aula 03 - obras hÍdricas em exercÍcios – cgu/2012

OBRAS HÍDRICAS EM EXERCÍCIOS – CGU/2012 PROFESSOR: REYNALDO LOPES

Prof. Reynaldo Lopes www.pontodosconcursos.com.br 1

Olá pessoal! Espero que estejam gostando do curso e do fórum. Aliás, aproveito para incentivá-los a participar do fórum, pois é lá que podemos tratar de assuntos mais específicos e trazer informações adicionais ao curso. Na nossa aula 03, abordaremos assuntos relativos a aproveitamento hidrelétrico. Apenas para esclarecer a dúvida de um aluno, gostaria de destacar que as questões do último concurso do TCU/2011 relativas ao assunto são as últimas comentadas, encontrando-se no final da aula, assim como na aula passada. Agora vamos à nossa aula! 2. Aproveitamento hidrelétrico: avaliação de potencial hidráulico; estruturas componentes; turbinas (tipos e aplicação) e geradores; aspectos construtivos; vantagens e desvantagens em relação a outras formas de geração de energia (térmica, eólica, nuclear, biomassa). (TCU/2009) Uma usina hidrelétrica pode ser definida como um conjunto de obras e de equipamentos, cuja finalidade é a geração de energia elétrica por meio do aproveitamento do potencial hidráulico existente em um rio. Quanto ao potencial hidráulico, julgue o seguinte item. 1. (TCU/2009) O potencial teórico hidráulico bruto é a quantidade máxima de energia elétrica que se pode obter em uma bacia hidrográfica durante um ano médio. Para responder a esta pergunta, façamos uma revisão teórica sobre o assunto. Na avaliação do potencial hidráulico bruto de um aproveitamento hidroelétrico utiliza-se a seguinte fórmula (considerando o peso específico da água de 1.000 kgf/m³):

bb H.Q.81,9P =

Onde Pb: potência hidráulica bruta (kW); Q: vazão que passa pelas turbinas (m³/s); Hb: queda bruta, ou diferença entre os níveis d’água: (i) no reservatório a montante e (ii) imediatamente a jusante da turbina (m). Observando-se a fórmula vemos que o potencial hidráulico de uma hidrelétrica depende, basicamente, (1) da vazão do rio e (2) da queda d’água (diferença de nível a montante e a jusante da barragem).



Considerando que a queda bruta não é aproveitada integralmente, devido à ocorrência de perdas de carga, utiliza-se a queda útil (H), que é a bruta, descontadas as perdas de carga. Além destas perdas que ocorrem na condução da água até a turbina, devem ser consideradas as perdas dentro da turbina, e aquelas decorrentes dos atritos internos ao gerador. Desta forma, considerando-se um fator de “eficiência” (rendimento) do conjunto eletromecânico, a potência instalada da hidroelétrica é dada pela seguinte fórmula:

η= .H.Q.81,9P Onde P: potência instalada (kW); Q: vazão que passa pelas turbinas (m³/s); H: queda útil (m); η: rendimento do conjunto turbina-gerador Voltando à questão, alguns documentos na internet apresentam essa definição para o Potencial Teórico Bruto. Deve-se observar, entretanto, que a questão deixou de mencionar o aspecto relativo aos desníveis, que seriam parcela desse potencial teórico. Mas deve ser considerada correta. Resposta: C 2. (TCU/2007) O potencial hidráulico de uma bacia hidrográfica é definido como a queda útil máxima de água, isto é, a distância vertical entre o nível da água e o eixo da turbina, que pode ser utilizada para a geração de energia. Com base na resposta da questão anterior, a queda de água é a diferença entre os níveis de montante e de jusante (canal de fuga) de uma barragem. Resposta: E O ciclo de implantação de uma usina hidrelétrica compreende basicamente cinco etapas: estimativa do potencial hidrelétrico; inventário hidrelétrico, estudo de viabilidade, projeto básico e projeto executivo. Acerca dessas etapas, julgue os itens abaixo.



3. (MPOG/2008) A etapa de inventário hidrelétrico se caracteriza pela concepção e análise de várias alternativas de divisão de queda para a bacia hidrográfica, que são comparadas entre si, visando selecionar aquela que apresente melhor equilíbrio entre os custos de implantação, benefícios energéticos e impactos socioambientais. Realmente o inventário tem por objetivo comparar alternativas entre si, sempre selecionando o melhor custo-benefício, inclusive observando os aspectos ambientais. Resposta: C 4. (PAS/2008) A água represada em barragens artificiais, como as mencionadas, armazena energia potencial gravitacional, que pode ser transformada em energia cinética, a qual, por sua vez, aciona turbinas, transformando energia mecânica em energia elétrica. Para responder a esta questão, faremos uma revisão teórica sobre as estruturas componentes de um aproveitamento hidroelétrico. A escolha do local e da concepção do “arranjo” (distribuição das estruturas) de uma usina hidrelétrica depende de uma série de fatores particulares, tais como condições topográficas, geológicas e hidrológicas. Na definição do arranjo deve-se considerar a segurança, o custo global (obra, operação e manutenção), aspectos sócio-ambientais, usos múltiplos e outras variáveis, conforme já abordamos. Basicamente há três tipos de arranjos “básicos” para as centrais hidroelétricas: (1) de represamento (CHR); (2) de desvio (CHD); e (3) de derivação (CHV). Nas centrais hidrelétricas de represamento, são aquelas que a tomada d’água é localizada junto à barragem, ou seja, o circuito hidráulico de adução é basicamente composto pela tomada d’água, conduto forçado e casa de força.



Figura – Corte Esquemático de uma Central Hidrelétrica de Represamento - CHR (Zulcy de Souza, 1992) Para as centrais de desvio e de derivação deve ser acrescentado o “sistema de baixa pressão”. O circuito hidráulico de adução é basicamente composto por: (i) tomada d’água, (ii) conduto de baixa pressão (canal ou túnel), (iii) conduto de alta pressão (conduto forçado, que pode ser também um túnel) e (iv) a casa de força. Nesses casos, podem ocorrer os chamados “transientes hidráulicos” (variações bruscas de pressão no interior das tubulações, em virtude de aberturas e fechamentos do fluxo na saída destas), em especial na região entre o sistema de baixa e o de alta pressão. Para mitigar os efeitos dos transientes hidráulicos, necessitamos de estruturas “aliviadoras de pressão”, tais como a “câmara de carga” ou a “chaminé de equilíbrio”. A diferença básica entre as centrais de desvio e de derivação é que esta última opera entre dois rios, realizando uma “transposição” de águas, ou seja, “derivando” a água do rio 1 para o rio 2, conforme mostra a figura a seguir.



Figura – Cortes Esquemáticos de Centrais Hidrelétricas de Desvio – CHD – e de Derivação - CHV (Zulcy de Souza, 1992) A seguir, apresentaremos os conceitos e definições dos principais elementos aplicados aos aproveitamentos hidroelétricos. Portanto, fazem parte do arranjo geral de uma UHE: (1) Barragem – É uma estrutura em solo ou concreto construída no vale do rio, da ombreira de uma margem para a da outra, com o objetivo de elevar o nível de água do rio até o nível máximo normal do reservatório.



(2) Dique – É uma estrutura usualmente em solo, que fecha eventuais pontos onde existam “selas topográficas” (pequenos vales), a fim de evitar “fuga” (perda) da água do reservatório. (3) Sistema de desvio do rio – Em geral, fica localizado junto à barragem, com o objetivo de desviar, temporariamente, as águas do rio por meio de (i) canal, (ii) galerias, (iii) adufas (vãos no meio das estruturas de concreto), (iv) túneis ou mesmo (v) “estrangulamento” do leito do rio (por meio de “ensecadeiras” = pequenas barragens provisórias), de modo a permitir a construção das demais estruturas (localizadas no leito do rio) em uma zona seca. (4) Circuito de geração – Constituído por (i) canais, (ii) tomadas d’água, (iii) condutos ou túneis de adução de baixa pressão, (iv) eventuais chaminés de equilíbrio ou câmaras de carga, (v) condutos ou túneis forçados de alta pressão, (vi) casa de força externa ou subterrânea e (vii) canal ou túneis de fuga. O circuito de geração tem por finalidade aduzir a água para a transformação de energia mecânica em energia elétrica. (5) Estrutura de vertimento – Composto de (i) canal de aproximação, (ii) vertedouro com ou sem controle (comportas), (iii) dissipador de energia e (iv) canal de restituição. Como no caso do circuito de geração, as obras das estruturas de vertimento podem ficar localizadas junto ou distante da barragem, dependendo das características particulares do sítio em estudo. (6) Descarregador de fundo – Estrutura dotada de comportas ou válvulas para liberar as águas para jusante da barragem. (7) Sistema de transposição de desnível – São estruturas que permitem a transposição de cargas ou passageiros transportados pela via navegável, superando o desnível decorrente da implantação da barragem. São estruturas normalmente conhecidas como eclusas de navegação. Pessoal, quem não conhece o funcionamento de uma eclusa (ou quiser mais detalhes) pode recorrer à seguinte animação: www1.folha.uol.com.br/folha/turismo/americadosul/brasil-barra_bonita-eclusa.shtml (8) Sistema de transposição de fauna aquática migratória – São estruturas que permitem a transposição da ictiofauna (fauna aquática), superando o desnível decorrente da implantação da barragem por meios de (i) escadas de peixes (pequenos tanques com aberturas no fundo, dispostos conforme os degraus de uma escada convencional) ou (ii) caminhões tanques que coletam os peixes no pé da barragem e os despeja a montante. (9) Subestação – É a instalação elétrica responsável por elevar a tensão de saída



para a transmissão da energia elétrica gerada na usina, “injetando-a” no sistema elétrico (a elevação da tensão tem por objetivo reduzir as perdas de energia, por transformação em calor, na linha de transmissão). Na figura a seguir temos uma ilustração “tridimensional” de uma UHE típica, a qual pode ajudar bastante na visualização e compreensão de plantas e cortes de arranjos de usinas. Podemos ver: barragem (face de jusante, com caminho para chegar à crista), vertedouro (com comportas), 04 condutos forçados, casa de força, canal de fuga, emboque de jusante dos túneis de desvio etc.

Figura – Arranjo da UHE Furnas do Segredo Na figura a seguir, temos o arranjo “tradicional” da UHE Água Vermelha (rio Grande), mostrando a casa de força junto ao vertedouro, ambos no meio do rio, entre duas barragens de terra.



Figura – Arranjo da UHE Água Vermelha (Schreiber, 1977) Já na próxima figura, da UHE Furnas (rio Grande), podemos ver outro arranjo, diferenciado em relação ao da UHE Água Vermelha por termos tanto o vertedouro quanto a tomada d’água separados da barragem (localizados nas encostas do vale).



Figura – Arranjo da UHE Furnas (Schreiber, 1977) A figura a seguir é da UHE Três Marias, localizada no rio São Francisco, onde podemos ver o vertedouro na encosta do vale e a tubulação de adução de água para a casa de força passando por baixo da barragem.



Figura – Arranjo da UHE Três Marias (Schreiber, 1977) Nas últimas figuras da nossa série “arranjos criativos de UHEs”, temos a UHE Itaúba, localizada em uma meandro (grande curva) do rio Jacuí, no qual temos um desnível de 16 metros e um canal adutor de 120m de comprimento (a primeira figura com o arranjo geral de desvio e a segunda com um detalhes da tomada d’água, vertedouro e casa de força).



