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APRESENTAÇÃO ROTEIRO GTD – 07 (Dezembro 2013 a Março de 2014)

I.3.10 NOÇÕES BÁSICAS DE HIDROLOGIA APLICADA À HIDRELETRICIDADE

Introdução

• Hidrologia é a ciência que trata do estuda da água na natureza. É parte da Geografia física e abrange, em especial, propriedades, fenômenos e distribuição da água na atmosfera, na superfície da terra e no subsolo.

• No escopo da disciplina GTD nosso interesse é sobre a distribuição superficial da água e seu escoamento nos cursos de água visando um fim específico: a geração de energia elétrica.

• Os conceitos modernos da utilização dos recursos hídricos indicam que nenhum curso de água deve ser considerado como tendo uma única e específica finalidade, de forma que seu uso múltiplo deve ser sempre observado.

• O aproveitamento das águas, simultaneamente para a geração de energia elétrica, navegação, saneamento básico urbano e irrigação agrária, deve ser considerado sem que, separadamente ou em conjunto, tenham consequências danosas ao meio ambiente

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Introdução (continuação)

• O elemento fundamental da Hidrologia é o “ciclo hidrológico”, ou a apresentação em fases distintas e interdependentes da água, de sua queda nas precipitações e seu retorno à atmosfera em forma de vapor, compreendendo cinco parcelas distintas:

• parcela que escorre sobre a superfície da terra, indo aos lagos, arroios, rios e mares. É o fluxo escorrente ou superficial;

• a que se evapora após a chuva e retorna à atmosfera;

• a recolhida pela vegetação, tendo parte que se evapora e parte que escorre pelos galhos e troncos indo ao solo;

• a que é recolhida pelas depressões ou conchas naturais e artificiais da superfície terrestre, tendo parte que se evapora e parte que se infiltra; e

• a que se infiltra em direção aos lençois freáticos para constituir a descarga básica dos cursos d’água. Todo esse ciclo é representado na Figura 1, a seguir

Figura 1- Representação do ciclo hidrológico

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Introdução (continuação)

• A hidrologia aplicada à geração de energia elétrica objetiva fornecer dados e métodos para os estudos energéticos, de segurança operativa e também para outros fins. Assim, os estudos das cheias máximas servirão para o dimensionamento dos extravasores, obras de desvio e operação com risco controlado do reservatório;

• Os estudos de vazão mínima são importantes para a fixação do número de grupos geradores, tipo de turbina hidráulica e operação da central hidrelétrica, sob o ponto de vista técnico, econômico e ambiental;

• Todos os estudos dependem do horizonte que se quer estabelecer (curto, médio, ou longo prazo), estando o risco diretamente ligado a ele;

• Deves-se ter sempre em mente que quaisquer que sejam os métodos utilizados sempre serão considerados os conjuntos de dados obtidos no passado.

• Os estudos serão desenvolvidos sempre considerando-se o que ocorreu no período tomado como base e que este se repetirá em períodos iguais no futuro;

• Como os estudos envolvem tratamentos estatísticos, o período considerado deverá conter sempre um número grande de dados.

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I.3.10.1 Pluviometria

• Para os estudos do aproveitamento hídrico destinados à geração de energia, o ciclo hidrológico deve ser analisado regionalmente em função do tempo, isto é,necessitamos conhecer a massa de água que cai na região em estudo em função do tempo, bem como as características da região sob todos os aspectos;

• Essa massa é normalmente medida em altura de precipitação e expressaem milímetro de coluna de água. Mede-se, assim, a altura da lâmina de águaque cobriria o solo se toda a água caída permanecesse sobre o mesmo, sem escorrer, infiltrar ou evaporar;

• A lei da precipitação em um ponto determinado é uma função do tempo t,isto é, hc = f (t), na qual hc é a altura de chuva verificada naquele ponto em um intervalo de tempo genérico t. A altura hc resulta, pois, crescente com o aumento do intervalo de tempo de observação;

• Fazendo i = dhc/dt, i representa, em cada instante, a intensidade da chuvano ponto considerado.

• O tempo t é expresso, em geral, em hora; de modo que a intensidade dachuva resulte em mm/h. A relação hc/t = im é a medida da intensidade médiada chuva durante o intervalo t. Enquanto isso, im também é expressa em mm/h.

