Tema_1_2011_B

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 Aproveitamentos 
Hidrelétricos 
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Mercado (demanda) de energia 
Oferta de energia 
Energia e potência 
Usinas hidrelétricas: tipos 
Usinas Hidrelétricas: principais componentes 
•O circuito hidráulico de adução; 
•O cálculo da potência efetiva; 
•Segurança da hidrelétrica: o vertedouro; 
•A casa de força. 
Aproveitamentos Hidrelétricos 
 
3 
• No século XVIII o uso das rodas d´água 
atingiu o seu ápice quando, só na Inglaterra, 
havia mais de 10 mil unidades. 
• A potência de uma roda d´água era de 0,1 
MW, cerca de mil vezes menor do que uma 
típica turbina de hidrelétrica nos dias de hoje. 
• A roda d´água foi o primeiro engenho capaz 
de realizar trabalho a partir da queda d´água, 
transformando energia hidráulica em energia 
mecânica. 
Introdução/Histórico 
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• No final do século XIX a roda d´água passou a 
ser substituída pelo conjunto turbina-gerador, 
que transforma energia hidráulica em 
energia elétrica. 
• Como a eletricidade pode ser transportada 
por fios condutores, passou a ser possível 
desfrutar dos benefícios produzidos por uma 
queda d´água em outros locais, afastados da 
queda d´água. 
Introdução/Histórico 
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• No destino final, a eletricidade pode ser 
transformada em outras formas de energia, 
inclusive mecânica. 
• A transmissão de energia elétrica por grandes 
distâncias tornou-se viável técnica e 
economicamente no início do século XX, 
trazendo grande desenvolvimento de UHE´s , 
inclusive no Brasil. 
Introdução/Histórico 
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• As UHE´s aproveitam a diferença de energia 
potencial existente entre o nível d´água de 
montante e o de jusante. 
• Quando a água cai do nível mais elevado para o 
menos elevado, dentro de um tubo, essa 
energia potencial é transformada em energia 
cinética e de pressão que, por sua vez, faz 
girar a turbina e, junto dela, o gerador. 
• O giro do gerador produz energia elétrica, que 
é proporcional ao produto da vazão turbinada 
pela altura de queda d´água. 
Introdução/Histórico 
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• Por essa razão, rios caudalosos, como o 
Amazonas, mas sem queda d´água, ou rios com 
grande queda, mas com vazão intermitente, 
não são indicados para aproveitamento 
hidrelétrico. 
• Rios de montanha são caracterizados por 
pequena vazão e grande declividade. Em 
condições naturais, a energia potencial vai 
sendo dissipada em calor, pelo atrito, à 
medida que a água escoa. 
Introdução/Histórico 
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• Para evitar esse desperdício, empreendem-se 
obras de engenharia para concentrar a 
diferença de nível de diversas cachoeiras e 
corredeiras em uma única queda. 
• No Brasil, a maior parte dos rios é de planalto 
ou de planície, quando os rios são 
caracterizados por grande vazão e baixa 
declividade. 
• Nesses casos, a queda é criada pela 
construção de uma barragem. 
Introdução/Histórico 
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• A vazão à jusante da barragem passa a variar 
menos depois da construção da barragem do 
que variava antes, porque o reservatório tende 
a encher na época das cheias, eventualmente 
evitando inundações, e esvaziar em época de 
estiagem, às vezes evitando racionamentos. 
• Por isso, é chamado reservatório de 
regularização. 
Introdução/Histórico 
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• Como a flutuação de vazão em condições 
naturais raramente coincide com a flutuação da 
necessidade do uso da água, inclusive para a 
produção de energia elétrica, a regularização 
do rio, em geral, é extremamente benéfica. 
• Se o reservatório de regularização estiver 
cheio e a vazão afluente for maior do que a 
máxima vazão capaz de ser conduzida pelas 
turbinas, configura-se uma sobra de água, que 
deve ser escoada pelos vertedores. 
Introdução/Histórico 
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• Existem, no Brasil, 31 reservatórios 
construídos pelo setor elétrico, com volume 
útil superior a 1 bilhão de m3. 
• O parque hidrelétrico brasileiro é um dos 
maiores do mundo. 
• Mundo , hidrelétricas = 25% energia elétrica 
• Brasil, hidrelétricas = 97% energia elétrica 
Introdução/Histórico 
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• Energia produzidas nas UHE´s é renovável graças ao 
ciclo hidrológico. 
• As UHE´s não necessitam de combustível, pois são 
“movidas à água”. 
 