(a)

(b) Figura – Arranjo geral (a) e detalhe (b) - da UHE Itaúba (Schreiber, 1977) Voltando à questão, realmente, a sequência das transformações de energia está realmente corretíssima. Resposta: C 5. (ANTAQ/2009) O método de Rippl pode ser utilizado para dimensionar reservatórios de acumulação em sistemas de abastecimento de água. Para responder a questão acima, faremos uma breve revisão teórica sobre o assunto. Altura de barragens e capacidade de reservatórios Pessoal, já comentamos bastante sobre barragens e reservatórios. Já vimos que tratam-se de obras de engenharia que têm a função de reter água para diferentes fins, criando um desnível local. Mas ainda não tocamos em um ponto crucial (principalmente para um estudo sobre hidrelétricas): como fixar a altura adequada delas?



Pois bem, para determinar a altura de uma barragem, devemos saber que estaremos determinando, automaticamente, a área que será alagada pelo reservatório formado a montante da barragem e, consequentemente, o volume que este reservatório poderá acumular. A figura a seguir mostra as curvas obtidas para os valores de áreas e volumes de um reservatório, em função dos níveis d’água (cotas) atingidos.

Figura 11 – Curvas “Cota x Área” e “Cota x Volume” para lago de UHE (Schreiber, 1977) No passado era muito comum a definição de grandes reservatórios, objetivando o máximo de regularização possível proporcionado por um reservatório. Porém, este critério não é mais o único a ser utilizado na definição da altura de uma barragem, pois outros fatores têm influenciado, em especial os impactos ambientais. Grandes volumes reservados acarretam em grandes áreas alagadas e, de acordo com a crescente pressão exercida hoje pela sociedade, temos cada vez menos áreas disponíveis para a formação de reservatórios e, consequentemente, cada vez mais UHEs operando em reservatórios do tipo “a fio d’água” (com volumes tão reduzidos que são incapazes de proporcionar uma regularização entre estações úmidas e secas). São diversos os métodos que podemos utilizar para dimensionar um reservatório pessoal. Atualmente, com o avanço da capacidade de processamento de dados por meio de computadores, temos métodos mais “elaborados” para o dimensionamento do volume útil dos reservatórios, como aqueles do tipo “estocásticos”, que permitem o cálculo de probabilidades por meio de simulações e otimizações em modelos matemáticos complexos. No passado, era mais comum a utilização de métodos “simplificados”. Atualmente, tais métodos são usados apenas em reservatórios de menor porte, ou nas fases mais iniciais dos estudos de grandes usinas (fase de concepção do empreendimento). O mais conhecido desses métodos é do “diagrama de massas”, também conhecido como “diagrama de Rippl”.



O volume útil de um reservatório pode ser entendido como o volume de armazenamento necessário para garantir uma vazão regularizada constante durante o período mais crítico de estiagem observado, certo pessoal? Portanto, o diagrama de massas corresponde à curva de volumes acumulados que afluem (chegam) ao reservatório.

Figura 12 – Hidrograma afluente (a) e Diagrama de massas correspondente (b) Por meio do Diagrama de Rippl (massas = volumes acumulados) podemos determinar o “período crítico” de um aproveitamento (= pior sequência de vazões do histórico existente), conforme figura a seguir.

Figura 13 – Uso do diagrama de Rippl (Zulcy de Souza, 1992)



Utilizando-se o diagrama de Rippl, podemos determinar, graficamente, o volume útil do reservatório para uma determinada vazão regularizada. A reta que liga a origem dos eixos até o último ponto do diagrama representa a vazão média ao longo do período observado (no caso da figura, 5 anos). Portanto, se desejamos regularizar a vazão média, devemos medir a distância vertical entre o ponto de mínimo do período crítico (marcado no diagrama) e a reta da vazão média regularizável para saber qual será o volume máximo de nosso reservatório. Outro método simplificado utilizado é o do “diagrama de massas residual”, que nada mais é do que o diagrama de Rippl que sofre uma translação da escala vertical devido à subtração da vazão média no eixo das ordenadas (facilitando a manipulação do gráfico em virtude da redução da escala vertical).

Figura 14 – Diagrama de massas residual Agora que já vimos os principais métodos de dimensionamento de um reservatório, sobre o qual determinamos a altura de nossa barragem, continuamos a ver as estruturas típicas de uma UHE. Voltando à questão, o diagrama de Rippl é usado para dimensionar quaisquer tipos de reservatório de acumulação (função de regularização de vazões), em particular os de abastecimento de água e os de geração hidroelétrica. Resposta: C 6. (ELETROBRÁS/2005) Analisando-se um diagrama de RIPPL ou “Curva de Massa das Descargas”, observa-se que a inclinação da reta que une dois pontos na curva corresponde a: (A) volume máximo escoado no intervalo de tempo correspondente;



(B) vazão máxima naquele intervalo; (C) volume médio do reservatório no intervalo de tempo correspondente; (D) vazão média neste intervalo; (E) volume necessário a ser regularizado. A inclinação da reta corresponde à distância vertical (eixo Y), dividida pela distância horizontal (eixo X). Se no eixo Y todo diagrama de Rippl temos o volume acumulado (em m³) e no eixo X temos os tempos, ao dividir Y por X, encontramos (m³/s), que é a unidade de vazão. Resposta: D 7. (ELETRONORTE/2006) 65- Nas usinas hidrelétricas a chaminé de equilíbrio tem a finalidade de: (A) retirar os gases da tubulação; (B) medir a velocidade da água; (C) medir a pressão na água; (D) resfriar a água após a passagem pela turbina; (E) evitar o “golpe de aríete”. A chaminé de equilíbrio não tem a “finalidade” de “evitar” o gole de aríete, pois o golpe existirá independentemente de colocarmos ou não a chaminé em nosso projeto. É bem verdade que, como comentamos, a existência da chaminé ajuda a “mitigar” os efeitos do golpe. Porém, não é essa sua função principal. A função da chaminé é a de permitir a verificação da pressão no conduto por meio da medição do nível do “reservatório de eixo vertical” (cota piezométrica mais alta que o nível estático = sobrepressão; cota mais baixa que a estática = subpressão). Sob o aspecto hidráulico, a chaminé de equilíbrio deve ser dimensionada para atender às seguintes condições de operação da hidrelétrica: (i) partida brusca



(garantir que não entre ar no conduto forçado); e (ii); parada brusca (amortecendo as variações de pressão, que se propagam). Resposta: C 8. (ELETRONORTE/2006) Entre as alternativas abaixo marque aquela que NÃO corresponde a uma característica de projeto de uma tomada d’água em uma central hidrelétrica: (A) no final do canal de adução, na entrada da tubulação forçada, deve-se instalar uma estrutura denominada câmara de carga; (B) as dimensões da tomada d’água devem ser definidas de forma que a velocidade na entrada se mantenha na faixa de 2,0 m/s para evitar formação de depósitos de areia, sedimentos ou incrustações; (C) a tomada d’água tem a função de permitir o ensecamento da tubulação forçada para a realização de obras de manutenção; (D) a tomada d’água tem a função de permitir o ensecamento do canal de adução para a realização de reparos; (E) prover a retenção de corpos flutuantes e de material sólido transportados pelo escoamento. A tomada d’água deve conter dispositivos para eliminar ou reter o material sólido transportado pela água de um rio (tudo quanto é “porcaria” que vocês possam imaginar: troncos/galhos de árvores, pneus velhos, animais mortos, vegetação aquática de grande porte – também chamada de “macrófita” – etc.), que podem causar danos às turbinas e outros sistemas usados na UHE. Basicamente, as tomadas d’água de uma UHE podem ser (i) “de superfície” ou (ii) “afogadas”. Para determinar a localização desse tipo de estruturas devemos considerar: (a) regiões de escoamento de baixa velocidade e, se possível, isento de perturbações; (b) trechos do rio com mínimo transporte de material sólido na água; (c) a possibilidade de acesso à estrutura para manutenção;



(d) garantia de afogamento do conduto forçado ou do conduto de baixa pressão, conforme o caso, de forma a evitar a formação de vórtices (“redemoinhos”/”turbilhões”) que promovem aeração externa no escoamento (lembrando que a entrada de ar na tubulação pode causar cavitação na turbina!), devendo-se manter uma coluna d’água mínima (da ordem de 2m) acima da face superior da tomada d’água, como forma de garantir a “submergência” desta. De forma genérica, a tomada d’água e seus equipamentos correlatos (estruturas para “içamento” de comportas, como as “vigas pescadoras” para stop-logs, os equipamentos “limpa-grades” etc.), devem ser dimensionados de forma a também minimizar as perdas de carga, ou seja, devem propiciar um escoamento com o mínimo de perturbações (o menos turbulento possível), que resultam em menor geração de energia elétrica. A figura a seguir exemplifica os principais tipos de tomadas d’água observadas nas UHEs brasileiras, com destaque para os equipamentos “acessórios” (pórticos para içamento das grades e comportas etc.).



Figura 18 – Principais tipos de Tomada d’Água em UHEs (Schreiber, 1977) Voltando à questão, não é uma função da tomada d’água reter sedimentos. Tal função é exercida pelo desarenador. Resposta: B 9. (ELETRONORTE/2006) A definição final do dimensionamento energético ótimo de um aproveitamento hidroelétrico, para efeito de licitação para concessão, feita no âmbito dos estudos de viabilidade, segue uma abordagem de custo/benefício, onde para cada alternativa de dimensionamento do aproveitamento são feitos orçamentos e avaliados os benefícios em termos de energia firme, disponibilidade de ponta e energia secundária. Entre as alternativas abaixo marque aquela que NÃO



corresponde a um dos critérios para dimensionamento energético de hidroelétricas ao nível de inventário: (A) vazão nominal de projeto; (B) queda de referência; (C) capacidade do sistema extravasor; (D) potência instalada total; (E) depleção máxima. Dentre as opções, a única que realmente não tem nada a ver com a geração de energia é aquela que se refere à capacidade do vertedouro. Resposta: C 10. (IEMA-ES/2004) Para não afetar a capacidade de geração, a captação para irrigação a partir de um reservatório hidrelétrico deve ser feita preferencialmente a montante da tomada d’água da usina hidrelétrica. Reparem que se fizermos a captação de água para um projeto de irrigação a montante da barragem temos a indisponibilidade dessa quantidade de água para a geração de energia. Portanto, sempre que possível, devemos prever a captação a jusante da barragem, pois a água que será usada na irrigação (ou em qualquer dos usoas chamados “consuntivos”, ou seja, que consomem água) já terá passado pelas turbinas e terá dado sua contribuição para a geração de energia elétrica. Resposta: E 11. (TCE-TO/2008 - CESPE) Ainda sobre as usinas hidrelétricas, no que se refere ao processo de geração de energia, assinale a opção correta. (A) Em linhas gerais, as usinas hidrelétricas convertem energia mecânica em elétrica. (B) Na usina hidrelétrica, a barragem eleva o nível da água e seu ponto de captação, elevando, consequentemente, a energia cinética da água.



