SHaffner - - Geração de Energia Elétrica (GEE) 1 Geração de Energia Elétrica Aula 3 Centrais Hidrelétricas.

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1 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 1 Geração de Energia Elétrica Aula 3 Centrais Hidrelétricas

2 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 2 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica 1. Barragem 2. Tomada dágua e condutos forçados 3. Casa de força 4. Vertedouro 5. Subestação elevadora

3 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 3 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica 1. Barragem 2. Tomada dágua e condutos forçados 3. Casa de força 4. Vertedouro 5. Subestação elevadora

4 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 4 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica 1. Barragem para criar diferença de níveis (montante >> jusante maior potência) para criar diferença de níveis (montante >> jusante maior potência) para formar um reservatório para formar um reservatório compensação – volume suficiente apenas para regularização das descargas semanais ou diárias (usinas fio dágua) compensação – volume suficiente apenas para regularização das descargas semanais ou diárias (usinas fio dágua) acumulação – maiores, com capacidade para regularizar vazões de um mês, ano ou mais acumulação – maiores, com capacidade para regularizar vazões de um mês, ano ou mais atenuam o efeito da variabilidade das afluências naturais: atenuam o efeito da variabilidade das afluências naturais: armazenamento nos períodos úmidos armazenamento nos períodos úmidos deplecionamento nos períodos secos deplecionamento nos períodos secos importante função no controle das cheias importante função no controle das cheias durante período úmido, parte do reservatório fica vazia = volume de espera durante período úmido, parte do reservatório fica vazia = volume de espera conflito de objetivos com produção de energia, pois reduz a capacidade de armazenamento 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% usinas de bombeamento (reversíveis) – possuem 2 reservatórios em níveis diferentes – rendimento ~ 70%

5 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 5 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Barragem de concreto 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 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. 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

6 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 6 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Barragem de concreto (gravidade) Barragem de concreto (gravidade)

7 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 7 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Barragem de concreto (arco) Barragem de concreto (arco)

8 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 8 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Barragem de aterro Barragem de aterro de terra – constituídas de solos de jazidas ou obtidos das escavações obrigatórias, sendo compactados por equipamentos mecânicos. 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. 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 terraBarragem de enrocamento

9 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 9 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Barragem de aterro (mista) Barragem de aterro (mista) Obs.: Randon -> rocha, um quartzito

10 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 10 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica 2. Tomada dágua e condutos forçados para conduzir por gravidade a água do reservatório até casa de força para conduzir por gravidade a água do reservatório até casa de força pode ser compreendido por: pode ser compreendido por: câmara de carga – estrutura que interliga o sistema de baixa pressão em canal com o de alta pressão 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 na partida garante que não entre ar no conduto forçado nas paradas bruscas devem garantir estabilidade funcional do sistema de adução 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 chaminé de equilíbrio – estrutura que interliga o sistema de baixa pressão em encanamento com o de alta pressão na partida garante que não entre ar no conduto forçado na partida garante que não entre ar no conduto forçado nas variações de vazão suavizam os efeitos do golpe de ariete nas variações de vazão suavizam os efeitos do golpe de ariete duto forçado – sistema de alta pressão que leva a água às turbinas hidráulicas duto forçado – sistema de alta pressão que leva a água às turbinas hidráulicas

11 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 11 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Tomada dágua Tomada dágua

12 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 12 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Tomada dágua – barragem tipo abóbada Tomada dágua – barragem tipo abóbada

13 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 13 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Conduto forçado Conduto forçado

14 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 14 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Conduto forçado Conduto forçado

15 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 15 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica 3. Casa de força local onde estão instalados local onde estão instalados grupos turbina-gerador grupos turbina-gerador equipamentos auxiliares equipamentos auxiliares canal de restituição ou canal de fuga (para devolver a água para o rio) 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) deve visar operação e manutenção (facilitar montagem e desmontagem dos equipamentos instalados) tipos de turbinas tipos de turbinas ação: Pelton – transforma energia cinética dágua em trabalho ação: Pelton – transforma energia cinética dágua em trabalho construídas com eixo vertical ou horizontal construídas com eixo vertical ou horizontal rotor da turbina gira no ar rotor da turbina gira no ar reação: Francis, hélice pás fixas ou móveis (Kaplan) – transforma energia cinética e de pressão dágua em trabalho reação: Francis, hélice pás fixas ou móveis (Kaplan) – transforma energia cinética e de pressão dágua em trabalho rotor gira dentro da corrente dágua rotor gira dentro da corrente dágua fluxo dágua orientado e distribuído igualmente pela região periférica fluxo dágua orientado e distribuído igualmente pela região periférica

