G T D E - MÓDULO#002

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GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA
[MÓDULO#002: GERAÇÃO HIDRELÉTRICA – PARTE 1]
PROFESSOR: GUTEMBERG XIMENES
Introdução
O nosso país consiste em diversos modos de geração de energia, sendo uma
boa parte dessa geração pertencente às usinas hidrelétricas.
Porém, nesses últimos tempos, notamos a participação frequente de outras
formas para alimentar a rede elétrica de transmissão como as usinas
termelétricas, parques eólicos e, recentemente, as usinas solares.
Introdução
Veremos então o conceito de geração hidrelétrica, seu princípio de
funcionamento, partes constituintes e sua atuação no cenário elétrico
brasileiro.
Geração Hidrelétrica
Uma Usina Hidrelétrica, também chamada de Usina Hidroelétrica ou
Central Hidroelétrica, é uma obra de engenharia que usa a força das
águas para gerar energia.
Partes Constituintes
• Barragem: É uma estrutura construída no leito de um rio, permitindo
acumular água, possibilitando a formação de um lago ou reservatório.
Pode ser de terra, enrocamento (blocos de rocha compactados),
alvenaria ou concreto.
Partes Constituintes
• Tomada Dágua: Responsável pela captação da água para fazer girar a
turbina . Equipada com comportas de fechamento e grades de
proteção (proteção contra a passagem de elementos estranhos pela
turbina).
Partes Constituintes
• Conduto Forçado: É a canalização/tubulação que conduz água, sob
pressão, para as turbinas. Podem ser externos ou subterrâneos.
Partes Constituintes
• Vertedouro: Nos períodos de cheias, possibilita o controle do nível da
água do lago (reservatório). Pode ter ou não comportas.
Partes Constituintes
• Casa de Força: Local de onde se opera a usina. Neste local são
instalados os geradores, as turbinas e equipamentos auxiliares.
Definição
O potencial hidráulico é proporcionado pela vazão hidráulica e pela
concentração dos desníveis existentes ao longo do curso de um rio. Isto
pode se dar:
Definição
• De forma natural;
• Através de uma barragem;
• Através de desvio do rio de seu leito natural, concentrando-se
os pequenos desníveis nesse desvio.
Definição
• De forma natural;
• Através de uma barragem;
• Através de desvio do rio de seu leito natural, concentrando-se
os pequenos desníveis nesse desvio.
Definição
• De forma natural;
• Através de uma barragem;
• Através de desvio do rio de seu leito natural, concentrando-se
os pequenos desníveis nesse desvio.
Princípio de Funcionamento
A energia potencial gravitacional que se converte em energia cinética é
obtida pelo represamento da água;
Princípio de Funcionamento
• Esse represamento provoca a pressão que converte energia hidráulica
em energia mecânica;
Princípio de Funcionamento
• Essa energia mecânica é transferida para a turbina hidráulica que será
convertida em energia elétrica.
Turbinas Hidráulicas
São turbinas projetadas especificamente para transformar a energia
hidráulica (a energia de pressão e a energia cinética) de um fluxo de
água em energia mecânica na forma de torque e velocidade de rotação.
Turbinas Hidráulicas [Partes Constituintes]
Caixa espiral: É uma tubulação de forma toroidal que envolve a região
do rotor e que fica integrada à estrutura civil da usina.
Turbinas Hidráulicas [Partes Constituintes]
Pré distribuidor: A finalidade do pré distribuidor é direcionar a água
para a entrada do distribuidor. É uma parte sem movimento, soldada a
caixa espiral e fabricadas com chapas ou placas de aço carbono.
Turbinas Hidráulicas [Partes Constituintes]
Distribuidor: A função do distribuidor é de regular a vazão sobre o
Rotor de modo a manter a rotação da unidade constante.
Turbinas Hidráulicas
As turbinas hidráulicas são máquinas utilizadas para converter a energia
mecânica em energia elétrica por meio da pressão e energia cinética da
água o que corresponde a energia hidráulica.
Turbinas Hidráulicas
De acordo com suas funcionalidades, existem as turbinas de ação
utilizadas para maiores alturas e baixas vazões e as turbinas de reação
que são usadas em menores alturas e altas vazões.
Turbinas Hidráulicas [Tipos]
• PELTON
Trabalham com velocidades
de rotação mais alta que os
outros tipos. Elas são
adequadas para operar
entre quedas de 350 m até
1100 m, sendo por isto
muito mais comuns em
países montanhosos.
Turbinas Hidráulicas [Tipos]
• FRANCIS
As turbinas Francis possuem
um rotor na forma de um
cilindro vazado com a
parede lateral formada por
palhetas curvas.
São adequadas para operar
entre quedas de 40 m até
400 m.
Turbinas Hidráulicas [Tipos]
• KAPLAN
São adequadas para operar
em quedas até 60 m.
Elas apresentam eficiência
constante em ampla faixa de
operação.
Turbinas Hidráulicas [Dimensionamento]
Para selecionar o tipo de turbina a ser utilizada no projeto de uma
Central Hidrelétrica ou PCH (Pequena Central Hidrelétrica) são
realizados vários cálculos, dentre eles, o valor da rotação específica
(ns) e compara-se esse valor com a altura de queda (H) e seleciona a
turbina mais viável para o projeto.
A rotação irá definir o tipo de turbina a ser utilizada na usina
hidrelétrica. Neste caso, apresentamos uma tabela com valores de
rotação de acordo com o tipo da turbina.
Turbinas Hidráulicas [Dimensionamento]
Turbinas Hidráulicas [Dimensionamento]
A Turbina Hidráulica é projetada para com rendimento máximo em
determinadas Vazão (Q), Queda (H) e velocidade de rotação (N)
nominais.
Turbinas Hidráulicas [Dimensionamento]
Turbinas Hidráulicas [Dimensionamento]
Para que seja determinado a rotação específica da turbina a ser
utilizada na Usina Hidrelétrica é necessário obtermos alguns dados
relativos.
Turbinas Hidráulicas [Dimensionamento]
• Altura da Queda d'água
• Dado pela letra H ⇒ Unidade = [m]
• Vazão
• Dado pela letra Q ⇒ Unidade = [m³/s]
• Rotação Real
• Dado pela letra n ⇒ Unidade = [rpm]
• Potência Efetiva
• Dado pela letra P ⇒ Unidade = [CV]
Exemplo de Aplicação
1. Calcule a rotação específica obtida em uma turbina a ser utilizada
em uma Unidade Hidrelétrica, cuja vazão é de 660 m³/s, altura da
queda d'água, de 120 metros, rotação real da turbina, 94,2 rpm e
potência efetiva, de 971500 CV.
Exemplo de Aplicação [Solução]
• H = 120 m
• Q = 660 m³/s
• n = 94,2 rpm
• P = 971500 CV
Exemplo de Aplicação [Solução]
�� =
� . �
� . �
	