(C) Na usina hidrelétrica, quando a água passa pelas pás da turbina, há transferência de energia potencial. (D) Quando o nível do reservatório está muito baixo e há poucas perspectivas de aumento do volume de água do rio, deve-se continuar gerando energia para economizar a água do reservatório. (E) É pelo vertedouro da usina hidrelétrica que é gerada a energia. Para responder a esta questão, faremos uma revisão teórica sobre Sistemas de Alta e de Baixa Pressão. 1 – Sistemas de Baixa Pressão O sistema de baixa pressão de uma UHE é normalmente formado por alguns dos seguintes elementos: canal, desarenador, conduto de baixa pressão, câmara de carga e chaminé de equilíbrio. No circuito hidráulico, depois do sistema de baixa pressão (no caso da sua existência) vem o de alta pressão (conduto forçado), que leva a água até as turbinas. Uma vez definido que o arranjo do aproveitamento deve ter um sistema de baixa pressão, devem ser analisados e dimensionados cada um dos componentes das possíveis combinações: (i) “canal – câmara de carga” ou (ii) “conduto de baixa pressão – chaminé de equilíbrio”. A câmara de carga (no caso da utilização de canal) ou a chaminé de equilíbrio (no caso de conduto de baixa pressão) são estruturas necessárias na ligação do sistema de baixa para o de alta pressão (conduto forçado). Tais estruturas protegem o circuito de transientes hidráulicos. Vejamos agora cada uma das estruturas apresentadas, com mais detalhes. a) Canais O sistema de baixa pressão pode ser, no seu todo, ou em parte, em canal, que deve ser dimensionado para a vazão de projeto, devendo suas paredes laterais estarem, no mínimo, com cota 0,20 m maior que a cota correspondente ao nível d’água máximo fixado para o canal (é a chamada “borda-livre”). A escolha da seção do canal de adução depende das condições topográficas e geológico-geotécnicas no trecho onde o canal será implantado. Poderão ser



adotados canais trapezoidais, usualmente em solo, ou retangulares, normalmente em rocha (pois há maior estabilidade das paredes). Também podemos ter canais com ou sem revestimento. Lembrando-se sempre de que a falta de revestimento promove maior atrito entre o fluxo d’água e as paredes e, consequentemente, maior perda de carga (e de energia a ser gerada pela UHE), ok? Para o dimensionamento do canal adutor adotamos a já tão comentada fórmula de Manning. Observação: o coeficiente de rugosidade de manning (“n”) para canais naturais (em solo ou em rocha) é da ordem de 0,30, ao passo que para canais em concreto liso temos aproximadamente n= 0,15. Portanto, podemos ter reduções significativas de perdas de carga com o uso de revestimentos. b) Desarenador Deve ser previsto um “desarenador” em aproveitamentos alocados em rios com significativos transporte de sedimentos. A localização dessa estrutura é no canal de adução, a montante da estrutura de tomada d’água. Já vimos que trata-se de uma câmara onde o escoamento possui baixa velocidade, de modo que os sedimentos em suspensão possam sedimentar (depositar no fundo), sendo posteriormente retirados por meio de um orifício lateral, com uma comporta de fundo. c) Câmara de Carga A câmara de carga, como já visto, é a estrutura, posicionada entre o canal de adução e a tomada d’água propriamente dita. Sob o aspecto hidráulico, a câmara de carga deve ser dimensionada para atender a duas situações críticas: - Partida brusca: garantir que não entre ar no conduto forçado. Nesse caso, o volume de água armazenada na câmara deve ser compatível com a variação de vazão (desde zero até o valor máximo); - Parada brusca: garantir a sua própria estabilidade funcional e a do canal adutor. Uma alternativa é dimensionar um extravasor lateral no canal adutor, o mais próximo possível da câmara de carga. O extravasor visa absorver as oscilações do nível na câmara de carga decorrentes das variações de carga na geração, escoando o excesso. Pessoal, o dimensionamento da câmara de carga, para quedas elevadas (maiores que 25 m), deverá ser elaborado por engenheiros hidráulicos e mecânicos, em conjunto, levando em consideração, evidentemente, as características da turbina definidas pelo fabricante.



No projeto da câmara de carga deve-se evitar também, sempre que possível, as mudanças bruscas de direção nas transições entre “canal de adução - câmara de carga” e entre “câmara de carga - tomada d’água”, visando-se manter o escoamento com a menor turbulência possível (bem laminar). As figuras seguintes ilustram, em planta e em corte (respectivamente), um exemplo de câmara de carga:

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(a) (b) Figura – Câmara de Carga típica de UHEs: planta (a) e corte (b) d) Conduto de Baixa Pressão A tubulação de adução de baixa pressão normalmente é adotada quando a construção de um canal em superfície livre não seja viável, normalmente por restrições topográficas (terreno muito acidentado). Deve ser dimensionado o conduto considerando a condição de custo mínimo. Estudos estatísticos indicam que a perda de carga não deve ultrapassar 1% da correspondente a queda bruta neste conduto, sob pena de interferir na geração de maneira indesejada. Além de dimensionar o diâmetro, deve ser estabelecida a espessura da tubulação, segundo os critérios de resistência do material à pressão no tubo. Recomenda-se adotar para a tubulação de baixa pressão a espessura mínima de parede dos condutos forçados, tendo em vista que qualquer defeito de laminação (da chapa de aço), ou efeitos de corrosão, afetam o valor da espessura. Além disso, a adoção da espessura mínima é recomendada por motivos construtivos,



de montagem e de transporte. A jusante da comporta da tomada d’água, temos a necessidade de instalação de um tubo (poço) de aeração, visando, com a entrada de ar, manter o equilíbrio das pressões externa e interna e evitar o colapso da tubulação. A adoção desse tubo de aeração é mais econômica que as outras soluções, como, por exemplo, o reforço da tubulação com anéis, o aumento da espessura de toda a tubulação, a instalação de ventosas etc. Caso seja adotada uma tubulação de aeração, ao invés de um poço, a mesma poderá ser embutida no concreto do paramento de jusante da tomada d’água. As tubulações de aço devem ser apoiadas sobre blocos, ou selas, em concreto (ver figura). Já as tubulações de concreto podem ser assentadas diretamente sobre o terreno, tendo uma camada de areia como base.

PERFIL

120

CORTE I-I

D

0,5D A

C

B

grafitado

papelão

L

I

I

Figura – Tubulações de aço apoiadas sobre blocos (ou selas) de concreto d) Chaminé de Equilíbrio É a estrutura que interliga o conduto de baixa pressão com o conduto forçado, conforme já visto na aula 2. Trata-se de uma espécie de “reservatório de eixo vertical”. Sob o aspecto hidráulico, a chaminé de equilíbrio deve ser dimensionada para atender duas condições de operação da hidrelétrica: - Partida brusca: garantir que não entre ar no conduto forçado, armazenando água para fornecer ao conduto forçado o fluxo necessário ao “engolimento” das máquinas; - Parada brusca: garantir a sua própria estabilidade funcional e do conduto de baixa pressão, amortecendo as variações de pressão, que se propagam pelo conduto.



Quando necessário, a chaminé de equilíbrio deve ser instalada o mais próximo possível da casa de força, para reduzir o comprimento do conduto forçado e diminuir os efeitos do golpe de aríete. A cota piezométrica estática das chaminés de equilíbrio é a mesma da do reservatório. A figura seguinte representa o funcionamento de uma chaminé de equilíbrio.

(a)

(b) Figura – Chaminés de Equilíbrio: corte típico (a) e esquema das oscilações de nível (b), considerando o brusco fechamento das turbinas (Zulcy de Souza e Schreiber) e) Túnel de Adução Trata-se de uma alternativa para os sistemas de adução quando a casa de força não é incorporada ao barramento. Os túneis podem ser utilizados tanto nos sistemas de baixa pressão (canal ou conduto de baixa pressão) como nos de alta pressão (conduto forçado). Devem ser considerados nas seguintes situações:



- Topografia desfavorável à adução em canal ou conduto de baixa pressão; - Rocha no trecho a ser atravessado pelo túnel se mostrar de boa qualidade, de baixa permeabilidade e sem suspeita de ocorrência de materiais erodíveis ou solúveis; - Quando houver suficiente cobertura de rocha ao longo da diretriz prevista para o túnel. Pessoal, o mais comum nestes casos é termos o túnel de baixa pressão, com pequena declividade e a chaminé de equilíbrio, seguido do túnel de alta pressão, ou conduto forçado a céu aberto, até a casa de força. Por interesses construtivos, a seção de escavação do túnel, a princípio, deve ser considerada como em arco-retângulo (retângulo na base e arco na parte de cima). No trecho onde se requer a sua “blindagem” (revestimento para resistência da presão) o diâmetro final interno será circular. O traçado do túnel deve representar, de preferência, a ligação mais curta entre a tomada d’água e a casa de força e deve atender ao critério de cobertura mínima de rocha (do contrário, devem ser feitos reforços com tirantes no teto do túnel). Na definição do traçado do túnel deverá ser levado em conta que o prazo de construção depende da produção diária, em cada frente de execução. Se o traçado for muito longo, talvez se mostre necessário prever frentes de ataque adicionais, utilizando-se túneis/ janelas intermediárias. Em perfil, o túnel deve ser traçado de modo que o ponto mais alto fique sempre, com segurança, abaixo da linha piezométrica no caso mais desfavorável, isto é, quando o nível d’água alcança o mínimo minimorum no reservatório e na chaminé de equilíbrio (se existir). O “ângulo de mergulho” do túnel (declividade) deverá ser adequado à necessidade de recobrimento de rocha, não se recomendando declividades inferiores a 1%, tendo em conta aspectos construtivos ligados à drenagem das águas de infiltração. De forma geral, a declividade máxima deve se limitar a 12%. Os trechos de grande declividade requerem métodos construtivos diferenciados. Considerando a qualidade do maciço, nos trechos em que o critério de cobertura mínima de rocha é atendido, a princípio não será previsto revestimento do túnel. O revestimento deve ser necessário, apenas, nos trechos onde a cobertura de



rocha é insuficiente e, em trechos localizados, por imposições geológico/construtivas. Para o dimensionamento hidráulico do túnel, a perda de carga a ser assumida para o projeto é uma questão econômica, devendo ser compreendida como uma quantidade renunciada de energia. A perda de carga no túnel de adução, de forma geral, varia entre 2% e 5% da queda bruta disponível para geração. A consideração posterior de análise de benefício/custo pode ser efetuada para verificação da hipótese do revestimento do túnel. A necessidade de revestimento/escoramento será condicionada por considerações econômicas e pela qualidade do maciço rochoso a ser atravessado, a qual deve ser avaliada, por geólogo com experiência. Na escavação do túnel sempre devem ser previstas “surpresas”, em trechos do maciço de qualidade inferior à prevista, onde serão necessários aplicar métodos de escoramento, tratamentos e contenção específicas. Normalmente, o túnel de adução apresenta dois trechos distintos: - Um trecho, normalmente, mais longo, sem revestimento, enquanto o túnel percorre o maciço com cobertura suficiente; e - Um trecho, normalmente, curto, no desemboque, em conduto forçado, a céu aberto, ou em túnel revestido, quando a cobertura de rocha, for insuficiente. O método de execução convencional de um túnel é o de escavação “a fogo” (com o uso de explosivos). A possibilidade e a economicidade da execução utilizando-se outros métodos, como o TBM ("tunnel boring machine") e outras técnicas é uma questão a ser tratada por ocasião do projeto executivo, já em estreito contato com empresas construtoras. O equipamento utilizado no TBM é encomendado com diâmetro de escavação especificado e seu custo de aquisição é elevado. Por esse motivo, o custo unitário de escavação decorrente é bastante influenciado pelo volume e cronograma de escavação prevista pelo empreiteiro no seu programa global de obras. Em determinadas situações, pode ser de grande interesse a aquisição do equipamento pelo empreiteiro, analisado seu conjunto de obras, e em outros casos, propostas podem ser ofertadas para implantação do túnel com diâmetros alternativos, em função de equipamentos já adquiridos pelo empreiteiro. 2 – Sistemas de Alta Pressão



