ou: UP/US=iS/iP 4. Transformadores. UFRJ 33 5. Casa de força. Normalmente, a casa de força é um edifício com a função de abrigar os equipamentos eletromecânicos e pessoal para operação da usina. De acordo com o local, elas podem ser: Externas: - abrigadas, com superestrutura e ponte rolante. - semi-abrigadas, com cobertura removível e guindaste pórtico externo. - abertas, com a tampa do gerador ao tempo. Em caverna – a casa de força está enterrada e tem de ter altura suficiente para a retirada da maior peça do grupo turbina-gerador. UFRJ 34 5. Casa de Força. É composta das seguintes partes: hall de máquinas; Área de descarga e montagem das máquinas; Anexos para a instalação de equipamentos elétricos e mecânicos; Passagens de dutos para cabos, barramentos e tubulações. Em adição, outras partes podem ou não estar na casa de força: sala de controle, oficina de manutenção, almoxarifado e escritório. UFRJ 35 5. Casas de força. A largura, o comprimento e a altura do hall de máquinas são determinadas principalmente pelas dimensões e arranjo dos grupos de geração. Os demais equipamentos elétricos, tais como transformadores, painéis de comando e equipamentos dos serviços auxiliares são usualmente acomodados de forma mais conveniente nos anexos ou extensões do hall das máquinas. Nos casos de usinas semi-abrigadas a casa de força possui uma cobertura removível e a retirada das peças dos grupos é feita por intermédio de um guindaste pórtico. UFRJ 36 5. Casas de força. O comprimento do edifício depende da disposição, número e dimensões dos grupos de geração. A largura do edifício depende dos seguintes aspectos: Dimensões e arranjos dos grupos de geração. Espaço para manutenção dos grupos. Desde que o edifício seja totalmente coberto, i.e., sejam instaladas uma ou duas pontes rolantes externas, a altura do edifício é definida pela altura de levantamento do gancho da ponte rolante, que será utilizada para retirar a maior peça dos grupos gerador- turbina e transportar até a área de manutenção. UFRJ 37 5. Casas de força. O eixo da unidade turbina-gerador pode ter posição horizontal ou vertical. Atualmente, a posição horizontal é usada apenas em unidades pequenas, enquanto as máquinas de grande potência nas usinas modernas são quase exclusivamente verticais. UFRJ 38 6. Número e tamanho dos grupos de geração. A capacidade total de geração de uma UHE é estabelecida levando-se em conta: A quantidade de energia que pode ser obtida de uma bacia hidrográfica por ela controlada e possíveis regularizações a montante, a potência firme e a potência média. O fator de capacidade que se pretende operar a usina, que depende do fator de demanda (carga) local ou global e pode variar de um mínimo no entorno de 0,25 (usina de ponta) até valores superiores a 0,60 O custo da energia produzida, incluindo investimento, O&M. O retorno esperado. UFRJ 39 6. Número e tamanho dos grupos de geração. Uma vez determinada a capacidade total a ser instalada, o próximo passo é decidir o número de grupos de geração. Os principais fatores que governam esta escolha são: Custo da instalação: o custo da CF e das fundações aumenta com o número de grupos, porém não na proporção direta. O aumento do número de grupos aumentará também os custos de outros itens do empreendimento. O preço de um grupo normalmente é mais barato do que o preço de dois grupos de potência igual à metade. Custo de operação: o custo de O&M de diversos grupos é maior do que o correspondente custo para grupos maiores e em menor número. UFRJ 40 6. Número e tamanho dos grupos de geração. Confiabilidade do suprimento: as considerações que foram feitas levam sempre a diminuir ao mínimo o número de grupos. Entretanto é necessário assegurar a máxima confiabilidade ao suprimento de