Exemplo de Aplicação [Solução]
�� =
� . �
� . �
	
�� =
94,2 . 971500
120 . 120
	
Exemplo de Aplicação [Solução]
�� =
� . �
� . �
	
�� =
94,2 . 971500
120 . 120
	
�� = ���, �� ���
Exercício Proposto
2. Calcule a rotação específica obtida em uma turbina a ser utilizada em uma
Unidade Hidrelétrica, cuja vazão é de 12,7 m³/s, altura da queda d'água, de
684 metros, rotação real da turbina, 150 rpm e potência efetiva, de 89232 CV.
Exemplo de Aplicação [Solução]
• H = 684 m
• Q = 12,7 m³/s
• n = 150 rpm
• P = 89232 CV
Exemplo de Aplicação [Solução]
�� =
� . �
� . �
	
Exemplo de Aplicação [Solução]
�� =
� . �
� . �
	
�� =
150 . 89232
684 . 684
	
Exemplo de Aplicação [Solução]
�� =
� . �
� . �
	
�� =
150 . 89232
684 . 684
	
�� = ��, � ���
Vantagens
• Fonte renovável de energia;
• Produção de energia mais viável economicamente;
• Não gera diretamente poluição;
• Não há resíduos poluentes;
• Aproveitamento hidrelétrico;
• Combustível [água], recurso renovável.
Desvantagens
• Dependências climáticas;
• Impacto social e ambiental no período de sua construção.
Maiores Usinas Hidrelétricas
• Usina de Três Gargantas – China [18.200 MW].
• Usina de Itaipu – Brasil [14.000 MW].
• Belo Monte – Brasil [11.233 MW].
• Guri – Venezuela [10.200 MW].
• Tucuruí I e II – Brasil [8.370 MW].
GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA
[MÓDULO#002: GERAÇÃO HIDRELÉTRICA – PARTE 1]
PROFESSOR: GUTEMBERG XIMENES