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I.3.10.1 Pluviometria (continuação)

• Para medir as precipitações são usados os pluviômetros e os pluviógrafos, esquematizados na Figura 2, abaixo:

Figura 2 - Pluviômetros e pluviógrafo

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• Os pluviômetros recolhem a chuva, cuja altura é medida com o auxílio de uma proveta graduada. Uma chuva de volume V e altura hc nos dará, em relação à área de recepção do pluviógrafo:

4

. 2DA

A

Vhc

Sendo Di o diâmetro interno da proveta, o volume V de chuva determina uma altura x [mm] na proveta, calculada por:

cii

c

i

hD

D

D

hA

D

Vx .

.

..4

.

42

2

22

• Fixados Di e D, temos x = f(hc), de forma que, a partir de hc (altura da chuva), calibramos a proveta de modo que, quando a utilizamos, para cada x obtemos a altura hc de chuva.

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• Os pluviômetros e pluviógrafos devem ser instalados em campo aberto, adistâncias não menores que 25 m de quaisquer obstáculos que possam aparar achuva, ficar cerca de 1,0 a 1,5 m de altura do solo e devem estar perfeitamenteno prumo;

• Como a chuva é um fenômeno natural, que só pode ser estudado por processosestatísticos, é necessário que se disponha de dados em grande abundância;

• Uma vez que as intensidades das chuvas são fenômenos locais, as observações de um dos postos são válidas apenas em regiões restritas, pelo que é necessário dispor de redes de postos pluviométricos quando o estudo abranger áreas maiores;

• A soma das alturas de precipitações observadas em uma estação durante um ano representa o total anual para aquela estação;

• Observando-se as alturas totais anuais de chuva verifica-se que elas variam muito de ano para ano, porém não se trata de um fenômeno evolutivo. Verifica-se, de fato, que elas oscilam em torno de um valor médio, que é praticamente constante se considerarmos intervalos de alguns decênios ou intervalos ainda mais longos;

• Nessas condições, definem-se:• Media mensal: soma das precipitações dos meses correspondentes de cada ano dividida pelo número de anos;• Media anual: soma das precipitações dos doze meses de cada ano dividida pelo número de anos.

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• Pode-se, falar em uma altura média anual de precipitação e ver como esta varia de um local para outro. Variações consideráveis ocorrem, pois são inúmeros os fatores que influenciam as alturas de precipitações, tais como: latitude, altitude, orografia, direção e frequência dos ventos, posição e distância do mar, entre outros, sendo que, cada um desses fatores pode ser dominante em cada região. Na Tabela 1 são apresentados os valores médios mensais de precipitação verificadas em Porto Velho no período de 1961 a 1990. Na Figura 3 são apresentadas as precipitações em várias cidades, verificadas em 2002.

Tabela 1 – Precipitações médias mensais verificadas em Porto Velho no período de 1961 a 1990

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

Jan Fev Mar Abr Maio Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

Precip

itação

(m

m)

Porto Velho Ariquemes Ouro Preto Ji-Paraná

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

346,8 295,7 312,7 205,9 118 38,8 22,6 21,6 86,5 185,3 207,3 332,5

Fonte: Normais climatológicas (1961-1990) – Ministério da Agricultura e Reforma Agrária – Secretaria Nacional de Irrigação, Departamento Nacional de Meteorologia, 1992

Figura 3 - Precipitação nensal verificada em 2002 em algumas cidades de Rondônia

Fonte: SEDAM (2003) e CEPLAC/SUPOC/NUPEX-OP (2005)

Valor Médio Anual: 2.353,7 mm

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• Os índices das precipitações e seus totais variam de local para local. Portanto, desejando-se conhecer a chuva em regiões extensas, é necessário efetuar a elaboração dos dados pluviométricos registrados em todos os pluviômetros da região considerada. Denominamos isoietas as linhas que unem pontos de igual precipitação ou altura de chuva;

• Podemos, sobre cartas topográficas, traçar isoietas para valores de precipitações máximas, médias e mínimas, e mesmo totais, considerando períodos diários, semanais, mensais ou anuais. A Figura 4

mostra uma carta com isoietas contendo os totais anuais para alguns Estados do Brasil.