• UHE: 
 Custo de O&M muito baixo. 
 Custo de investimento muito alto. 
 
• UTE: 
 Custo de O&M muito alto. 
 Custo de investimento muito baixo. 
 
 
Introdução/Histórico 
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• Usinas hidrelétricas: conjunto de dispositivos 
(obras, reservatório, equipamentos) que permitem 
transformar 
energia hidráulica → energia mecânica → energia 
 elétrica 
• circuito hidráulico de geração, principais 
estruturas : barragem, vertedouro , tomada 
d´água, barragens, canais de adução, condutos 
forçados, casa de força. 
Introdução/Histórico 
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Brasil: 
• Com a criação do Ministério das Minas e Energia, 
em 1960, avança a estruturação do setor elétrico 
brasileiro. 
• Em 1962 é criada a ELETROBRAS. 
• Em 1968 é criado o Departamento Nacional de 
Águas e Energia Elétrica (DNAEE), sucessor, 
respectivamente, do DNPM/Serviço de Águas do 
Departamento Nacional de Produção Mineral e do 
Conselho Nacional de Águas e Energia Elétrica. 
Introdução/Histórico 
16 
Brasil: 
• O DNAEE fica encarregado da gestão dos usos 
das águas e dos serviços de energia elétrica em 
âmbito federal até sua extinção, em 1997, com a 
estruturação da agência reguladora ANEEL 
(Agência Nacional de Energia Elétrica) e da ANA 
(Agência Nacional de Águas). 
 
 
 
Introdução/Histórico 
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Brasil: 
• As primeiras preocupações com o meio ambiente 
surgem com a promulgação do Código Florestal – 
Lei nº 4.771, de 1965 – que cria as áreas de 
preservação permanente e, indiretamente, 
protege a vazão e a qualidade das águas ao 
determinar a preservação das florestas e das 
matas ciliares situadas ao longo dos cursos de 
água, nascentes, lagos, lagoas ou reservatórios. 
Introdução/Histórico 
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Brasil: 
• Ambas visões, a ambiental e a econômica, passam a 
conviver de maneira mais próxima e a enfrentar o 
desafio da busca do equilíbrio entre os 
respectivos enfoques. 
• A Constituição de 1967 atribui ao governo federal 
duplo papel: de um lado, o de poder concedente e 
regulador; e de outro, o de investidor - 
empreendedor, portanto sujeito à própria 
regulação. 
 
Introdução/Histórico 
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Brasil: 
• O setor elétrico continuou em expansão com perfil 
estatizante até meados dos anos 90; o símbolo 
desse período é a Usina Hidrelétrica de Itaipu, 
projeto binacional que envolveu Brasil e Paraguai e 
se tornou a principal unidade geradora do sistema. 
• Em pouco tempo, o Brasil viria a desenvolver um 
complexo sistema de produção, transmissão e 
distribuição de energia elétrica de fonte hídrica, 
que ocupa posição central na matriz energética do 
País. 
 
Introdução/Histórico 
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Empreendimentos em Operação 
Tipo Quantidade 
Potência Fiscalizada 
(kW) 
% 
CGH 330 189.237 0,17 
EOL 51 928.986 0,81 
PCH 396 3.526.032 3,09 
SOL 5 87 0 
UHE 173 77.235.939 67,76 
UTE 1.422 30.099.239 26,41 
UTN 2 2.007.000 1,76 
Total 2.379 113.986.520 100 
http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/capacidadebrasil/capacidadebrasil.asp 
Atualizado em 03/2011 (CGH Centrais Geradoras Hidrelétricas – até 1 MW) 
Os valores de porcentagem são 
referentes a Potência Fiscalizada. 
A Potência Outorgada é igual a 
considerada no Ato de Outorga. A 
Potência Fiscalizada é igual a 
considerada a partir da operação 
comercial da primeira unidade 
geradora. 
22 
23 
-
20 000
40 000
60 000
80 000
100 000
120 000
140 000
160 000
 2
00
8
 2
00
9
 2
01
0
 2
01
1
 2
01
2
 2
01
3
 2
01
4
 2
01
5
 2
01
6
 2
01
7
CARVÃO
MINERAL
ÓLEO DIESEL
ÓLEO
COMBUSTÍVEL
GÁS NATURAL
OUTROS
NUCLEAR
FA INDICATIVA
EÓLICA
BIOMASSA
PCH
HIDRO
 1
00
 7
60
 