O sistema de alta pressão é composto pelos chamados “condutos forçados” e dos blocos de apoio (selas) e de ancoragem. a) Conduto Forçado Os condutos forçados de usinas hidrelétricas podem ser de (i) chapas de aço soldadas, (ii) aço laminado sem costura, (iii) ferro fundido, e (iv) cimento-amianto (menos usual). Os condutos podem ser a céu aberto ou enterrados, neste último caso apresentam maiores dificuldades de manutenção. O dimensionamento do diâmetro e do número de condutos deve levar em conta primordialmente o custo-benefício máximo. O chamado “diâmetro econômico” é o diâmetro limite para o qual um aumento de sua dimensão, que significaria redução das perdas hidráulicas (maior energia gerada), promove aumento do benefício energético sem que isso compense o acréscimo de custo associado. Trata-se de um processo iterativo e, na prática da engenharia de obras hídricas, existem fórmulas específicas para o dimensionamento. A espessura da tubulação tem fórmulas para determinação semelhantes às para tubulação de baixa pressão (dependem da pressão interna no tubo). d) Blocos de Apoio (Selas) e de Ancoragem Dois tipos de blocos de concreto são usados para suportar o conduto forçado: (i) Bloco de apoio (ou sela), onde o conduto se apóia simplesmente, sendo permitido o seu deslizamento sobre o mesmo. Vide a primeira figura a seguir; (ii) Bloco de ancoragem, o qual tem a função de absorver os esforços que se desenvolvem no conduto, em trechos retos longos e em pontos de mudança de direção. Vide detalhe típico na segunda figura a seguir. Alternativamente, podem ser usados “anéis estruturais de aço”, convenientemente fixados a uma base de concreto.



(a) (b) Figura – Esquemas típicos de blocos de apoio (a) e de ancoragem (b) O concreto dos blocos (de apoio e de ancoragem) deverá ser fabricado atendendo as mesmas especificações do concreto para barragens de concreto. Após a escavação do terreno, deverá ser lançada uma camada de brita de 15 cm de espessura, a qual deverá ser compactada antes do lançamento do concreto. No caso dos blocos de apoio, deverá ser instalado aparelho para apoio do conduto na sua parte superior, de acordo com as especificações. Para os blocos de ancoragem, deverá ser obrigatoriamente instalada uma junta de dilatação no conduto forçado a jusante dos blocos. Além disto, registra-se que, onde possível, a escavação da fundação do bloco deverá ser escalonada (em dentes/degraus), visando aumentar sua resistência ao deslizamento. 3 – Casa de Força Essas estruturas são dimensionadas fundamentalmente de acordo com as características das turbinas e dos geradores, e também do tipo de arranjo adotado. Na sequência veremos com mais detalhes os elementos principais das casas de força. a) Casa de Força e Área de Montagem Conceitualmente falando, é a edificação onde são alocadas as “máquinas” de geração (turbinas e geradores). Por este motivo alguns autores denominam tal construção de “Casa de Máquinas”. Essa edificação pode ser integrante da estrutura da barragem ou isolada desta. Neste último caso, podem ser também



subterrâneas. O projeto desta edificação deverá envolver a parte estrutural e arquitetônica. É indispensável que sejam listados e completamente detalhados (desenhos, especificações técnicas) todos os equipamentos que serão depositados e instalados na casa de força (inclusive aqueles de “içamento” das máquinas para deslocamentos em caso de manutenções ou trocas), assim como todas as cotas (elevações, em metros). No tocante aos equipamentos de içamento, normalmente temos pontes ou pórticos rolantes (incluindo cabos e guinchos). No projeto, além dos cuidados estruturais, devem ser otimizados aspectos de operação e manutenção dos equipamentos, além das instalações de conforto a serem utilizadas pelos funcionários (salas de comando e controle da UHE). Além disso, em cada caso, deverá ser analisada a necessidade de área específica para montagem dos equipamentos, cujas dimensões básicas deverão ser fornecidas pelo fornecedor dos equipamentos principais. Em uma planta de casa de força, tal espaço é tecnicamente denominado de “área de montagem”. No caso de máquinas de pequeno porte, elas poderão ser fornecidas pré-montadas. Em qualquer caso, para os trabalhos de montagem e desmontagem em manutenções programadas, a movimentação dos equipamentos deve ser rápida, pois o tempo de máquina parada representa perdas de receita significativa (energia que deixa de ser vendida). Por este motivo são utilizadas as estruturas de içamento e translação automatizadas (pontes/pórticos rolantes). A definição das principais dimensões da casa de força (em planta) depende da quantidade e dimensões básicas da turbina e do gerador. Na figura a seguir podemos ver uma planta típica do piso de uma UHE, mostrando: condutos forçados, unidades geradoras (UGs, à esquerda), áreas de montagem (à direita) e barramentos blindados (para a condução da energia elétrica gerada).



Figura – Planta da casa de força da UHE Itauba (Schreiber, 1977) As principais elevações da casa de força são definidas em função (i) da submergência da turbina (quando a Tomada d’água é acoplada à casa de Força) e (ii) dos níveis d’água notáveis de jusante. Portanto, a qualidade da curva-chave do canal de fuga é de extrema importância para a fixação dessas elevações, como, por exemplo, a cota do piso dos transformadores. Esse piso, evidentemente, deve estar a salvo de inundação (cheias de grandes intensidades). Com base na potência, quantidade, tipo e dimensões das máquinas, deverão ser dimensionadas as dependências da casa de força destinadas aos equipamentos elétricos e mecânicos auxiliares. Notar na figura a seguir: o pátio dos transformadores, os níveis d’água de jusante (incluindo o “N.A. Excepcional”), o equipamento de içamento das turbinas e geradores (ponte rolante com trilhos), dentre outros detalhes técnicos da casa de força.



Figura – Elevações (cotas dos pisos) da casa de força da UHE Itauba (Schreiber, 1977) b) Sistema de Descarga Tais sistemas compreendem a “descarga” (águas que já cumpriram sua função) das turbinas, dos extravasores, das válvulas e das comportas. Podemos segregar o tema em dois grandes grupos: - Descarga das turbinas: No caso das turbinas “de ação” (veremos a definição com mais detalhes no próximo tópico), a descarga deve ocorrer sempre livre, ou seja, o poço e o canal não podem ser afogados. Já para as turbinas “de reação”, ocorre justamente o contrário: as descargas ocorrem nos “tubos de sucção”, que deveram estar sempre afogados. No dimensionamento deve-se prever que a velocidade de saída do fluxo no chamado “canal de fuga” seja sempre um pouco



maior do que a do rio no local, de forma a evitar o refluxo. - Descarga de Extravasores, Válvulas e Comportas: De forma geral, o problema consiste em reduzir a energia cinética da água a valores que evitem a erosão em toda a região de descarga. Para isto, usam-se os dissipadores de energia. Quando a energia cinética é pequena e a calha do rio é composta de material resistente, esta redução pode ocorrer naturalmente. Caso contrário, é necessário construir um dissipador de energia. c) Sistemas Auxiliares Conforme já deve ter sido percebido, o projeto de uma casa de força não é trivial, já que se trata de uma unidade industrial (produção de energia) cujo funcionamento (operação) é de grande complexidade. Portanto, são necessários diversos sistemas auxiliares para prover as condições adequadas de funcionamento desta edificação, além daqueles já falados, como os meios de transporte para montagem e desmontagens das turbinas e geradores (ponte rolante). Vejamos agora, de forma bastante sintética, os principais deles: - Equipamentos auxiliares das turbinas e geradores: Basicamente, são compostos por equipamentos e instalações (tanques de óleo sob pressão) para (i) fornecimento de energia às turbinas, como os reguladores (óleo sob pressão) e os atuadores (regulam o fluxo de óleo aos servomotores das turbinas); (ii) refrigeração do óleo dos mancais de escora e da guia (trocadores de calor); (iii) excitação estática (para os pólos do rotor do gerador); (iv) proteção contra incêndio (bateria de garrafões de CO2), dentre outras funções. - Sistema de abastecimento de água: É o sistema que irá levar água para refrigeração do gerador, dos mancais, eventualmente dos transformadores, instalações contra incêndio (desde que não em equipamentos elétricos), água portável etc.



Figura – Diagrama esquemático de um sistema de abastecimento de água de uma UHE (Schreiber, 1977) - Rede de drenagem e esgoto: No caso de águas que passam por misturas com óleo, deve-se passar por um sistema separador antes de lançar as águas servidas de volta ao rio (questões ambientais). Para a drenagem e a coleta de esgotos em níveis de piso abaixo do nível de jusante do rio, utilizam-se poços de coleta e bombeamento. - Rede de distribuição de ar comprimido: Para, dentre outras funções dentro da UHE, manter a pressão do óleo dos reguladores. A rede se inicia por uma central de ar comprimido (conjunto de compressores). - Instalações para purificação de óleo: Possuem como objetivo a purificação dos óleos de determinados equipamentos, tais como mancais, reguladores e transformadores. São compostos por tambores para pequenas quantidades de óleo (mancais e reguladores), ou tubulações de óleo sujo e óleo limpo, no caso de transformadores (quantidades maiores, da ordem de vários m³). - Ventilação e ar condicionado: A boa ventilação (natural ou forçada) se faz necessárias em certos ambientes, tais como próximos aos geradores (temperaturas entre 60 e 80ºC). O ar condicionado é previsto para a sala de comando, escritórios e eventualmente oficina elétrica.