16 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 16 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Turbina Pelton de eixo horizontal, com 2 injetores Turbina Pelton de eixo horizontal, com 2 injetores

17 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 17 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Turbina Pelton de eixo vertical, com 6 injetores Turbina Pelton de eixo vertical, com 6 injetores

18 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 18 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Turbina Pelton – ajuste da vazão/potência Turbina Pelton – ajuste da vazão/potência realizado por intermédio de: realizado por intermédio de: agulha (mais lento para suavizar golpe de ariete) e agulha (mais lento para suavizar golpe de ariete) e defletores (mais rápidos) defletores (mais rápidos)

19 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 19 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Turbina Francis Turbina Francis Caracol para distribuição dágua e controle do fluxo Formas dos rotores de acordo com velocidades específicas n s

20 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 20 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Turbina Francis – componentes Turbina Francis – componentes

21 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 21 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Turbina Francis Turbina Francis

22 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 22 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Turbina hélice de pás fixas Turbina hélice de pás fixas

23 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 23 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Turbina hélice de pás fixas (gerador transpassado pela água) Turbina hélice de pás fixas (gerador transpassado pela água)

24 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 24 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Turbina hélice de pás móveis (Kaplan) Turbina hélice de pás móveis (Kaplan)

25 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 25 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Turbinas – indicação em função da altura da queda H 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

26 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 26 Turbinas – tipos e velocidades específicas Turbinas – tipos e velocidades específicas Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica

27 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 27 Geradores Geradores síncrono síncrono pólos salientes pólos salientes geralmente múltiplos de 4 pólos geralmente múltiplos de 4 pólos necessita de alimentação CC (capacidade de black-start) necessita de alimentação CC (capacidade de black-start) gerador auxiliar para produção de CC gerador auxiliar para produção de CC excitatriz estática excitatriz estática em função das perdas, máquinas de grande porte necessitam sistema de refrigeração (em circuito fechado, para evitar entrada de corpos estranhos) 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

28 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 28 Geradores Geradores Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica

29 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 29 4. Vertedouro para liberação da água sem passagem pela casa de força 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. dimensionado para permitir escoar a enchente estando o reservatório com 60 a 80% de sua capacidade. inclui mecanismo para reduzir a velocidade da descarga inclui mecanismo para reduzir a velocidade da descarga Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica

30 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 30 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Vertedouro Vertedouro

31 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 31 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica 5. Descarga de fundo abertura em forma de galeria ou túnel (fechada por comporta ou válvula) que atravessa ou circunda a barragem abertura em forma de galeria ou túnel (fechada por comporta ou válvula) que atravessa ou circunda a barragem finalidades: finalidades: esvaziar ou rebaixar o nível dágua (manutenção ou inspeção) esvaziar ou rebaixar o nível dágua (manutenção ou inspeção) eliminar sólidos decantados no reservatório eliminar sólidos decantados no reservatório liberar água durante parada das turbinas liberar água durante parada das turbinas escoar águas de enchentes escoar águas de enchentes desviar o rio durante a construção da barragem desviar o rio durante a construção da barragem

32 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 32 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica Descarga de fundo Descarga de fundo

33 SHaffner - http://slhaffner.phpnet.us - haffner@ieee.org Geração de Energia Elétrica (GEE) 33 Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica 6. Subestação elevadora para elevar a tensão do nível de geração (geralmente 23 kV) para níveis de transmissão (geralmente 230 kV) 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 em grandes centrais apresentam elevados níveis de curto-circuitos unidades transformadoras unidades transformadoras trifásicas (mais barato) trifásicas (mais barato) bancos de unidades monofásicos (unidade reserva mais barata) bancos de unidades monofásicos (unidade reserva mais barata) o transporte pode dificultar o uso de unidades trifásicas o transporte pode dificultar o uso de unidades trifásicas