Figura 4 - Carta de isoietas totais e anuais

• No Brasil, as precipitações totais anuais em pontos localizados variam de 300 mm no Nordeste árido até 8.000 mm na região Amazônica.

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Conceitos de bacia hidrográfica, ou imbrífera

• Para a finalidade específicas de geração de energia elétrica, estamos interessados em determinar o volume de água que, em virtude das precipitações, se torna disponível nos cursos de águas para seu aproveitamento na geração de energia elétrica;

• Com efeito, designamos como bacia hidrográfica, ou imbrífera, de um curso de água, a área da superfície do solo capaz de coletar a água das precipitações meteorológicas e conduzi-las a esse rio, diretamente ou por meio de seus afluentes;

• A bacia hidrográfica, portanto, é definida pelos divisores de água que a circundam. Sua determinação é feita, em geral, pelas cartas topográficas com curvas de nível nas quais se procuram marcar os espigões;

• Para determinação das bacias imbríferas deve-se considerar sempre áreas à montante do local onde se analisa o aproveitamento. Sua superfície é também denominada área de drenagem;

• Existem vários fatores ligados à bacia hidrográfica que condicionam o fluxo d’água à seção desejada, quais sejam:

• área da bacia hidrográfica;• topologia da bacia: declividade, depressões;• superfície do solo e condições geológicas: vegetação, cultivos, rochas, camadas geologia (rochas, camadas geológicas);• obras de controle e uso d’água a montante: irrigação, retificação do curso d’água, barragens.

• Em uma visão mais simples, a bacia hidrográfica de um rio é formada por toda área de terra que conduz as precipitações ao mesmo rio e a seus afluentes;

• Pode-se definir bacia hidrográfica para qualquer rio, sendo a mesma tanto menor quanto menos água e afluentes tiver o rio considerado

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Vazão em um curso d’água

• Uma característica de um curso d’água, importante para seu aproveitamento adequado, é o volume de água que passa em uma seção reta do mesmo na unidade de tempo: a vazão, usualmente medida em m3/s;

• A vazão (Q), em conjunto com a queda d’água disponível em uma seção do rio, determinará a potência elétrica possível de ser obtida nesse ponto. O aproveitamento poderá ser melhor utilizado quanto mais se dispor de informações sobre esta vazão;

• Um processo usual para se obter um registro contínuo das vazões em uma determinada seção de um rio, é através do estabelecimento da relação entre os valores da vazão e o nível d’água e medir, no mesmo instante e na mesma seção, a vazão do curso d’água;

• É possível medir a vazão em pequenos rios utilizando-se um vertedor ou uma calha medidora aferida em laboratório. Também é utilizado o método dos flutuadores. Em grandes cursos de água a medição de vazões é realizada com o emprego dos molinetes;

• Obtido o registro das vazões, é possível construir uma curva do nível de água em função da vazão, ou curva chave, relacionando os níveis d’água no momento da medição com as respectivas vazões;

• Uma vez obtida a curva chave, pode-se dotar o posto de medição de apenas um medidor de nível, obtendo-se a vazão através da referida curva;

• Os postos de medição existentes em diversos locais das bacias hidrográficas recebem o nome de postos fluviométricos.

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I.3.10.2 - Fluviometria

• A fluviometria trata da determinação da vazão de um curso de água em várias de suas seções durante um longo tempo;

• Neste sentido, os valores das vazões médias diárias ou mensais podem ser apresentados sob forma de diagramas tais como as curvas chave, os fluviogramas, as curvas de permanência, as curvas de massa e outras que colocam em evidência, em cada caso, aspectos distintos do regime do curso de água e facilitam a compreensão das características da bacia hidrográfica e a solução de problemas específicos, tais como estudos da regularização das vazões dos rios para os mais variados fins, particularmente para a hidroeletricidade;

• Denominamos curva-chave, ou de descarga de um rio em uma determina seção, a curva que contém como ordenadas as alturas do nível de água e, como abscissas, as respectivas vazões. Ver Figura 5 abaixo:

Figura 5 - Curva-chave

• A obtenção da curva-chave inicia-se com a medida das alturas da água para uma determinada seção do rio, a partir de uma referência prefixada, por exemplo, com auxilio de uma régua graduada, de um limnímetro ou um limnígrafo. Para cada uma dessas alturas é medida a vazão por um dos processos normalizados. Essas medições devem ser feitas em épocas oportunas de modo a permitir o traçado da curva com auxílio de um grande número de pontos. Uma vez traçada a curva por pontos podemos, com auxilio de um método apropriado, equacioná-Ia.