energia, no evento de falha ou retirada para manutenção de qualquer grupo de geração. A localização da planta e a sua utilização é um fator importante na análise desse item: se a usina alimenta um sistema isolado, é necessário que tenha um ou dois grupos de reserva para qualquer eventualidade; caso a usina esteja no sistema interligado haverá necessidade de verificar o número necessário de grupos reserva e mesmo se há necessidade de reserva. UFRJ 41 6. Número e tamanho dos grupos de geração. Limites de Potência: independentemente dos limites de altura da queda associada aos diferentes tipos de turbinas, existem também os limites de potência para os vários tipos de turbinas e geradores em função da velocidade do grupo. No caso da turbina, este aspecto é devido a problemas do tamanho físico e de esforços mecânicos e também de considerações hidráulicas. Para os geradores, os problemas de esforços mecânicos do rotor nas condições de velocidade de disparo e de refrigeração são as variáveis que limitam o crescimento das potências dos grupos. 2 geradores 60 MW UFRJ 43 7. Turbinas. Basicamente existem dois tipos de turbinas hidráulicas: as de ação e as de reação. Ação: trabalho mecânico é obtido pela transformação de energia cinética: tudo isto ocorre a pressão atmosférica. Mais comuns: Pelton, Michell-Banki. Reação: Na turbina de reação, trabalho mecânico é obtido pela transformação de energia cinética e de pressão da água em escoamento, o rotor é completamente submergido na água, com o escoamento da água ocorre uma diminuição de pressão e de velocidade entre a entrada e a saída do rotor. Mais usadas: Francis, Kaplan. UFRJ 44 7. Turbinas. Pelton Pelton Kaplan Francis Francis Francis www.cerpch.efei.br/turbinas.html UFRJ 45 7. Turbinas. Ação: Pelton, Michell-Banki Pelton opera em quedas relativamente altas e pequenas vazões, com eixo horizontal, no caso de ter um ou dois jatos e eixo vertical para um número de jatos de 3 a 6, podendo alcançar potências até 100 MW por unidade e quedas de 1900m. A outra geometria de ação, o rotor Michell-Banki possui sempre eixo horizontal e pode alcançar potência máxima de 2 MW. A simplicidade construtiva e o baixo custo de manutenção fazem com que esse turbina seja a preferida em sítios distantes dos grandes centros e que necessitem de pouca potência. UFRJ 46 7. Turbinas: Pelton. www.cerpch.efei.br/turbinas.html http://enerp4.ist.utl.pt/ruicastro/download/Mh_ed2.pdf 7. Turbinas: Michell-Banki. http://meusite.mackenzie.com.br/mellojr/Turbinas%20Hidr%E1ulicas/CAP%CDTULO%203REV.htm UFRJ 48 7. Turbinas. Francis: Estator ou carcaça em forma de espiral, tubo de sucção com curva e cone. 600 > Hb (m) > 8 UFRJ 49 7. Turbinas: Francis. Francis UFRJ 50 7. Turbinas: Francis. Francis Guri II Power Station (Venezuela) www.toshiba.co.jp/.../ equipment/index01_1.htm A Francis turbine runner, rated at nearly one million hp, being installed at the Grand Coulee Dam http://en.wikipedia.org/wiki/Water_turbine UFRJ 52 7. Turbinas. Hélice e Kaplan: com relação à forma da carcaça e da maioria dos componentes, as turbinas de reação com motor axial se assemelham às do tipo Francis, exceto na geometria do rotor, composta por cubo com pás em forma de asa de sustentação, cujo número varia de 2 a 8. Essas pás podem ser fixadas rigidamente ao cubo e o rotor axial recebe a denominação de rotor hélice e a turbina correspondente, turbina hidráulica hélice. No caso das pás terem movimento em relação ao cubo, o rotor denomina- se Kaplan e a turbina, turbina hidráulica Kaplan. UFRJ 53 7. Turbinas. Kaplan Eixo turbina Kaplan - Sobradinho A propeller-type Kaplan runner rated 28,000 hp http://en.wikipedia.org/wiki/Water_turbine Turbinas: manutençao – cavitação . http://en.wikipedia.org/wiki/Water_turbine UFRJ