Tema_4_2011

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DisciplinaAproveitamentos Hidreletricos34 materiais53 seguidores
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UFRJ
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 Tema 4: Órgãos adutores /
Condutos Forçados (penstocks) 
 
Heloisa Teixeira Firmo 
hfirmo@poli.ufrj.br
UFRJ
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Sumário:
1. Bibliografia.
2. Introdução.
3. Circuito hidráulico de geração.
4. Dimensionamento hidráulico de condutos forçados.
5. Blocos de apoio (selas) e de ancoragem.
6. Otimização de condutos forçados.
UFRJ
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 Schreiber, Usinas Hidrelétricas - Editora Edgar Blücher, Ltda.
Curso de hidráulica: Eurico Trindade Neves.
Manuais ELB (Inventário, PCH, Viabilidade, Projeto Básico). www.eletrobras.gov.br
Zulcy de Souza, Afonso H. Santos, Edson C. Bortoni \u2013 Estudos para Implementação de Centrais Hidrelétricas, Edição ELETROBRAS, Ltda.
1. Bibliografia.
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2. Introdução.
Chamamos órgãos adutores, ou adutoras, todas as construções que ligam a tomada d´água às turbinas. Essa ligação pode ser feita por: 
Canais ou túneis com lâmina d´água livre;
tubulações;
Túneis sob pressão.
A escolha do tipo vai depender de condições topográficas e do tipo de usina.
As tubulações adutoras são usadas onde canais abertos não são aplicáveis, por exemplo:
Em usinas com oscilação grande do NA no reservatório;
Devido a condições topográficas e geológicas.
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3. Circuito hidráulico de geração.
Um circuito hidráulico de geração pode ser composto das seguintes estruturas:
 canal /conduto de adução;
 tomada d\u2019água;
 conduto adutor;
 chaminé de equilíbrio;
 conduto ou túnel forçado;
 casa de força; e
 canal ou túnel de fuga.
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3. Circuito hidráulico de geração:
Alguns arranjos típicos.
Canal X conduto fechado de baixa pressão: depende de análise econômica, levando também em conta a eventual utilização do material escavado na construção de barragens de aterro. 
De modo geral, a derivação em canal é recomendada para aproveitamentos com pequenas depleções do reservatório e quando a topografia é suave. 
A solução em conduto fechado é quase sempre recomendada quando o caminho mais curto entre o reservatório e a casa de força for caracterizado por topografia montanhosa e com cobertura de rocha maior que três vezes o diâmetro do túnel. 
UHE Erveira
Fonte: Manual Inventário, ELB.  
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3. Circuito hidráulico de geração.
As dimensões do circuito hidráulico de geração são determinantes para a concepção do arranjo geral da usina. 
As estruturas que compõem o circuito hidráulico de geração deverão ser dispostas de forma a definir um conjunto o mais curto possível e que resulte em menores volumes de obras .
O arranjo do circuito hidráulico de geração depende, basicamente, das características topográficas e geológicas do local, da vazão máxima turbinada e do deplecionamento máximo do reservatório. 
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3. Circuito hidráulico de geração:
Alguns arranjos típicos.
 Usinas de represamento: desnível é causado essencialmente pela barragem.
aproveitamentos de baixa queda, com tomada d\u2019água e casa de força integradas na mesma estrutura, não existindo condutos forçados; 
UHE Esperança
Fonte: Manual Inventário, ELB.
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3. Circuito hidráulico de geração:
Alguns arranjos típicos.
Usina de represamento: o arranjo das usinas de represamento depende da altura da barragem e da topografia local. Usinas com baixa queda, inferior a 20 m são raras no Brasil. 
O represamento não aumenta muito a seção transversal do rio e, por isso, durante as enchentes, a velocidade da água é relativamente grande, provocando trubilhonamento.
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Exemplo: UHE Porto Colômbia
Foi construída para aproveitar o alto grau de regularização de descargas, promovido pelo reservatório da Usina de Furnas. A usina de Porto Colômbia é a única hidrelétrica de baixa queda no Sistema FURNAS, aproximadamente 20m. 
3. Circuito hidráulico de geração:
Alguns arranjos típicos.
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UHE Porto Colombia 320 MW
http://www.polmil.sp.gov.br/unidades/cpfm/hidreletrica_colombia.htm
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3. Circuito hidráulico de geração:
Alguns arranjos típicos.