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Fluviograma

• Denominamos fluviograma o gráfico que representa as vazões, em uma seção transversal do rio, em função do tempo. A obtenção desse gráfico parte de leituras diárias feitas em régua instalada na seção em que se deseja obter o fluviograma para a qual se determinou a curva chave. Essas leituras devem ser realizadas diariamente, de preferência nos seguintes horários: 07h30; 13h30 e 17h30;

• A média aritmética das três alturas é a média diária que permite o traçado de gráficos semanais, como os da Figura 6, mostrada ao lado;

• A combinação adequada da curva chave e do gráfico das alturas permite o traçado do fluviograma, mostrado na Figura 7, abaixo.

Figura 6 - Registro de alturas médias diárias do nível de água

Figura 7 - Fluviograma de vazões médias diárias

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I.3.10.3 – Regularização das vazões

• As vazões naturais dos cursos de água tem uma natureza extremamente variável. As grandes variações, no entanto, ocorrem em intervalos de tempo maiores, sendo que em um ano podem-se registrar tanto vazões muito pequenas como muito grandes e, se observarmos períodos de um número razoável de anos, veremos uma variação ainda maior, com registros de vazões mínimas e também de vazões enormes, que podem apresentar características catastróficas.

• Nessas condições, será muito difícil projetar um aproveitamento hidráulico pois, se escolhermos turbinas para vazões iguais às mínimas, grandes quantidades de energia não seriam aproveitadas. Por outro lado, turbinas dimensionadas para vazões maiores ficariam sem produzir sua capacidade durante longos períodos.

• Como é, em geral, possível substituir as sucessões de vazões naturais, altamente variáveis, por uma sucessão de vazões mais regulares, e portanto mais úteis, efetua-se a regularização, ou regulação das vazões;

• A fim de se efetuar a regularização das vazões de um rio e necessário que se disponha de um reservatório para acumular a água nos períodos das chuvas e restituí-la, juntamente com as vazões naturais que chegam ao reservatório, na época das secas;

• Dependendo do volume de água armazenável, ou seja, da capacidade do reservatório, podemos conseguir uma regulação total, anual ou plurianual, pela qual podemos substituir a sucessão de vazões naturais anuais ou plurianuais por uma única vazão, constante durante todo o período abrangido;

• Essa regulação, para fins de aproveitamentos hidrelétricos, é a mais conveniente, pois permite um dimensionamento das turbinas para um melhor aproveitamento da energia hidráulica, que será toda aproveitada, de forma regular, com um mínimo de potência instalada. Contudo, esse tipo de regulação é raramente possível, pois requer grandes reservatórios, com inundação de extensas áreas.

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I.3.10.3 – Regularização das vazões (continuação)

• Com o emprego de reservatórios menores é ainda possível conseguir uma Regulação total. Nesse caso, não teremos uma única vazão regularizada, porém uma sucessão delas, de durações variáveis;

• Um aproveitamento integral exige o dimensionamento das máquinas para a maior vazão regularizada e um fracionamento maior das unidades, pois durante certas épocas as vazões disponíveis serão bem menores. A central hidrelétrica terá que operar de acordo com um cronograma plurianual previamente estabelecido;

• Somente um apurado estudo de viabilidade econômica é que poderá indicar qual a potência a ser instalada, visando primordialmente a obtenção do menor preço por kWh gerado;

• Pode-se, por outro lado, admitir a perda periódica de vazões acima de um máximo derivável. Esse tipo de regulação é denominado parcial. Em geral, é feito admitindo-se como certos a perda de vazões e déficits nas vazões deriváveis em épocas de seca. A regulação parcial está associada a reservatórios de pequena capacidade;

• Quando as condições locais não permitirem a ocupação de grandes áreas, os volumes acumuláveis serão pequenos e muitas vezes deveremos contentar-nos com uma regulação semanal, tirando proveito do fato de aos sábados e domingos o consumo de energia ser normalmente inferior ao dos demais dias da semana.

