Geração de Energia Elétrica Aula 3 Centrais Hidrelétricas

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Barragem Tomada d’água e condutos forçados Casa de força Vertedouro Subestação elevadora

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Barragem Tomada d’água e condutos forçados Casa de força Vertedouro Subestação elevadora

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Barragem para criar diferença de níveis (montante >> jusante → maior potência) para formar um reservatório compensação – volume suficiente apenas para regularização das descargas semanais ou diárias (usinas fio d’água) acumulação – maiores, com capacidade para regularizar vazões de um mês, ano ou mais atenuam o efeito da variabilidade das afluências naturais: armazenamento nos períodos úmidos deplecionamento nos períodos secos importante função no controle das cheias durante período úmido, parte do reservatório fica vazia = volume de espera conflito de objetivos com produção de energia, pois reduz a capacidade de armazenamento usinas de bombeamento (reversíveis) – possuem 2 reservatórios em níveis diferentes – rendimento ~ 70%

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Barragem de concreto de gravidade - constituídas por uma parede de concreto que resiste pelo próprio peso à impulsão da água e transmite as solicitações à fundação em arco ou em abóbada – construídas em vales apertados, podendo ter altura maior que largura. Podem apresentar dupla curvatura, vertical e horizontal. Curvatura horizontal permite transmitir a força da impulsão da água para as margens. Barragem de gravidade Barragem em arco ou abóbada

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Barragem de concreto (gravidade)

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Barragem de concreto (arco)

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Barragem de aterro de terra – constituídas de solos de jazidas ou obtidos das escavações obrigatórias, sendo compactados por equipamentos mecânicos. de enrocamento – constituídas por um maciço de blocos de rocha de todos os tamanhos cuja vedação é obtida através de uma membrana impermeável. A membrana pode ser colocada à montante ou no centro da barragem, verticalmente ou inclinada. Ela pode ser de solo impermeável, concreto armado, concreto asfáltico, aço e etc. Barragem de terra Barragem de enrocamento

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Barragem de aterro (mista) Obs.: Randon -> rocha, um quartzito 

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Tomada d’água e condutos forçados para conduzir por gravidade a água do reservatório até casa de força pode ser compreendido por: câmara de carga – estrutura que interliga o sistema de baixa pressão em canal com o de alta pressão na partida garante que não entre ar no conduto forçado nas paradas bruscas devem garantir estabilidade funcional do sistema de adução chaminé de equilíbrio – estrutura que interliga o sistema de baixa pressão em encanamento com o de alta pressão nas variações de vazão suavizam os efeitos do golpe de ariete duto forçado – sistema de alta pressão que leva a água às turbinas hidráulicas

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Tomada d’água

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Tomada d’água – barragem tipo abóbada

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Conduto forçado

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Conduto forçado

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Casa de força local onde estão instalados grupos turbina-gerador equipamentos auxiliares canal de restituição ou canal de fuga (para devolver a água para o rio) deve visar operação e manutenção (facilitar montagem e desmontagem dos equipamentos instalados) tipos de turbinas ação: Pelton – transforma energia cinética d’água em trabalho construídas com eixo vertical ou horizontal rotor da turbina gira no ar reação: Francis, hélice pás fixas ou móveis (Kaplan) – transforma energia cinética e de pressão d’água em trabalho rotor gira dentro da corrente d’água fluxo d’água orientado e distribuído igualmente pela região periférica

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Turbina Pelton de eixo horizontal, com 2 injetores

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Turbina Pelton de eixo vertical, com 6 injetores

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Turbina Pelton – ajuste da vazão/potência realizado por intermédio de: agulha (mais lento para suavizar golpe de ariete) e defletores (mais rápidos)

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Turbina Francis Caracol para distribuição d’água e controle do fluxo Formas dos rotores de acordo com velocidades específicas ns

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Turbina Francis – componentes

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Turbina Francis

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Turbina hélice de pás fixas

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Turbina hélice de pás fixas (gerador transpassado pela água)

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Turbina hélice de pás móveis (Kaplan)

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Turbinas – indicação em função da altura da queda H > 600 m → Pelton 100 a 600 m → Francis e Pelton 15 a 80 m → Kaplan e Francis 5 a 20 m → Kaplan

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Turbinas – tipos e velocidades específicas

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Geradores síncrono pólos salientes geralmente múltiplos de 4 pólos necessita de alimentação CC (capacidade de black-start) gerador auxiliar para produção de CC excitatriz estática em função das perdas, máquinas de grande porte necessitam sistema de refrigeração (em circuito fechado, para evitar entrada de corpos estranhos)

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Geradores

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Vertedouro para liberação da água sem passagem pela casa de força dimensionado para permitir escoar a enchente estando o reservatório com 60 a 80% de sua capacidade. inclui mecanismo para reduzir a velocidade da descarga

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Vertedouro

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Descarga de fundo abertura em forma de galeria ou túnel (fechada por comporta ou válvula) que atravessa ou circunda a barragem finalidades: esvaziar ou rebaixar o nível d’água (manutenção ou inspeção) eliminar sólidos decantados no reservatório liberar água durante parada das turbinas escoar águas de enchentes desviar o rio durante a construção da barragem

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Descarga de fundo

Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Subestação elevadora para elevar a tensão do nível de geração (geralmente ≤ 23 kV) para níveis de transmissão (geralmente ≥ 230 kV) em grandes centrais apresentam elevados níveis de curto-circuitos unidades transformadoras trifásicas (mais barato) bancos de unidades monofásicos (unidade reserva mais barata) o transporte pode dificultar o uso de unidades trifásicas