- Cablagem: Trata do correto acondicionamento (em prateleiras especiais) de diversos cabos que existem dentro da casa de força, tais como os de: controle, medição, proteção contra surto, indicadores etc. - Serviços auxiliares: São os motores elétricos (normalmente movidos à diesel) que eventualmente acionam as bombas de circulação de fluidos (óleo ou água) no caso de paralisações de emergência (falhas) em alguns dos sistemas principais de fornecimento de energia da usina. Voltando à questão, realmente as UHEs convertem energia mecânica (do giro das pás das turbinas) em energia elétrica. Sobre a alternativa “B”, temos o erro no temo “cinética”, pois a altura da barragem eleva a energia potencial gravitacional, e não a cinética (energia do movimento). Resposta: A 12. (CGU/2008) - As turbinas são máquinas que recebem energia hidráulica, proveniente normalmente de quedas d’água, e transformam-na em energia mecânica. Com relação aos tipos de turbinas, pode-se afirmar que: a) nas turbinas de reação, o jato incide livremente nas pás por meio de um distribuidor em forma de bocal, sob a ação única da energia cinética, enquadrando-se neste tipo as turbinas Kaplan. b) nas turbinas de ação, o escoamento junto ao rotor é realizado sob pressão, sendo parte da energia do líquido transformada em energia cinética ainda no distribuidor, como nas turbinas Francis e Pelton. c) nas turbinas tipo Pelton, a incidência do jato de água no rotor é tangencial. d) nas turbinas Kaplan, a água entra no rotor segundo o raio e sai na direção do eixo. e) nas turbinas Francis, a água que circula sobre o rotor tem, aproximadamente, a direção do eixo. Para responder a esta questão, façamos uma revisão teórica sobre turbinas e geradores. Os grupo geradores respondem diretamente pelas transformações e qualidade da



energia de uma usina, bem como pela estabilidade operacional dos sistemas que conduzem e suportam as massas energéticas. Os grupos geradores podem ter eixo horizontal ou vertical, ter acoplamento direto ou com amplificação de rotação (entre eixo do rotor da turbina e o gerador). Os principais componentes são as turbinas e os geradores.

(a) (b) Figura – Formas de acoplamento de um grupo gerador de eixo horizontal: direto (a) e com amplificador (b) (Zulcy de Souza, 1992) 1 – Tipos de TURBINAS e aplicações A queda líquida (m) e a vazão de projeto por turbina (m3/s) são os parâmetros utilizados para a escolha preliminar do tipo de turbina. Na escolha, deve-se analisar, além dos parâmetros técnicos e preço, a disponibilidade para fornecimento de peças sobressalentes, por parte do fabricante. As turbinas podem ser de dois tipos: (1) De ação: o escoamento através do rotor ocorre sem variação de pressão (turbinas tipo Pelton); (2) De reação: o escoamento através do rotor ocorre com variação de pressão (turbinas tipo Francis, Kaplan e Bulbo). As turbinas de reação, ao contrário das de ação, devem trabalhar afogadas. A seguir encontra-se um gráfico de muita utilidade para o processo de escolha do tipo e da potência máxima das unidades de turbinas, em função (i) da queda líquida (já descontadas as perdas hidráulicas) e (ii) da potência nominal das unidades.



Figura – Gráfico para seleção do tipo e da potência máxima das unidades (Manual de Inventário - MME, 2007) A próxima figura ilustra o rotor dos três tipos de turbina mais usados. A foto da esquerda representa a turbina tipo Kaplan, a do centro é a Francis e a da direita a Pelton, que serão descritas em seguida.



Figura – Rotores de Turbinas Kaplan, Francis e Pelton, respectivamente (www.impsa.com) 1.1 - Turbina Pelton Trata-se de uma turbina de ação. Pode ter eixo vertical ou horizontal. A Pelton se caracteriza por um rotor com pás ou conchas na periferia e por uma tubulação de adução alimentando um ou mais injetores. Tem por característica a transformação da (1ª) “energia potencial de queda” em (2ª) “energia cinética no jato injetor”, para, em seguida, ser convertida em (3ª) “energia mecânica no rotor da turbina”. A incidência do jato d’água nas pás da turbina é tangencial. A figura seguinte ilustra uma Turbina Pelton de eixo horizontal, com um único injetor (vista lateral), e outras Turbina Pelton, de eixo vertical, e seis injetores (em planta).

(a) (b) Figura – Turbinas Pelton: eixo horizontal com 1 injetor (a) e eixo vertical com 6 injetores (b) (Diretrizes PCH – Eletrobrás e Schreiber) A elevação do ponto mais baixo do rotor deve ser aproximadamente 1 (um)



metro acima do nível de água máximo de jusante, de modo que suas conchas fiquem distantes do espelho d’água, evitando o efeito indesejável de frenagem. Opera em quedas altas (quedas de 100 a 500m, podendo alcançar até quedas da ordem de 1.900) e baixa vazão. Podem alcançar potências por unidade maiores que 100 MW. 1.2 - Turbina Francis Trata-se de uma turbina de reação. Pode ter eixo vertical ou horizontal. No caso da do eixo horizontal, é necessário uma caixa espiral (carcaça) na entrada da turbina e tubo de sucção na saída. A água entra em direção transversal ao eixo do rotor, e sai na mesma direção do eixo. Opera em situações intermediárias de queda e vazão, com boa aceitabilidade em várias situações. Pode ser adotada para quedas entre 8 e 600m. É a que apresenta maiores potências por unidade, da ordem de 850MW. A figura seguinte ilustra a caixa espiral (externamente, tubulação em aço, e internamente, mostrando o rotor em planta - vista superior) de uma turbina Francis.

(a) (b) Figura – Turbina Francis, em planta: caixa espiral de aço (a) e espiral de concreto (b) (Schreiber, 1977) 1.3 - Turbina Kaplan ou Bulbo



As turbinas Kaplan foram antecedidas por turbinas denominadas “hélice”. Tais turbinas possuem como característica principal a geometria do rotor composta por um cubo com pás em forma de asa de sustentação (o número de pás varia de 2 a 8). Quando as pás eram fixadas rigidamente ao cubo, essas turbinas denominavam-se “rotor-hélice”. Com o passar do tempo forma desenvolvidas pás que se movimentam em relação ao cubo, acarretando em nova classe de turbinas denominadas Kaplan. Normalmente as turbinas Kaplan são de eixo vertical, mas também existem algumas versões de eixo horizontal ou até inclinado, como nas turbinas “Kaplan-S” ou “tubular-S” como também é conhecida (o nome provém do formato do tubo adutor, que lembra a letra “S”). Na figura a seguir, a turbina Kaplan posicionada na casa de força e o detalhe esquemático das pás variáveis.

(a) (b) Figura – Turbina Kaplan, eixo vertical: corte e planta típicos (a) e detalhe das hélices (b) (Zulcy de Souza e Schreiber)



Figura – Turbina Tubular “S”, eixo horizontal: planta (acima) e corte (abaixo) típicos (Zulcy de Souza) Atualmente uma turbina tubular muito conhecida para alturas de queda muito baixas é a turbina Bulbo (eixo horizontal). O diferencial desta turbina é que o gerador é ligado à turbina mediante uma engrenadem cilíndrica ou planetária que aumenta a pequena velocidade da turbina até 10 vezes e reduz, assim, o tamanho do gerador. Desse modo, o gerador pode ser colocado em um poço a montante da turbina (bulbo), dentro do tubo de sucção. Tanto nas turbinas Kaplan quanto nas Bulbo, a movimentação das pás confere capacidade de regulação da vazão e água entra e sai na mesma direção do eixo. São utilizadas para baixas quedas (de centímetros até 70m) e grandes vazões. A figura a seguir ilustra, em planta e em corte, o posicionamento típico da turbina Bulbo (notar o gerador dentro do “bulbo”, colocado no interior do tubo de sucção, na frente da turbina).



Figura – Turbina Bulbo: corte e planta típicos (Schreiber) 1.4 - Turbina Turgo A turbina Turgo é uma máquina de impulso similar a turbina Pelton. Entretanto, o jato é desenhado para atingir o plano do rotor em um determinado ângulo (na prática se usa normalmente 200). A turbina Turgo possui também certas desvantagens com relação a turbina Pelton: primeiro, é mais difícil de fabricar que a turbina Pelton, uma vez que as pás, possuem forma complexa, sobrepostas e mais frágeis que as conchas da turbina Pelton; segundo, o esforço do jato causa uma reação axial nos mancais além do esforço radial normal. Isso provocará o uso de mancais de rolamentos autocompensadores ou mesmo de rolos cônicos ao invés dos simples rolamentos de esferas normalmente adotados.



O rotor da turbina Turgo é fundido, normalmente, em aço juntamente com as pás, o que requer uma pequena fundição, necessitando de modelo, moldes e todo aparato de uma pequena oficina de fundição, não sendo assim de grande praticidade para a maioria das pequenas oficinas. Não se tem notícia desse tipo de turbina utilizada no Brasil. Na relação de inventário do SIPOT (Sistema de Informação do Potencial Hidrelétrico Brasileiro), não se encontra menção de qualquer instalação com a utilização desse tipo de turbina. Porém, é bastante usada na Índia onde foi levada pelos ingleses, existindo firmas que constróem esse tipo de turbina para potências de 10 à 3.000 kW, com quedas entre 24 e 200 m. São turbinas Hidráulicas, tradicionalmente seu uso tem-se concentrado no tipo Pelton, com um ou mais jatos, no caso das máquinas de ação; e na Francis, Hélice e Kaplan, no caso do tipo de reação. A escolha do tipo adequado baseia-se nas condições de vazão, queda líquida, altitude do local, conformação da rotação da turbina com a do gerador e altura de sucção, no caso de máquinas de reação. No Brasil, os fabricantes nacionais mais conhecidos se contentam em oferecer modelos padronizados dos tipos: Pelton, Francis e Hélice. Recentemente, baseados em projetos desenvolvidos no exterior, passaram a oferecer a Kaplan e suas derivações como: Bulbo, “S" e Tubular. Voltando à questão, com base nas informações acima apresentadas, a resposta é o item C. Resposta: C (TCU/2009) Basicamente, uma usina hidrelétrica compõe-se das seguintes partes: barragem, sistemas de captação e adução de água, casa de força e sistema de restituição de água ao leito natural do rio. Com relação à casa de força, ou, mais especificamente, às turbinas, julgue os próximos itens. 13. (TCU/2009) Nas turbinas de reação, o rotor é completamente submergido na água, e, com o fluxo da água através das mesmas, ocorre diminuição da pressão e da velocidade entre a entrada e a saída do rotor.



Na passagem da água pelo rotor, parte da energia cinética fará girar o rotor, sendo transformada em energia elétrica posteriormente, e, com isso, temos a redução da pressão e da velocidade da água na saída da turbina. Existem dois tipos de turbinas hidráulicas: as de ação e as de reação. Na primeira a energia hidráulica disponível é transformada em energia cinética para, depois de incidir nas pás do rotor, transformar-se em mecânica: tudo isto ocorre a pressão atmosférica. Já na turbina de reação, o rotor é completamente submergido na água, com o escoamento da água ocorre uma diminuição de pressão e de velocidade entre a entrada e a saída do rotor. Resposta: C 14. (TCU/2009) As turbinas Pelton são máquinas de reação, de escoamento tangencial, que operam sem controle de vazão, recomendáveis para altas quedas e baixas vazões. O erro dessa questão é afirmar que as turbinas Pelton seriam máquinas de reação. Na realidade, são turbinas de ação. Resposta: E 15. (TCU/2009) As turbinas Francis são máquinas de reação, escoamento radial e escoamento misto, apropriadas para operarem com médias vazões e médias quedas. As turbinas Francis realmente são turbinas de reação e operam a vazões e quedas médias. O escoamento incide no sentido radial (entra na direção do raio) e sai na direção do eixo (axial). Como não haveria uma única direção (entra radial e sai axial), alguns autores definem esse tipo de escoamento como misto (direção indefinida). Resposta: C 16. (TCU/2009) A turbina Turgo, que é uma máquina de ação na qual a incidência do jato d’água é lateral, pode operar com vazões relativamente grandes, mas tem sua aplicação limitada a pequenas quedas (inferiores a 10 m). Como já apresentado em questão anterior, a incidência do jato d’água é axial e tem sua aplicação com quedas entre 24 e 200 m.