Aproveitamentos de queda média ou baixa, com tomada d\u2019água do tipo gravidade fazendo parte do barramento, e com condutos forçados parcial ou totalmente embutidos no concreto da tomada d\u2019água 
UHE Água Vermelha
Fonte: Manual Inventário, ELB.
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3. Circuito hidráulico de geração:
Alguns arranjos típicos.
 Circuitos hidráulicos de geração para aproveitamentos comportando derivação:
aproveitamentos com derivação em canal, com canal de derivação, tomada d\u2019água, conduto ou túnel forçado, casa de força e canal de fuga
UHE Erveira
Fonte: Manual Inventário, ELB.  
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3. Circuito hidráulico de geração:
Alguns arranjos típicos.
Aproveitamentos com derivação em conduto fechado, com canal de aproximação, tomada d\u2019água, conduto adutor de baixa pressão em túnel ou externo, chaminé de equilíbrio, casas de válvulas, conduto ou túnel forçado, casa de força subterrânea ou externa e canal ou túnel de fuga. 
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Aproveitamento com derivação em conduto fechado (UHE Capivari Cachoeira) 
Fonte: Manual Inventário, ELB.
Tomada d\u2019água
Túnel de adução
Chaminé de equilibrio
Casa de Válvula
Condutos forçados
Casa de Válvula
Casa de força subterrânea
Túnel de fuga
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3. Circuito hidráulico de geração:
Alguns arranjos típicos.
Canal X conduto fechado de baixa pressão.
Aproveitamento com derivação em canal pode exigir uma estrutura de controle extra (câmara de carga), enquanto que com derivação em túnel exige chaminé de equilíbrio e válvulas . 
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3. Circuito hidráulico de geração:
Alguns arranjos típicos.
Usina de desvio: da barragem sai um canal aberto, ou um túnel adutor, ou uma tubulação, que conduz a água à chaminé de equilíbrio e desta às turbinas, na casa de força, por tubulações forçadas ou por túnel forçado. 
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Itaipu
Casa DE FORÇA
Condutos forçados (18 un) Diâm. 10,5 m
Turbinas Francis (18 un) 715 MW cada
Geradores (18 un) 823,6 MVA/50Hz//737 MVA/60 Hz
Capacidade total instalada 12.600 MW
Comprimento e largura (completa) 968 x 90 m
3. Circuito hidráulico de geração:
Alguns arranjos típicos.
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4. Dimensionamento hidráulico de condutos forçados para PCH.
O diâmetro econômico é o diâmetro limite para o qual um aumento de sua dimensão, que significaria redução das perdas hidráulicas e, conseqüentemente, maior potência instalada, promove aumento do benefício energético sem que isso compense o acréscimo de custo associado.
Dadas as dificuldades de obter-se uma fórmula que considere exatamente os parâmetros acima mencionados, adota-se, nas Diretrizes para dimensionamento de PCH, o diâmetro calculado pela fórmula de Bondshu como o econômico.
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4. Dimensionamento hidráulico de condutos forçados para PCH.
Fórmula de Bondshu :
	diâmetro econômico (cm);
	descarga de projeto (m3/s);
carga hidráulica total sobre o conduto (m), 
 igual à soma da queda bruta ( )
 com a sobrepressão devida ao golpe de aríete ( )
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4. Dimensionamento hidráulico de condutos forçados para PCH.
Para as PCH, pode-se admitir que hs=0,2 Hb. 
Portanto, tem-se 
Ht=1,2 Hb
Substituindo-se na fórmula anterior, 
tem-se:
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4. Dimensionamento hidráulico de condutos forçados para PCH.
Após o cálculo do diâmetro econômico, deve-se verificar se a velocidade máxima admissível para cada tipo de tubulação, listada na tabela a seguir, é atendida.
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4. Dimensionamento hidráulico de condutos forçados para PCH.
 Verificação da Velocidade
 A velocidade é estimada pela equação da continuidade:
onde 
Portanto,
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4. Dimensionamento hidráulico de condutos forçados para PCH.
Verificação da Perda de Carga
 Conhecidos De e V, estima-se a perda de carga devido ao atrito, desprezando-se as demais, utilizando-se a fórmula de Scobey, como descrito a seguir.
	perda de carga unitária (m/km);
	comprimento do conduto (m);
	coeficiente que varia com