Tema_3

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UFRJ 
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Heloisa Teixeira Firmo 
hfirmo@poli.ufrj.br 
2562-7991 
 
 Tema 3 - Mercado (Oferta de 
Energia Elétrica): As Usinas 
Hidrelétricas 
UFRJ 
2 
Sumário 
1. Bibliografia. 
2. Características de uma usina hidrelétrica. 
3.Tipos de aproveitamentos hidrelétricos. 
4. Cálculo do volume de um reservatório. 
 
 
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1. Bibliografia 
 
INTERNET Site da Eletrobras, do MME, do ONS, 
ABRH etc 
Usinas Hidrelétricas, Gerhard P. Schreiber 
Manuais ELB (Inventário, PCH, Viabilidade) site Eletrobras 
Centrais Hidrelétricas – Dimensionamento de Componentes 
Zulcy de Souza 
 
 
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2. Características de uma UHE. 
 
Estudos energéticos: viabilidade econômica de uma 
UHE – despesas anuais com juros do capital 
investido, custo da operação , manutenção e 
encargos administrativos 
 X 
 
Renda proporcionada com a venda da energia 
 
Potência = cte * H * Q (estudos hidrológicos, 
otimização projeto, equipamentos etc) 
 
 
 
 
 
 
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2. Características de uma UHE. 
 
Potência instalada – somas das potências dos 
geradores, máxima potência gerada na UHE. 
 
Energia assegurada correspondente a 95 % de 
permanência ; garantida 95% do tempo (risco de 
déficit 5%). 
 
 
 
 
 
 
 
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2. Características de uma UHE. 
 
Fator de capacidade = potência firme 
 Potência instalada 
 
Fator de reserva = potência instalada UHE 
 Demanda máxima mercado 
 
 
 
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2. Características de uma UHE. 
 
Fator que liga usina ao mercado : 
Fator de reserva = potência instalada da usina 
 Demanda máxima do mercado 
Se máxima do mercado é 100, coloca-se na usina 
110 a 120. Dá-se 10 ou 20% acima do valor da 
potência máxima de reserva. 
 
Interligação : firmar a energia da usina . Ex. 
Tucuruí teve aumento de 50% na produção após 
interligação 
 
 
 
 
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2. Características de uma UHE. 
 
A seguir, serão apresentados alguns gráficos dos 
tipos de usinas versus potências disponíveis e 
demandas (considerando um mercado isolado). 
 
 
 
 
 
 
UHE a Fio d´água Dmáx <= P mín
0
50
100
150
200
250
300
350
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
% tempo
Po
tê
nc
ia
Potência
Dmáx FA
p mín
UHE com regul. Dmax < Pmed
0
50
100
150
200
250
300
350
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
% tempo
Po
tên
cia
 (M
W)
Potência Dmáx
P med p mín
UHE com regul. Máx. Dmáx = P méd
0
50
100
150
200
250
300
350
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Potência Dmáx
P med p mín
UHE com máx regul. e complementação 
por outra fonte de energia (Dmáx > Pméd)
0
50
100
150
200
250
300
350
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
% tempo
Po
tên
cia
 (M
W)
Potência
Dmáx 
P med
p mín
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3. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
 Quanto à sua principal utilização em termos da 
curva de carga: 
 
 UHE de base: trabalha em geral, 
ininterruptamente. Exemplo: nucleares, eólicas, 
hidrelétricas a fio d’água (Santo Antonio e Jirau, 
no rio Madeira). 
 UHE de ponta: garante nos horários de ponta . 
Por exemplo, termelétricas a gás e hidrelétricas 
com grandes reservatórios. 
 
 
 
 
 
 
 
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3. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
 Quanto à capacidade de regularização do 
reservatório: 
 UHE a fio d´água: quando não possui reservatório 
com dimensões que lhe permitam grandes 
regularizações, porém ela pode fazer 
regularizações em nível horário e diário. 
 
 
 
 
 
 
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3. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
 
Quanto à capacidade de regularização do 
reservatório: 
 UHE com regularização: quando as vazões de 
estiagem do rio são inferiores à necessária para 
fornecer a potência para suprir a demanda máxima 
do mercado consumidor e ocorrem com risco 
superior ao adotado no projeto. Regularização de 
reservatórios pode ser semanal, mensal, 
semestral, anual, plurianual, etc. 
 
. 
 
 
 
 
 
 
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3. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
 
Quanto à capacidade de regularização (potência, 
vazão, queda) do reservatório: 
 UHE com regularização: 
Regularização de reservatórios pode ser: 
 semanal; 
 mensal; 
 semestral; 
 anual; 
 plurianual, etc. 
 
. 
 