 1
54
 7
96
 
Fonte: EPE (PDE 2008-2017) 
EVOLUÇÃO DA POTÊNCIA INSTALADA POR FONTE (MW) 
24 
25 Fonte: Tese de doutorado Monica da Hora. COPPE/UFRJ, 2008. 
Representação do Sistema 
Marcelo R. BessaOperação Coordenada da 
Cascata 
Xi 
X: Volume útil 
u: turbinamento 
s: vertimento 
uk2 +sk2 uk1 +sk1 
ui +si 
y: afluência 
yk1 yk2 
y 
Navegação 
Restrições ambientais 
Irrigação 
Saneamento 
Marcelo R. Bessa 
28 
Brasil: 
• A energia elétrica é o serviço público de mais 
amplo alcance social no país, atendendo cerca de 
92% dos domicílios. 
Introdução/Histórico 
29 
UHE Machadinho (1.140 MW) 
www.machadinho.com.br 
http://www.ariae.org/pdf/VI_Curso_Ariae/pdf92.pdf 
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www.machadinho.com.br 
http://www.ariae.org/pdf/VI_Curso_Ariae/pdf92.pdf 
31 
UHE Machadinho (1.140 MW) 
www.machadinho.com.br 
A Usina Hidrelétrica Machadinho está localizada no Rio 
Pelotas a 1,2 km a jusante da foz do Rio Inhandava, 
entre os municípios de Piratuba/SC e Maximiliano de 
Almeida/RS. 
 
32 
Marcos contratuais principais 
 
 
Etapas 
Licitação 
Mar/97 
Contrato 
Nov/97 
Programa 
Super Meta 
Jan/00 
Mobilização/Canteiro/Acampamento set/97 mar/98 mar/98 
Desvio do Rio out/00 out/99 out/99 
Início enchimento do reservatório fev/03 mar/02 set/01 
Geração comercial da unidade 1 set/03 ago/02 jan/02 
Geração comercial da unidade 2 dez/03 dez/02 abr/02 
Geração comercial da unidade 3 mar/04 abr/03 jul/02 
UHE Machadinho (1.140 MW) 
www.machadinho.com.br 
33 
34 
 
 
 
 
 
 
Vista geral por jusante 
35 
 
 
 
 
 
 
Vista geral da estrada sobre a Barragem Principal 
36 
 
 
 
 
 
 
Vista geral do Canteiro de obras 
37 
 
 
 
 
 
 
38 
 
 
 
 
 
 
Vista geral da estrada interestadual sobre a Barragem Principal 
39 
 
 
 
 
 
 
Vista geral da Casa de Força e Edifício de Comando 
40 
 
 
 
 
 
 
Torres da saída de linha 
41 
 
 
 
 
 
 
Vista geral das Unidades Geradoras 1 a 3 
42 
 
 
 
 
 
 
Vista por montante da Tomada d'água e Vertedouro 
43 
 
 
 
 
 
 
Primeira abertura das comportas do Vertedouro - 02/10/01 
 
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Primeira abertura das comportas do Vertedouro - 02/10/01 
 
45 
 
 
 
 
 
 
Primeira abertura das comportas do Vertedouro - 02/10/01 
 
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UHE Foz do Chapecó 
Localizada em Santa Catarina 
Potência Instalada 855 MW 
Energia assegurada 432 MWm 
Barragem 48 m de altura 
Queda líquida nominal 49,8 m 
Entrada em operação 2011 
 
 
 
47 
 
 
 
 
 
 
Foz do Chapecó 
 
48 
 
 
 
 
 
 
Foz do Chapecó - http://www.fozdochapeco.com.br/ 
 
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Foz do Chapecó 
 
50 
 
 
 
 
 
 
Foz do Chapecó - cpfl.riweb.com.br/Download.aspx?id=155660 
 
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Foz do Chapecó 
 
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Foz do Chapecó 
 
53 
 
 
 
 
 
 
Foz do Chapecó 
 
54 
 
 
 
 
 
 
Foz do Chapecó 
 
55 
 
 
 
 
 
 
Foz do Chapecó 
 
56 
 
 
 
 
 
 
Foz do Chapecó 
 
57 
 
 
 
 
 
 
Foz do Chapecó