Resposta: E Julgue os itens subseqüentes com relação às turbinas do tipo Francis, Kaplan e Pelton. 17. (BASA/2006) Esses tipos de turbinas são exemplos de turbinas hidráulicas, amplamente empregadas para a geração hidroelétrica. As três turbinas indicadas realmente são as mais utilizadas nas UHEs. Resposta: C 18. (TCU/2007) A turbina do tipo Kaplan é recomendada para empreendimentos com pequena queda útil e grande vazão, e o fato de estar dotada de pás ajustáveis confere-lhe grande capacidade de regulação. Realmente a turbina Kaplan é indicada para baixas quedas e grandes vazões e possui pás que se movimentam (do contrário, seriam meramente turbinas rotor-hélice). Resposta: C 19. (TCU/2007) As turbinas do tipo Francis geralmente são utilizadas em quedas úteis médias e possuem uma grande adaptabilidade a diferentes quedas e vazões. Para confirmar a fácil adaptabilidade das turbinas tipo Francis às quedas médias, basta darmos outra olhada naquele gráfico apresentado em questão anterior, relacionando as quedas com as potências. Resposta: C 20. (BASA/2006) Em uma turbina Francis a entrada da água ocorre radialmente e a sua vazão é controlada por um sistema de pás móveis (distribuidor) montado na entrada de água. Nessa turbina, a saída da água ocorre axialmente.



A figura da turbina Francis mostra que a entrada d’água ocorre “radialmente”, ou seja, na direção do “raio” da circunferência formada pela tubulação em formato “caracol”. Após passar pelo caracol, a água então “cai” em um poço e sai pelo tubo de sucção. Ao cair no poço, a direção da queda é “axial”, ou seja, na mesma direção do “eixo” da turbina (no caso, a direção é vertical). Sobre as pás móveis mencionadas (pequenas palhetas do distribuidor). Resposta: C 21. (BASA/2006) Um turbina Kaplan converte o movimento de um fluido, geralmente a água, em movimento mecânico giratório para a geração de eletricidade. Tem a forma de uma hélice convencional de avião com pás ajustáveis. São comuns em grandes complexos hidrelétricos. A turbina Kaplan tem o formato de hélice de avião. Assertiva correta. Resposta: C 22. (BASA/2006) As turbinas Pelton são máquinas de impulso nas quais a pressão do fornecimento de água é convertida em velocidade por bocais estacionários, produzindo jatos d’água que colidem com as pás montadas na borda de uma roda. Essas turbinas, geralmente, são limitadas a instalações de alta queda d’água. Definição exata. Resposta: C 23. (TSE/2006) 65 As máquinas de fluxo podem ser classificadas segundo vários critérios como, por exemplo, o sentido da transformação de energia. Entre as máquinas listadas nas opções abaixo, assinale aquela na qual o fluído cede energia à máquina, que transforma a energia em trabalho mecânico. (A) bomba centrífuga (B) ventilador axial



(C) compressor centrífugo (D) turbina hidráulica Reparem no enunciado da questão e na “ordem” de quem cede energia para quem (“sentido da transformação de energia”): (1) “o fluído cede energia à máquina”... (2) “que transforma a energia em trabalho mecânico”. Logo, é o fluido (água) que movimenta a máquina, e não o contrário (como no caso das bombas, ventiladores e compressores). E de todas as opções fornecidas, a única que se enquadra nessa definição é a turbina. Resposta: D 24. (TSE/2006) Turbinas hidráulicas aproveitam a energia hidráulica do escoamento para a geração de energia elétrica. Acerca das turbinas usadas para geração hidroelétrica, assinale a opção correta. (A) As turbinas Francis, Hélice, Bulbo e Kaplan, são chamadas de turbinas de ação, pois funcionam com a pressão da água variando desde a entrada na turbina até a saída. (B) Nas turbinas Bulbo, turbina e gerador são integrados em um só invólucro. (C) As turbinas Kaplan tem as pás fixas posicionadas no ângulo de melhor rendimento. (D) As turbinas Francis são máquinas de reação do tipo misto. São recomendadas para desníveis acima de 600 m e baixas vazões. Utilizaremos a questão para um revisão teórica sobre tipos de geradores elétricos e aplicações Os geradores são os equipamentos responsáveis por transformar a energia mecânica produzida pela turbina em energia elétrica. De acordo com a resolução ANEEL nº 407/200, para todos os efeitos legais, a Potência Instalada de uma UHE é determinada pela capacidade de seus geradores, e na ode suas turbinas (que, por vezes, até podem apresentar capacidades mais elevadas de produção de energia), sejamos: “A potência instalada de uma central geradora (em kW) é definida, em números inteiros, pelo



somatório das potências elétricas ativas nominais das unidades geradoras da central”. Como classificação típica, tais equipamentos podem ser: (i) síncronos ou (ii) assíncronos (ou de indução). Os geradores síncronos têm maior aceitação e são mais utilizados, pois são máquinas elétricas que trabalham com velocidade constante, igual à velocidade síncrona, que é função (i) da freqüência da tensão gerada (no Brasil = 60 Hz, lê-se: “Hertz”; ou 60 “ciclos por segundo”) e (ii) do número de pares de pólos do “rotor” do gerador (peça dinâmica, que gira). A parte que fica fixa é conhecida pela denominação “estator”. Com o giro do rotor dentro do estator temos, por efeitos eletromagnéticos, a produção da energia elétrica. Os geradores síncronos são capazes de produzir tanto energia ativa como reativa. Pessoal, não entraremos em maiores detalhes sobre os tipos de “energia ativa” e “reativa”, pois a explicação demandaria conhecimentos avançados de eletricidade, fugindo ao escopo de nosso curso. Os geradores assíncronos (ou de indução) possuem a característica básica de trabalharem com rotações levemente diferentes da rotação síncrona. Só produzem potência ativa. Pessoal, são diversas as formas possíveis de “acoplagem” entre o eixo da turbina e o gerador. Selecionamos dois tipos mais comuns para eixos verticais (sendo possível algumas variações destes): (1) arranjo “convencional”, com um mancal combinado guia-escora, posicionado acima do rotor do gerador, e um mancal guia abaixo do rotor (neste caso a turbina tem seu próprio mancal-guia) – usado para grupos com velocidades mais altas (acima de 250 “rotações por minuto”, ou 250 “rpm”); (2) arranjo tipo “umbrella” (= “guarda-chuva”, em inglês), dispensando o mancal guia superior, temos uma grande redução na altura do grupo gerador, com economias nas dimensões da casa de força – usado para máquinas de baixas velocidades (abaixo de 200 rpm). A figura a seguir ilustra os arranjos mencionados para eixos verticais.



(a) (b) Figura – Arranjos Turbina-Gerador, eixo vertical: “convencional” (a) e tipo “umbrella” (b) (Zulcy de Souza, 1992) Pessoal, também no caso dos eixos horizontais, temos uma vasta gama de possibilidades de acoplamento. A figura a seguir ilustra alguns tipos de arranjos para eixos horizontais (mais comuns em PCHs), de acordo com as normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT).

Figura – Arranjos Turbina-Gerador:, eixo horizontal (Zulcy de Souza, 1992) Voltando à questão, na letra “A”, as turbinas mencionadas são de “reação”, e não de “ação” (apenas a Pelton é de ação). Na letra “C”, o erro está em dizer que a turbina Kaplan tem pás fixas, pois, como vimos em aula, a grande vantagem da Kaplan em relação às antigas turbinas hélice é justamente a movimentação das pás. Por fim, na letra “D”, os desníveis “acima de 600 metros” mencionados são muito altos para o uso da Francis, indicadas para quedas médias.



Resposta: B 25. (PAS/2008 – CESPE) Barragens são sistemas artificiais para reserva de água e constituem elemento fundamental em usinas hidrelétricas. Uma usina hidrelétrica é um bom exemplo de utilização do princípio de conservação de energia para a geração de eletricidade. Por meio desse princípio, pode-se quantificar a energia e suas transformações. A partir dessas informações, julgue os itens a seguir. (PAS/2008 – CESPE) 102 Dado que barragens utilizadas em hidrelétricas armazenam grande volume de água, infere-se que a construção de uma dessas barragens pode provocar alterações não apenas no ciclo hidrológico da região onde ela seja construída, mas também na paisagem local e na biodiversidade dos rios afluentes. A assertiva realmente está correta, pois realmente as barragens promovem alterações na paisagem e na biodiversidade dos rios afluentes. Lembrem, por exemplo, dos mecanismos de transposição de peixes migratórios (“escadas” de peixes formadas por pequenos “tanques” com água corrente nos locais dos degraus de uma escada usual, ou caminhões-tanque, que coletam os peixes a jusante e os levam a montante da barragem), que não necessitariam existir sem a barragem. Resposta: C

(COHAB/2004) A respeito da figura acima, que mostra o desenho da seção transversal de uma barragem, julgue os seguintes itens. 26. (COHAB/2004) O trecho indicado pelas letras ABCD é denominado ensecadeira.



utilizaremos essa questão para uma revisão teórica sobre aspectos construtivos de aproveitamentos hidrelétricos. Existem inúmeros “aspectos construtivos” que poderíamos abordar quando falamos de usinas hidroelétricas. Como vimos, tratam-se de obras de grande complexidade técnica. Porém, muitas dessas principais questões construtivas nós já abordamos em aula anterior, por exemplo: execução de filtros em barragens de terra, execução de cortina de injeções e drenagem para redução da percolação pela fundação, concretagem das juntas em barragens de concreto, construção dos canais de aproximação/adução à tomada d’água e vertedouro etc. Desse modo, preferimos abordar nesta aula os temas que não foram tratados anteriormente, com a profundidade que desejamos passar para vocês neste momento. Os estudos de planejamento para a construção e montagem de um aproveitamento hidroelétrico devem ser realizados de forma detalhada, visando estabelecer o Cronograma de Implantação do empreendimento. Esses estudos devem considerar as seguintes fases principais: (i) a implantação do canteiro e do acampamento (inclusive as estradas de acesso); (ii) o “desvio” do rio; (iii) a seqüência construtiva da estruturas principais e auxiliares; e (iv) os esquemas de montagem de equipamentos eletromecânicos. Antes de ser iniciada a construção da barragem, o rio precisa ser “desviado de seu curso natural. As obras de desvio do rio, necessárias para que as obras permanentes possam ser realizadas no seu leito ou calha, consistem basicamente nos seguintes componentes auxiliares (não necessariamente adotados concomitantemente): (1) ensecadeiras, (2) condutos, (3) canais e/ou (4) túneis. Em determinadas situações (dependendo do tipo de arranjo escolhido) podemos utilizar, como auxiliares para escoar a vazão de desvio, a tomada d’água, as comportas de fundo e mesmo os vertedouros (em geral, concretados parcialmente). Pessoal, normalmente a vazão de desvio é calculada com TRs que variam entre 25 e 50 anos, mas, em casos excepcionais (em especial nas regiões onde temos dados hidrológicos pouco confiáveis), o projetista pode adotar vazões bem maiores, com recorrência da ordem de 100 anos. Detalhe importante: o cronograma de obras é sempre formulado para a execução do desvio no período de estiagem da bacia (para a maior parte do Brasil, entre maio e setembro), reduzindo riscos e custos do desvio. Este período favorável ao desvio é denominado “janela hidrológica”. O desvio pode ser feito em duas fases, como na figura a seguir (parte A), ou, se as condições topográficas e geológicas assim o permitirem, através de um ou mais túneis escavados em rocha ou canais de desvio (parte B).