 
 
 
 
 
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http://www.ons.org.br/download/biblioteca_virtual/palestras/2009_04_02_COPPEAD.pdf 
Perda de regularização dos reservatórios. 
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3. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
 
Quanto ao modo de criar o desnível: 
 - usina de represamento: a barragem represa o rio 
efetuando a concentração do desnível e a casa de força se 
encontra diretamente ao pé da barragem; 
 - 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; 
 - usina de derivação: a barragem represa um rio e a 
água é conduzida por um canal ou túnel para a encosta ou 
vale de outro rio, onde são construídos a chaminé de 
equilíbrio, a tubulação forçada e a casa de força. 
UFRJ 
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3. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
 Usina de represamento: a barragem represa o rio efetuando 
a concentração do desnível e a casa de força se encontra 
diretamente ao pé da barragem. 
 
 
 
 
 
 
Aproveitamento com tomada d’água e casa de força integrados na mesma estrutura (UHE 
Esperança) . Fonte: Manual inventário, Eletrobras. 
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3. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
 
Usina de represamento: o arranjo das usinas de 
represamento depende da altura da barragem e da 
topografia local. Usinas com baixa queda. 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. 
Exemplo: UHEs Canoas I e II pois foram as primeiras, no 
Brasil, a utilizar turbinas do tipo bulbo, próprias para baixas 
quedas (ambas possuem quedas no entorno de 15 m). 
 
 
 
 
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3. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
 
Exemplo: UHE Porto Colômbia (vert. TA, muro de transição, 
flexão no eixo para evitar vórtices e evitar diminuição na 
energia gerada). 
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. 
 
 
 
 
 
 
UHE Porto Colombia 320 MW 
http://www.furnas.com.br/ 
UHE Porto Colombia 320 MW 
http://www.polmil.sp.gov.br/unidades/cpfm/hidreletrica_
colombia.htm 
UHE Porto Colombia 320 MW 
http://www.polmil.sp.gov.br/unidades/cpfm/hidreletrica_colombia
.htm 
UHE Porto Colombia 320 MW 
http://www.polmil.sp.gov.br/unidades/cpfm/hidreletrica_colomb
ia.htm 
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3. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
 
Usina de desvio: da barragem sai um canal aberto, 
ou um túnel adutor, ou uma tubulação, que conduz a 
água à chaminé de equilíbrio (ou não) e desta às 
turbinas, na casa de força, por tubulações 
forçadas ou por túnel forçado. 
 
 
 
 
 
 
UFRJ 
27 
. 
 
 
Exemplo: Aproveitamento Hidrelétrico de Ponte 
de Pedra explora uma 
•queda líquida de projeto de 243,25 m ; 
•vazão de projeto de 80,7 m3/s do rio Correntes; 
•potência instalada final de 176,1 MW 
 
Situa-se no rio Correntes, divisa entre os estados 
de Mato Grosso e Mato Grosso do Sul. 
3. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
UFRJ 
28 
. 
 
 
Exemplo: Aproveitamento Hidrelétrico de Ponte 
de Pedra O eixo do barramento está localizado a 
cerca de 8,0 km a noroeste da sede municipal de 
Sonora, a aproximadamente 1,0 km a montante do 
local denominado “Sumidouro”, onde o rio 
Correntes desaparece completamente, passando a 
constituir-se em um rio subterrâneo que volta a 
surgir na superfície do terreno a cerca de 330,0 
m a jusante . 
 
 
3. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
. 
 
 
http://www.ppesa.com.br/oprojeto.htm. 
 
 
http://www.ppesa.com.br/fotinhos/pages/P2190045_jpg.htm 
. 
 
 
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32 
. 
 
 
http://www.quata.com.br/ 
. 
 
 
 
Nesta a detonação atingiu-se um lençol freático que estava localizado acima do 
túnel, vê-se claramente a água caindo do teto desta galeria, milhões de m3 de água 
saíram deste lençol foi necessário um bombeamento de vários dias para que fosse 
detonado novamente. 
 
. 
 
 
 
 Contendo as fissuras 
Nesta foto a 1400 metros de profundidade, a tubulação de ar esta fechada (o ventilador que 
manda ar para dentro do túnel parou inesperadamente) e os trabalhadores foram retirados 
imediatamente, 
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. 
 
 
. 
 
 
http://www.ppesa.com.br/fotinhos/pages/P2190045_jpg.htm 
. 
 
 
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. 
 
 
. 
 
 
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40 
. 
 
 
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41 
. 
 
 
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42 
. 
 
 
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43 
. 
 
 
. 
 
 
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3. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
 
Usina de derivação: a barragem represa um rio e a 
água é conduzida por um canal ou túnel para a 
encosta do vale de outro rio, onde são construídos a 
chaminé de equilíbrio, a tubulação forçada e a casa 
de força. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4. Cálculo do volume de um reservatório. 
 