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• Para se efetuar os estudos de regulação das vazões de um rio, é de fundamental importância os dados precipitação pluviométrica, como indicados na Tabela 1 e Figura 3, a partir dos quais são utilizados vários métodos gráficos ou analíticos. Trataremos em seguida do método baseado na curva de massa das vazões, ou diagrama de Rippl;

• Denominamos curva de massa das vazões ou diagrama de Rippl, em homenagem ao engenheiro austríaco que primeiro a utilizou em 1882, o gráficodos valores acumulados de volume ou deflúvio (dV = Qdt) representados em ordenadas e tendo os tempos em abscissas. Assim, esta curva nada mais é que a curva integral do fluviograma, representando as ordenadas as áreas do fluviograma da origem ao tempo respectivo e a abscissa, este tempo

n

i

t

tii

t

t

tQdtQV2

1

2

1

..

• Seja traçar o diagrama de Rippl partindo-se do fluviograma da Figura 7 para o ano de 1953. Com os elementos da referida Figura e os devidos cálculos, obtém-se a Tabela 2, mostrada no slide seguinte.

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Tabela 2 - Tabela com registros de vazões médias mensais

• Com os valores da Tabela 2, constrói-se o diagrama de Rippl, mostrado na Figura 8, no slide seguinte.

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Figura 8 - Diagrama de Rippl

• A reta AB na Figura 8 representa uma vazão constante Q = 779,77 m3/s;

• Se fosse exigida permanentemente a vazão de 779,77 m3/s o rio só teria condições de fornecer entre o tempo corresponde a AC e DB, já que entre C e D todos os pontos da curva apresentam menor coeficiente angular;

• Vale observar que esta curva é de fundamental importância no estudo de regularização de cursos de água, de armazenamento de água e muitos outros.

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• Seja o digrama de Rippl mostrado na Figura 9, abaixo. A reta AB representa uma vazão única, no caso 892 m 3/s, que no período de 5 anos provocaria um volume acumulado correspondente à ordenada em B;

Figura 9 - Digrama de Rippl com representação do volume útil de um reservatório

• Qualquer reta vertical, como GH, representa um volume de água, podendo, portanto, representar também o volume útil de um reservatório;

• Se pelos pontos C e E traçarmos duas paralelas a AB, poderemos observar que no período que vai de A a C as vazões naturais superam a vazão regularizada Q;

• Durante o intervalo de tempo entre C e D as vazões naturais são menores que Q, para em seguida se tornarem novamente maiores;

• Se considerarmos o volume dado por GH igual ao volume útil de um reservatório e admitirmos que dele derivamos uma vazão constante e igual a Qmédio m3 Is, o gráfico da Fig. 9 poderá informar-nos sempre que, para Qnat > Qmédio, o reservatórioestá enchendo, enquanto para Qnat < Qmédio, ele sofre o esvaziamento;

• Logo, o volume GH é suficiente para transformar a totalidade das vazões naturais em uma única vazão Qmédio, ou seja, uma regulação total pode ser obtida para esse rio com reservatório com uma capacidade útil de armazenamento igual a GH m3;

• Quando o volume do reservatório é menor que GH, a regulação pode ser conseguida mediante vazões regularizadas parciais. Para tanto empregam-se vários processo, entre os quais o Conti-Varlet, ou do fio estendido.

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I.3.10.4 - Regularização das potências – Diagrama de carga

• Para fins de produção de energia elétrica, as centrais hidrelétricas devem adequar-se as exigências das demandas de potência elétrica dos sistemas emque serão integradas. Como sabemos, essas demandas variam continuamente,pois a cada momento cargas elétricas são ligadas e desligadas;

• Se registrarmos em gráficos os valores das demandas totais de potência ativa em cada instante durante um determinado período de tempo, obteremos um gráfico P = f(t) denominado diagrama de carga, que pode ser feito para um dia, uma semana, um mês, um ano, ou para muitos anos;

• De um modo geral, poderemos dizer que um diagrama é válido no momento em que as medições são feitas, pois as demandas tendem a crescer. Eles variam de dia para dia da semana. Diagramas mensais variam de acordo com as estações do ano e dependem da atividade transformadora (certas industrias só operam em determinadas épocas do ano);

• O diagrama de carga básico é o diário, levantado para um período de 24h. A variação das potências obedece a um padrão bastante uniforme e típico nosdias úteis, podendo ser diferente aos sábados, domingos e feriados. As condições meteorológicas também podem alterar seu padrão, assim como as estações do ano em virtude da variação do intervalo de tempo em que se utiliza iluminação.