Figura – Construção da barragem com o uso de ensecadeiras (a) ou túnel (b) A ensecadeira é uma espécie de “barragem provisória” (em terra ou enrocamento – parte do material é simplesmente “lançado”, parte é compactado), construída com a finalidade de desviar o rio. Em outras palavras, trata-se de uma obra necessária para a execução da hidroelétrica, mas que ao final da construção pode ser destruída, ficar submersa ou ser parcialmente aproveitada no arranjo final do aproveitamento. Os esquemas de desvio do rio variam em função dos aspectos topográficos, hidrológicos e geológico-geotécnicos do sítio. A seguir apresentamos a vocês uma breve descrição de três diferentes situações: 1 - Sítios em vales abertos: Na primeira fase, após a construção da ensecadeira, com o rio escoando em sua calha natural (“estrangulado”) ou em canal escavado em uma das margens, executam-se partes das estruturas do vertedouro, dos muros, da casa de força e da barragem, na margem oposta (área que fica “seca” por meio de potentes bombas que retiram água da cava).



Na segunda fase, após a construção das ensecadeiras de montante e jusante (e a retirada da ensecadeira de primeira fase), com o rio escoando pelas adufas/galerias sob o vertedouro (ou sob a barragem), conclui-se a execução da casa de força, do vertedouro e da barragem. Concluída a execução das estruturas de barramento, fecham-se as adufas/galerias de desvio e inicia-se a operação de enchimento do reservatório. 2 - Sítios em Vales Encaixados: No caso dos vales encaixados, a diferença básica é que, na primeira fase, o rio é desviado por túneis escavados em uma das margens. 3 - Sítios em Vales Medianamente Encaixados: No caso dos vales medianamente encaixados, na primeira fase, o rio poderá ser desviado por galerias de concreto, ou por tubulações, construídas em uma das margens. Após vermos os conceitos envolvidos na importante fase de desvio do rio, veremos agora com mais detalhes outras etapas das obras de uma UHE e suas peculiaridades construtivas. Frequentemente, o detalhamento do projeto de canteiro de obras é de responsabilidade do empreiteiro civil. No caso de obras públicas, há sempre a necessidade de orçamento analítico (detalhado, com todas as composições de custos unitários) do canteiro. Portanto, não é possível se aceitar um orçamento pouco detalhado como aquele apresentado na etapa de estudos iniciais de avaliação do potencial (inventário e viabilidade), no formato usualmente conhecido como “Orçamento Padrão Eletrobrás” (OPE), lembram dele? Parâmetros fundamentais da “logística” da obra devem ser estabelecidos, os quais deverão ser observados na estimativa da área necessária ao canteiro de obras, devendo-se prever as seguintes instalações: reservatório de água potável; reservatório de água industrial; escritórios diversos e depósitos; almoxarifados específicos; refeitório; posto de saúde/enfermaria; estacionamentos; subestação de energia do canteiro; central de britagem e de concreto; áreas para pilhas de estoque de agregados; depósito de cimento; pátio de tubulação; pátio de carpintaria; pátio de armação; pátio de pré-moldados (eventual); pátios de estocagem e de pré-montagem; instalação de ar comprimido; oficina mecânica. O acesso à área de execução das obras deverá ser controlado e só deverá ser



permitido às pessoas envolvidas diretamente com a obra, sob pena de responsabilização do construtor em caso de acidentes a terceiros, ou mesmo danos à obra causado por estranhos. As estradas de serviço deverão ser revestidas com brita ou cascalho, visando-se manter a trafegabilidade durante todo o ano. Deve-se prever a rega das mesmas, visando-se evitar nuvens de poeira causadas pelo tráfego prejudiciais a manter uma boa visibilidade. Deverá ser prevista, também, uma área para o acampamento, próxima à obra, que deverá apresentar condições de abrigar o pessoal envolvido na obra que não se conseguir alojar aproveitando a infra-estrutura local (cidades vizinhas). O dimensionamento do pessoal a ser mobilizado para a obra deverá ser elaborado com base nos histogramas de produção e nos índices de produtividade de execução dos principais serviços: limpeza, escavação e tratamento das fundações, produção industrial de concretos diversos, execução de aterros compactados e montagens dos equipamentos principais. Os esquemas de montagem dos equipamentos eletromecânicos principais das hidrelétricas (turbina e gerador) serão variáveis em função do tipo e porte desses equipamentos e das particularidades de cada fabricante. É importante destacar que já na fase de construção deve-se visar o futuro, ou seja, deve-se prever como será a operação e a manutenção do Aproveitamento Hidrelétrico. Portanto, um item de significativa importância diz respeito à “instrumentação” de monitoramento das estruturas da UHE. Vejamos alguns instrumentos importantes para se acompanhar o desempenho de uma UHE, os quais devem ser projetados e construídos concomitantemente ao desenvolvimento das obras. (1) Reservatório: - Deve-se prever sistemas de controle do estado geral do reservatório e das suas encostas, objetivando a verificação do processo de assoreamento, da contenção e remoção de plantas aquáticas (sistemas flutuantes, tais como o “log-boom”), bem como de verificação da qualidade da água do reservatório e de jusante. (2) Barragem de Terra e Enrocamento - Deve-se prever instrumentação, para monitorar, principalmente: - Sistema de drenagem;



- Surgimento de água a jusante (água transparente, ou com sedimentos? cuidado com o “piping”!); - Trincas, erosão, recalques e solapamentos; - Vegetação indesejável. (3) Barragem de Concreto e Vertedouro - Deve-se prever instrumentação, para observar: - Sistema de drenagem; - Surgimento de água a jusante; - Estado geral do concreto (trincas e erosão). (4) Canal Adutor - Deve-se prever sistemas para acompanhar:

- Estado geral da grade - limpeza e reparos; - Estado geral da estrutura do canal. (5) Tomada d’Água - Deve-se prever instrumentação, para monitorar: - Estado geral do concreto (trincas e erosão); - Estado geral da grade - limpeza e reparos; - Estado geral das comportas - reparos; - Estado geral do pórtico/talha - lubrificação. (6) Conduto Forçado - Deve-se prever instrumentação, para averiguar: - Estado geral do conduto, apoios e flanges das juntas de dilatação - reparos/pintura; - Estado geral do leito e das canaletas de drenagem - reparos/limpeza. (7) Casa de Força- Deve-se prever instrumentação, para verificar periodicamente: - Estado geral do concreto (trincas e erosão); - Sistema de drenagem (poço) - limpeza; - Instalações. (8) Subestação - Deve-se prever sistemas de verificação do estado geral da área da plataforma e do sistema de drenagem (trincas e erosão). Voltando à questão, o trecho indicado pelas letras ABCD é denominado trincheira (ou cut off) parcial. A ensecadeira, como vimos, é uma estrutura utilizada para garantir a construção da barragem no leito do curso de água. Resposta: E



(TCU/2007) A geração hidrelétrica de energia apresenta vantagens e desvantagens, se comparada a outras modalidades de geração de energia elétrica, tais como a eólica, a nuclear, a térmica, a solar etc. A respeito dessas vantagens e desvantagens em relação à geração hidrelétrica de energia, julgue os próximos itens. 27. (TCU/2007) A geração térmica de energia elétrica apresenta a vantagem da rapidez de construção e de entrada em operação e a desvantagem de utilizar como insumos recursos não-renováveis, contribuindo, assim, para o aquecimento global. Inicialmente, cabe fazer um breve revisão teórica sobre o assunto, diferenciando fontes de energia renováveis de não-renováveis. Energias renováveis são aquelas consideradas inesgotáveis (perenes), devido ao permanente processo de recarga pelo sol, que é a principal fonte primária de energia na Terra. Em relação à energia solar, podemos dividir a sua utilização em direta e indireta. A utilização direta é feita por conversão termo-solar ou conversão fotovoltaica. Já a utilização indireta pode ser feita por meio de quedas d’água, vento, biomassa, ondas do mar, calor dos oceanos (gradiente térmico), correntes oceânicas, conversão fotoquímica e aquecimento armazenado (bomba de calor). As fontes de energia renováveis são consideradas sustentáveis, pois seu uso no presente não compromete sua utilização no futuro e respondem por cerca de 14% da energia ofertada no mundo e 46% da matriz energética brasileira, segundo o balança energético nacional de 2009. Há também a energia renovável proveniente das marés (atração gravitacional da lua), que aproveitam a diferença de nível entre as marés alta e baixa causadas pela força gravitacional da lua e do sol e cujo uso não produz gases nocivos ao meio ambiente nem efeito estufa. As fontes de energia não-renováveis são aquelas derivadas de combustíveis que levaram um enorme tempo para serem formados, passíveis de se esgotar por serem utilizadas em velocidade maior que a necessária para sua formação, por este motivo, não são consideradas fontes sustentáveis.



Combustíveis fósseis representam a principal fonte de energia não renovável utilizada (cerca de 80% da energia consumida no mundo) e a emissão de gases provenientes de sua queima é a principal causa do efeito estufa. Os principais combustíveis fósseis utilizados para a geração de energia são: turfa, carvão mineral, petróleo, gás natural, xisto betuminoso, areia betuminosa. Já os principais combustíveis nucleares são: urânio, tório, deutério, lítio e plutônio Outra fonte de energia alternativa é a energia Geotérmica, que é aquela proveniente do calor contido no centro da Terra. Porém, há alguma confusão sobre a classificação da energia Geotérmica como renovável ou não-renovável, pois o declínio do calor do núcleo da Terra é muito lento, podendo levar milhões de anos para resfriar. Mas também devemos considerar que o fluxo de calor utilizável encontra-se nas camadas próximas a superfície, onde a taxa de utilização (ou liberação) é maior que o tempo de recuperação (dezenas ou centenas de anos) Assim, sua utilização no presente restringe seu uso em um futuro próximo, mas permite seu uso em um futuro distante. Seu uso provoca emissão de gases nocivos. Devido às suas características “intermediárias”, alguns teóricos acreditam que a energia geotérmica pode ser considerada renovável ou não-renovável. Porém, o atlas de energia elétrica do Brasil, publicado pela aneel, considera energia geotérmica como sendo RENOVÁVEL. Voltando à questão, temos que ela traz as características da geração térmica de energia e por isso deve ser considerada correta. Resposta: C 28. (TCU/2007) O aproveitamento da energia solar apresenta a desvantagem da menor quantidade de energia elétrica produzida, mas a vantagem de não provocar direta, ou indiretamente, nenhum impacto negativo ao meio ambiente.