Se apenas para geração hidrelétrica: 
Barragem e cálculo do volume útil (Rippl , vazão 
máxima regularizável). 
UFRJ 
47 http://www.fcth.br/Cursos/cursos/phd5706/capacidade_de_reservatorios.pdf 
Potência e energia 
UFRJ 
48 
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49 
UFRJ 
50 
http://www.facens.br/alunos/material/Pedrazzi0038/pedrazzi_cap12.pdf 
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51 
O intervalo de tempo compreendido entre os 
instantes correspondentes aos pontos C e E chama-
se período crítico. 
As ordenadas DG representam os máximos déficits 
de água durante os períodos críticos. 
O maior valor da ordenada GD no diagrama de Rippl 
corresponde ao volume útil do reservatório para 
atender ao abastecimento de água. 
Potência e energia 
UFRJ 
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Potência e energia 
http://www.epe.gov.br/mercado/Documents/S%C3%A9rie%20Estudos%20de%20Energia/20081201_1.pdf 
UFRJ 
53 http://www.fcth.br/Cursos/cursos/phd5706/capacidade_de_reservatorios.pdf 
Estudos energéticos de 
aproveitamentos hidrelétricos 
 
UFRJ 
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4. Cálculo do volume de um reservatório. 
 
Dimensionar o volume dos reservatórios de com finalidades 
múltiplas 
•Abastecimento urbano e agrícola 
•controle de nível d’água e cheias 
•geração hidrelétrica 
•recreação e lazer 
•piscicultura e aquicultura 
•navegação 
55 
Volume Morto 
Altura para evitar 
arraste de 
sedimentos na 
tomada d’água 
Submergência mínima da tomada d’agua 
Volume útil de 
regularização 
Compensação de perdas 
Controle de cheias (espera) 
Amortecimento de cheias 
Ondas, recalque e etc 
4. Cálculo do volume de um reservatório. 
 
UFRJ 
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Volume de Controle de Cheias 
Volume de Espera (conflito com geração e abastecimento) 
 
 
Volume de Amortecimento de Cheias 
4. Cálculo do volume de um reservatório. 
 
UFRJ 
57 
Resultados 
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00
Tempo (h)
Va
zã
o 
(m
³/s
)
733.00
735.00
737.00
739.00
741.00
743.00
745.00
747.00
749.00
751.00
Qa (m³/s)
Qe (m³/s)
NA (m)
 O efeito da regularização das vazões: 
O surgimento de uma restrição de controle de cheia 
Meses Chuvosos 
Guarda-se água 
nos reservatórios 
Meses Secos 
Utiliza-se água 
dos reservatórios 
Vazão Natural 
Vazão Operada 
Rio sem regularização 
Vazão máxima na cheia 
Vazão mínima 
na seca 
Rio com regularização 
Vazão média anual 
Fonte: palestra Paulo Diniz ONS – DRHIMA-Poli/UFRJ, 2011 
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 Após anos de regularização das vazões e de falta de fiscalização do 
poder público, começa a ocorrer a ocupação irregular da calha 
natural de cheia do rio. 
O surgimento de uma restrição de controle de cheia 
Calha natural de cheia do rio preservada Calha natural de cheia do rio ocupada 
Bacia do rio Paraíba do Sul a jusante da UHE 
Funil: cidade de Barra Mansa 
Neste contexto, é imposta sobre a operação do 
reservatório a montante uma restrição de vazão 
defluente máxima 
Fonte: palestra Paulo Diniz ONS – DRHIMA-Poli/UFRJ, 2011 
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Restrições de controle de cheia 
Bacia do rio Paraíba do Sul 
Barra Mansa – Ocupação da Calha Natural de Cheia do rio 
Fonte: palestra Paulo Diniz ONS – DRHIMA-Poli/UFRJ, 2011 
60 
Restrições de controle de cheia 
Bacia do rio Paraíba do Sul 
Guararema – Ocupação da Calha Natural de Cheia do rio 
61 
t 
Q-RESTR 
Q-DEFL 
Q-AFL 
Operação dos sistemas de 
reservatórios de forma a amortecer cheias 
e evitar danos por inundação em locais a jusante 
VOLUME DE ESPERA 
NÍVEL MAX NORMAL 
Q-RESTR 
local sujeito a 
inundação 
O que é 
Prevenção de Cheias no SIN 
Fonte: palestra Paulo Diniz ONS – DRHIMA-Poli/UFRJ, 2011 
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UFRJ 
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Otimização do Volume de Espera 
Geração x Controle de Cheia 
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 4. Cálculo do volume de um reservatório: 
questões ambientais. 
 
http://www.amazonia.org.br/arquivos/26382.doc 
UFRJ 
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A seguir... 
 Circuito hidráulico de geração. 
 
Um circuito hidráulico de geração pode ser composto das 
seguintes estruturas: 
 canal /conduto de adução; 
 tomada d’água; 
 conduto adutor; 
 chaminé de equilíbrio; 
 conduto ou túnel forçado; 
 casa de força; e 
 canal ou túnel de fuga.