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I.3.10.4 - Regularização das potências – Diagrama de carga (Continuação)

A Figura 10 mostra um típico diagrama de carga diário de um sistema elétrico

Figura 10 - Diagrama diária de carga típica

• Distinguimos uma potência máxima Pmáx, comumente chamada pontade carga, de uma potência média Pm, correspondente ao valor médio daspotências no período de 24 horas.

t

Pdtt

Pm0

1

• Designamos como fator de carga a relação: Pmáx

Pmfc

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• O fator de carga indica o grau de utilização da energia elétrica. Em sistemas altamente industrializados, com grande número de indústrias de ciclo contínuo, seu valor pode atingir de 0,75 a 0,85 enquanto sistemas em zonas predominantemente urbanas residenciais e agrícolas seu valor dificilmente atinge 0,5;

• A empresa concessionária deve, evidentemente, atender à demanda da ponta de carga, para o que são necessárias instalações com potência de geração suficiente;

• Os fatores de carga semanais são influenciados pela presença dos sábados e domingos em que a demanda diminui consideravelmente, decrescendo, portanto, o valor da demanda media. Isso traz como consequência uma redução no fator de carga. O fator de carga semanal é menor que o de carga diário;

• Quando as capacidades dos reservatórios são muito pequenas, uma regulação semanal é então feita. Escolhe-se uma semana de vazões médias e as vazões deriváveis são determinadas tendo-se em vista que aos sábados e domingos pode haver economia de água, que ficará armazenada para ser turbinada durante os dias úteis da semana como reforço às vazões naturais;

• Os fatores de carga mensais são aproximadamente semelhantes aos semanais, desde que se refiram ao mês em que os semanais foram computados. Podem apresentar substanciais diferenças dependendo da estação do ano e estão sujeitos às influências das variações das atividades econômicas sazonais: numa zona canavieira (produção de açúcar ou álcool), a demanda média cresce na época das safras (meses de junho a dezembro na Região Sudeste do Brasil).

• Uma central hidrelétrica deve-se situar no contexto do sistema. Tratando-se de uma central única, ela deverá, evidentemente, atender a toda a demanda, seja nas horas de pouca carga, seja nas horas de ponta de carga. Deve possuir, pois, uma potência instalada maior ou igual a Pmax.

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• Admitamos, por exemplo, que a central possua uma vazão regularizada Q que garanta uma potência firme igual a Pm. Evidentemente, esta será insuficiente para atender à demanda de valores maiores que Pm se esta for a potência instalada;

• Mas, nas horas de demandas menores, essa vazão não seria integralmente utilizada. É pois necessário utilizar turbinas com uma potência total maior sem que a utilização do reservatório seja modificada, pois isso alteraria a regulação do rio;

• O problema ficará resolvido com a instalação de turbinas para uma vazão total:

]/[ 3 smfc

QQmáx

que serão capazes de fornecer a potência Pmáx necessária ao atendimento de toda demanda, sem falta ou sobra de água;

• Quando a central hidrelétrica faz parte integrante de um grande sistema, e possui um número razoável de centrais, tanto hidrelétricas como termelétricas, ela pode ser destinada a desempenhar papéis específicos dentro do conjunto;

• Se voltarmos ao diagrama de carga diário, verificaremos que cabem no mesmocentrais com regimes de funcionamento diverso, pois podemos separar nomesmo algumas faixas operativas, como mostra a Figura 11. Na base do diagramaencontramos uma zona (A) de potência constante Pmin.

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Figura 11 - Zonas de um diagrama de carga

• Como indicado na Fig. 11, podemos ter centrais para operar com potência constante. Prestam-se para o serviço de centrais de base, (A):a) centrais a fio de água dimensionadas para Qmin;b) centrais com reservatórios de regulação total;c) centrais térmicas com turbinas a vapor;d) centrais termonucleares.

