
				Para este aproveitamento tem-se:	Vrcf =	0	m³
	
		> Escavação subterrânea em rocha
	
		Casa de força externa (tipos 1, 2 e 3):
			Vscf =	0
	
		Casa de força subterrânea (tipo 4):
						29,326	m³
	
				Para este aproveitamento tem-se:	Vscf =	29,326	m³
	
		Área da seção de escavação:
	
			308.04
	
		Custo unitário de escavação subterrânea em rocha:
	
				21.12	US$/m³
	
	
	b)	Limpeza e tratamento de fundação
	
		> Área de limpeza da fundação:
	
				1,355	m²
	
		> Comprimento da injeção de cimento:
	
				-8,002	m
	
		sendo:			-683	m (Comprimento de um furo de injeção de cimento - máximo: 40 m)
	
		> Comprimento da malha de chumbadores (somente para casa de força subterrânea: tipo 4)
	
							0	m
	
		Custo de limpeza e tratamento de fundação
	
		Clf =	11.20	US$/m²	(Custo unitário de limpeza de superfície em rocha)
		Ctf =	70.00	US$/m	(Custo unitário de furo roto-percussivo)
		Cic =	30.00	US$/m	(Custo unitário de injeção de cimento)
		Ctfc =	100.00	US$/m	(Custo unitário de chumbador)
	
						ERRO! Opção inválida!	US$
	
	
	c)	Concreto
	
		I ) Casa de força abrigada
						Tipo inválido!	m³
	
		II ) Casa de força semi-abrigada
						Tipo inválido!	m³
	
		III ) Casa de força aberta
							Tipo inválido!	m³
	
		IV ) Casa de força subterrânea
							Tipo inválido!	m³
	
		sendo:
			Volume de concreto da infra-estrutura:
					4,035	m³
	
			Volume de concreto da superestrutura:
					972	m³
	
			Volume de concreto das paredes em cada uma das extremidades:
					1,283	m³
	
			Volume de concreto da área de montagem (integrado à superestrutura):
	
	
						Assim: Vca =	972	m³
	
	
			Volume de concreto projetado (somente para casa de força subterrânea)
						Tipo inválido!	m³
	
					Assim, para este aproveitamento, com casa de força	Tipo inválido!	tem-se para o volume de concreto:
	
		Vccf =	Tipo inválido!	m³
	
	
		Taxas de cimento e armadura:
	
					Cimento	Armadura
					(kg/m³)	(kg/m³)
			Infra-estrutura		275	65
			Superestrutura		300	100
			Parede extrema		250	50
			Dental		200	10
			Concreto projetado		300	70
	
		Totais:
	
					Cimento	Armadura	CSC
							Volume	C. unitário	C. total
					(t)	(t)	(m³)	(US$/m³)	(US$)
			Infra-estrutura		2,219	525	8,070	85.00	685,941
			Superestrutura		0	0	Tipo inválido!	85.00	0
			Parede extrema		0	0	Tipo inválido!	85.00	0
			Dental		0	0	Tipo inválido!	85.00	0
			Concreto projetado		0	0
Tipo inválido!	150.00	0
			TOTAL		0	0	8,070	-	0
	
			Custo unitário médio: $ =	0.00	US$/m³	(C. total/Volume)
	
	
	d)	Benfeitorias na área da usina
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
		Equação da curva ajustada no gráfico B.19 (aqui já multiplicada pela Potência Instalada):
	
					320,056.53	US$
	
	
	e)	Instalações e acabamentos
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
		Equação da curva ajustada no gráfico B.20 (aqui já multiplicada pela Potência Instalada):
	
				349,067.61	US$
	
	
	f)	Equipamentos
	
		> TURBINAS
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
		Equação da curva ajustada no gráfico B.10:
	
					2,258,369	US$/unidade
	
			sendo:
				296.39	kW/rpm
	
	
		> COMPORTA ENSECADEIRA DO TUBO DE SUCÇÃO
	
		Quantidade de comportas ensecadeiras:
	
	
					Assim, para este aproveitamento tem-se: Nsl =	4	comportas
		Custo de aquisição:
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
		Equação da curva ajustada no gráfico B.25:
	
					Fora da faixa de variação da curva!	US$/unidade
	
		sendo:
					-45.54	m4
	
			Hx = Naxfu - Eld + Y =		-455.14	m
			Hcp = R =		4.77	m
	
				4.58	m
	
		Preço global de aquisição de guias e partes fixas:
	
					-2,900,105.90	US$
	
	
		> GERADORES:
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
		Equação da família de curvas ajustada no gráfico B.16:
	
	
	
	
	
	
	
	
		sendo:			0.52			6.24
	
	
				0.32	MVA/rpm
	
				1.09	MVA/pólo
	
				50.00	MVA
	
	
				Assim, para este aproveitamento, com m =	6.24	, tem-se para o custo de hidrogeradores verticais:
	
			Cgv =	3,177,300	US$
	
	
		> EQUIPAMENTO ELÉTRICO ACESSÓRIO
	
		Deve ser considerado como igual a 18% do custo global da Conta .13 - Turbinas e Geradores.
	
	
		> GUINDASTE E PONTE ROLANTE
	
		Ponte rolante:
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
		Equação da curva ajustada no gráfico B.17:
	
				917,112	US$/unidade
	
		sendo:
					319.44	MVA/rpm
	
				50.00	MVA
	
	
		Pórtico rolante:
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
		Equação da curva ajustada no gráfico B.18:
	
					1,717,220	US$/unidade
	
			Sendo:	z =	319.44	MVA/rpm
	
	
		> EQUIPAMENTOS DIVERSOS
	
		Deve ser considerado como igual a 6% do custo global da Conta .13 - Turbinas e Geradores.
	
	
	6. EXTRATO DO O.P.E.									R$/US$ =	1.00
											Preços de DEZ/95
								PREÇO UNITÁRIO		CUSTO	CUSTO
	CONTA	ITEM				UN.	QUANT.	US$		10³ US$	10³ R$
	
	.11	ESTRUTURAS E OUTRAS BENFEITORIAS								0	0
	.11.12	BENFEITORIAS NA ÁREA DA USINA				gl	1	320,056.53		320	320
	.11.13	CASA DE FORÇA								0	0
	.11.13.00.12	Escavação				gl				619	619
	.11.13.00.12.10	Comum				m³	0	3.40		0	0
	.11.13.00.12.11	Rocha a céu aberto				m³	0	11.00		0	0
	.11.13.00.12.12	Subterrânea em rocha				m³	29,326	21.12		619	619
	.11.13.00.13	Limpeza e tratamento de fundação				gl	1	ERRO! Opção inválida!		0	0
	.11.13.00.14	Concreto				gl				0	0
	.11.13.00.14.13	Cimento				t	0	165.00		0	0
	.11.13.00.14.14	Concreto sem cimento				m³	Tipo inválido!	0.00		0	0
	.11.13.00.14.15	Armadura				t	0	1,420.00		0	0
	.11.13.00.15	Instalações e acabamentos				gl	1	349,067.61		349	349
	.11.14	VILA DOS OPERADORES				gl					0
		Subtotal da conta .11								0	0
	.11.27	EVENTUAIS DA CONTA .11				%	10%	0.00		0	0
	
	.13	TURBINAS E GERADORES								0	0
	.13.13.00.23.17	Comportas ensecadeiras				un	4	0.00		0	0
	.13.13.00.23.20	Guindaste				un				0	0
	.13.13.00.23.28	Turbina tipo Francis				un	2	2,890,712.79		5,781	5,781
	.13.13.00.23.29	Gerador				un	2	4,066,943.53		8,134	8,134
	.13.13.00.23.56	Peças fixas extras				un	1	-3,712,135.55		-3,712	-3,712
		Subtotal .13								0	0
	.13.27	EVENTUAIS .13				%	15%	0.00		0	0
	
	.14	EQUIPAMENTO ELÉTRICO ACESSÓRIO								0	0
	.14.00.00.23	Equipamento				gl	18%	0.00		0	0
		Subtotal .14								0	0
	.14.27	EVENTUAIS .14				%	15%	0.00		0	0
	
	.15	DIVERSOS EQUIPAMENTOS DA USINA								0	0
	.15.00.00.23.31	Equipamentos diversos				gl	6%	0.00		0	0
	.15.13.00.23.20	Ponte rolante				un	0	1,173,903.36		0	0
	.15.13.00.23.20	Pórtico rolante				un	0	2,198,042.23		0	0
		Subtotal 15.								0	0
	.15.27	EVENTUAIS 15.				%	15%	0.00		0	0
	
	TOTAL DA ESTRUTURA									0	0
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