• A segunda zona (B) é aquela de fatores de carga relativamente elevados e poderá ser atendida por centrais hidrelétricas com regulação parcial;

• A terceira zona (C) é a de fator de carga muito baixo, exigindo potências instaladas relativamente grandes, porém com um consumo de água relativamente pequeno;

• As zonas (B) e (C) podem ser atendidas também pelas mesmas centrais. O fator de carga é razoável e a demanda média da vazão pode ser atendida por reservatórios de regulação parcial;

• A zona (D) é a de ponta da carga e a mais desfavorável por sua curta duração. Pode ser atendida por centrais dos seguintes tipos:a) centrais térmicas a motor Diesel;b) centrais térmicas com turbinas a gás;c) centrais hidrelétricas de recalque, ou reversíveis.

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• A tendência nos sistemas térmicos e mistos (hidrotérmicos) é estender a zona de base do diagrama de carga a valores maiores de Pmin, como mostra a Fig. 12, gerando-se nas horas de baixa demanda um excesso de energia que será aproveitado para recalcar água para armazenamento em reservatórios elevados, que será então turbinada nas horas de ponta de carga. Instalação desse tipo são denominadas centrais reversíveis, pois as próprias turbinas são operadas como bombas, acionadas pelos geradores, e estes operados como motores.

• A regulação das potências de cada central é estabelecida pelo despacho de carga do sistema que, no entanto, terá de obedecer ao plano de operação de cada reservatório, obtido do diagrama das vazões regularizadas, pois caso contrário, poderá haver uma subutilização do mesmo ou sua depleção antecipada;• Deve no entanto obedecer a um plano geral que engloba todos os reservatórios que devem formar um todo;

• Eventuais excessos de disponibilidades em uma central podem ser usados para economia de água em outra, na qual poderáocorrer déficit. Principalmente se as centrais se encontram em regiões de regimes pluviométricos diferentes.

Figura 12 - Utilização das centrais hidrelétricas reversíveis

EXEMPLO: Admitindo-se que a vazão regularizada em uma central hidrelétrica seja de 64 m3/s e o fator de carga do sistema alimentado igual a 56%, qual deve ser a vazão das turbinas a serem instaladas?

SOLUÇÃO: ]/[3,11456,0

64 3 smfc

QQmáx

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I.3.10.5 - Energia disponível de um aproveitamento hidrelétrico regularizado

• Um dos parâmetros importantes nos estudos da viabilidade econômica dos aproveitamentos hidrelétricos é a energia disponível em kWh por ano, além de permitir uma avaliação de seu custo de produção para as diversas alternativas;

• Podemos definir a energia produzida pela expressão:Na qual Q é a vazão regularizada escolhida; H é a altura média da queda no período de tempo considerado; t é o número de horas no intervalo de tempo considerado; e k é uma constante, função do sistema de unidades;

• Uma vez determinada a vazão regularizada em função da capacidade reservatório, faz-se necessário determinar o valor de Hmédio. Ele é, em princípio, a altura da queda média, considerando-se a variação de nível de água no reservatório com o tempo. Essa variação pode ser determinada a partir do gráfico de Conti-Varlet, com auxilio do diagrama dos volumes acumulados em função das cotas do nível de água no reservatório.

][... kWhtHQkE

• A produção de energia elétrica da central hidrelétrica dependerá, entre outros fatores, da vazão de água efetivamente usada para produzir energia mecânica que acionará o gerador elétrico. Essa vazão recebe o nome de vazão turbinável;

• O valor da vazão turbinável e suas características ao longo do tempo estão relacionadas com o tipo de aproveitamento ( a fio d’água, ou com reservatório), sua regularização (se existente) e com a utilização da água;

• No aproveitamento totalmente voltado à produção de energia elétrica, toda a vazão regularizada poderá ser turbinada;

• Já em um aproveitamento que contemple a irrigação, navegabilidade e geração de energia elétrica, a vazão turbinável poderá ser apenas parte da vazão regularizada total;

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BIBLIOGRAFIA

• REIS, Lineu Belico dos. Geração de energia elétrica. São Paulo: Tec-Art, 1998.

• SOUZA, Zulcy de; FUCHS, Rubens Dario; SANTOS, Afonso Henriques Moreira. Centrais hidro e termelétricas. São Paulo: Edgard Blücher, 1983.

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