O aproveitamento de energia solar é realmente uma excelente alternativa às fontes não-renováveis de energia, porém, devemos consideram que sua utilização não é totalmente livre de impactos ambientais. Além do impacto ambiental provocado pela fabricação dos materiais utilizados para a implantação de um sistema de aproveitamento de energia solar, Tolmasquim (2004) defende que o sistema fotovoltaico (mais comum para aproveitamento de energia solar) apresenta os seguintes impactos ambientais negativos: - Emissões e outros impactos associados à produção de energia necessária para os processos de fabricação, transporte, instalação, operação, manutenção e descomissionamento dos sistemas; - Emissões de produtos tóxicos durante o processo da matéria-prima para a produção dos módulos e componentes periféricos, tais como ácidos e produtos cancerígenos, além de CO2, SO2, NOx, e particulados; - Ocupação de área para implementação do projeto e possível perda de habitat (crítico apenas em áreas especiais) – no entanto, sistemas fotovoltaicos podem utilizar-se de áreas e estruturas já existentes como telhados, fachadas, etc.; - Impactos visuais, que podem ser minimizados em função da escolha de áreas não-sensíveis; - Riscos associados aos materiais tóxicos utilizados nos módulos fotovoltaicos (arsênico, gálio e cádmio) e outros componentes, ácido sulfúrico das baterias (incêndio, derramamento de ácido, contato com partes sensíveis do corpo); - Necessidade de se dispor e reciclar corretamente as baterias (geralmente do tipo chumboácido, e com vida media de quatro a cinco anos) e outros materiais tóxicos contidos nos módulos fotovoltaicos e demais componentes elétricos e eletrônicos, sendo a vida útil média dos componentes estimada entre 20 e 30 anos. Assim, a questão deve ser considerada errada. Resposta: E 29. (TCU/2007) A geração de energia elétrica a partir do aproveitamento da energia eólica apresenta a vantagem de não agredir o meio ambiente e a desvantagem de ter sua implantação limitada a áreas litorâneas. Para responder a esta questão, faremos uma breve revisão teórica, baseada no atlas publicado pela ANEEL, já referenciado acima. Denomina-se energia eólica a energia cinética contida nas massas de ar em movimento (vento). Seu aproveitamento ocorre por meio da conversão da



energia cinética de translação em energia cinética de rotação, com o emprego de turbinas eólicas, também denominadas aerogeradores, para a geração de eletricidade, ou cataventos (e moinhos), para trabalhos mecânicos como bombeamento d’água. Para que a energia eólica seja considerada tecnicamente aproveitável, é necessário que sua densidade seja maior ou igual a 500 W/m2, a uma altura de 50 m, o que requer uma velocidade mínima do vento de 7 a 8 m/s (GRUBB; MEYER, 1993). Segundo a Organização Mundial de Meteorologia, em apenas 13% da superfície terrestre o vento apresenta velocidade média igual ou superior a 7 m/s, a uma altura de 50 m. Essa proporção varia muito entre regiões e continentes, chegando a 32% na Europa Ocidental. Mesmo assim, estima-se que o potencial eólico bruto mundial seja da ordem de 500.000 TWh por ano. Devido, porém, a restrições socioambientais(18), apenas 53.000 TWh (cerca de 10%) são considerados tecnicamente aproveitáveis (Tabela 6.2). Ainda assim, esse potencial líquido corresponde a cerca de quatro vezes o consumo mundial de eletricidade. Para a definição de classes de energia eólica média a uma altura de 50m acima da superfície são utilizadas 5 condições topográficas distintas: zona costeira – áreas de praia, normalmente com larga faixa de areia, onde o vento incide predominantemente do sentido mar-terra; campo aberto – áreas planas de pastagens, plantações e /ou vegetação baixa sem muitas árvores altas; mata – áreas de vegetação nativa com arbustos e árvores altas mas de baixa densidade, tipo de terreno que causa mais obstruções ao fluxo de vento; morro – áreas de relevo levemente ondulado, relativamente complexo, com pouca vegetação ou pasto; montanha – áreas de relevo complexo, com altas montanhas. Voltando à questão, o aproveitamento de energia eólica pode ser realizado em diversas áreas diferentes, não se limitando a áreas litorâneas. Resposta: E 30. (TCU/2011) O parâmetro denominado queda de referência, empregado para o projeto das turbinas de usinas hidrelétricas, corresponde à permanência de 50% do tempo na curva de distribuição de quedas da usina, em simulação para todo o histórico de vazões naturais afluentes.



Essa assertiva foi retirada literalmente do manual de “Diretrizes para estudos e projetos de Pequenas Centrais Hidrelétricas”, que traz os seguintes trechos sobre o assunto. “Uma vez determinado o NA máximo normal e o deplecionamento ótimo do reservatório, são realizadas simulações da operação da usina, visando obter os valores característicos de quedas que são usados no dimensionamento das turbinas. Durante o período de vazões altas, quando existe água em abundância no sistema, a alta eficiência da turbina não é fundamental. Entretanto, em períodos hidrológicos desfavoráveis, a eficiência se torna importante, pois, nessa situação, a água deve ser valorizada ao máximo. A queda líquida disponível em uma usina hidrelétrica depende dos níveis d'água a montante e a jusante da usina, ou seja, do nível do reservatório e do nível do canal de fuga. Essa queda varia com a operação da usina. Para o projeto das turbinas de uma usina hidrelétrica, quatro parâmetros básicos são determinados: queda de referência, de projeto, máxima e mínima. Entende-se por queda de referência, Href., a queda líquida para a qual a turbina, com abertura total do distribuidor, fornece a potência máxima do gerador. A queda de referência é dimensionada para a permanência de 95% do tempo na curva de distribuição de quedas da usina, em simulação para todo o histórico de vazões. Este critério considera que, em 95% do tempo, a turbina deve ser capaz de fornecer a potência nominal do gerador.”. Assim, a assertiva deve ser considerada errada. Resposta: E 31. (TCU/2011) Para efeito de projeto de uma turbina, sua maior queda de operação é aquela obtida pela diferença entre o nível máximo normal de operação do reservatório e o nível do canal de fuga, com a unidade operando a plena carga, sem vertimento, subtraídas as perdas hidráulicas do circuito de geração. Essa é outra assertiva retirada literalmente do manual de “Diretrizes para estudos e projetos de Pequenas Centrais Hidrelétricas”. A queda máxima operativa é aquela obtida pela diferença entre o nível máximo normal de operação do reservatório e o nível do canal de fuga com uma unidade



operando a plena carga, sem vertimento, subtraídas as perdas hidráulicas do circuito de geração. O gabarito preliminar do item trazia a assertiva como correta. Porém, atendendo a recursos formulados, o Cespe alterou o gabarito para errado, com a seguinte justificativa: “Para o cálculo da queda em questão, deve-se considerar o menor nível de água no canal de fuga para a vazão correspondente, e não o nível do canal de fuga, como descrito no item. Dessa forma, opta-se por sua alteração.”. Assim, devemos adotar o posicionamento do Cespe e considerar o item errado. Resposta: E 32. (TCU/2011) Conhecida a potência disponível no eixo da turbina, a potência nominal do gerador acoplado é determinada multiplicando-se a potência no eixo da turbina pelos rendimentos do gerador e do acoplador mecânico e dividindo-se esse produto pelo fator de potência do gerador. Outra assertiva que também pode ser encontrada no manual de “Diretrizes para estudos e projetos de Pequenas Centrais Hidrelétricas”, entre outras fontes de consulta. A potência nominal do gerador é determinada após o cálculo da potência disponível no eixo da turbina, através da fórmula a seguir. Pg = Pt (Ng / cosØ) onde: Pg = potência do gerador (kVA); Pt = potência no eixo da turbina (kW); Ng = rendimento do conjunto gerador (gerador e acoplador mecânico); cosØ = fator de potência do gerador. Assim, a assertiva pode ser considerada verdadeira. Resposta: C 33. (TCU/2011) No projeto de comportas hidráulicas, a força incremental devido à ocorrência de abalos sísmicos pode ser calculada por meio do produto da massa da comporta acrescida da massa de água contida em 50 cm de seu perímetro molhado, multiplicada pela aceleração sísmica horizontal local.



Segundo a NBR 8883, “a influência de sismos deve ser considerada no projeto das comportas, podendo o seu efeito ser simulado como uma força horizontal de intensidade igual à massa da comporta multiplicada pela aceleração sísmica horizontal provável na região. Deve ser verificada no projeto a possibilidade de ocorrência de ressonância e seus efeitos. O que faz com que a assertiva esteja errada. Adicionalmente, cabe ressaltar que, segundo o manual da Eletrobrás “Critérios de projeto civil de usinas hidrelétricas”, as forças oriundas de abalos sísmicos deverão ser consideradas no cálculo das barragens, devendo-se estudá-las e determiná-las para cada caso particular. Quando não se puder realizar uma avaliação mais precisa dos esforços de origem sísmica, através de estudos baseados em investigações de: - intensidade e localização do movimento sísmico ao qual a estrutura estará sujeita; - existência de falhas geológicas ativas no local e estimativa da extensão das mesmas; - resposta da estrutura aos movimentos sísmicos; e - existência de registros sismológicos, fornecendo magnitude e localização de qualquer abalo sísmico ocorrido na área de implantação da estrutura, permite-se extrapolar este complexo problema dinâmico para um problema equivalente de forças estáticas, permite-se extrapolar estes complexo problema dinâmico para um problema equivalente de forças estáticas. Conforme procedimento corrente, para realizar esta análise é necessário, inicialmente, estabelecer os esforços estáticos capazes de simular os efeitos causados pelos movimentos sísmicos. Após a determinação destes esforços, estes deverão ser aplicados às estruturas, obtendo-se então os coeficientes de segurança à estabilidade global das mesmas. Para estruturas de concreto assente sobre fundações em rocha, deverão ser considerados nos cálculos de estabilidade, os esforços inerciais mínimos de 0,05g na direção horizontal e 0,03g na direção vertical, aplicados no centro de gravidade da respectiva estrutura, sendo “g” o valor da aceleração da gravidade em m/s². Resposta: E QUESTÕES RESOLVIDAS NA AULA



(TCU/2009) Uma usina hidrelétrica pode ser definida como um conjunto de obras e de equipamentos, cuja finalidade é a geração de energia elétrica por meio do aproveitamento do potencial hidráulico existente em um rio. Quanto ao potencial hidráulico, julgue o seguinte item. 1. (TCU/2009) O potencial teórico hidráulico bruto é a quantidade máxima de energia elétrica que se pode obter em uma bacia hidrográfica durante um ano médio. 2. (TCU/2007) O potencial hidráulico de uma bacia hidrográfica é definido como a queda útil máxima de água, isto é, a distância vertical entre o nível da água e o eixo da turbina, que pode ser utilizada para a geração de energia. O ciclo de implantação de uma usina hidrelétrica compreende basicamente cinco etapas: estimativa do potencial hidrelétrico; inventário hidrelétrico, estudo de viabilidade, projeto básico e projeto executivo. Acerca dessas etapas, julgue os itens abaixo. 3. (MPOG/2008) A etapa de inventário hidrelétrico se caracteriza pela concepção e análise de várias alternativas de divisão de queda para a bacia hidrográfica, que são comparadas entre si, visando selecionar aquela que apresente melhor equilíbrio entre os custos de implantação, benefícios energéticos e impactos socioambientais. 4. (PAS/2008 – CESPE) A água represada em barragens artificiais, como as mencionadas, armazena energia potencial gravitacional, que pode ser transformada em energia cinética, a qual, por sua vez, aciona turbinas, transformando energia mecânica em energia elétrica. 5. (ANTAQ/2009) O método de Rippl pode ser utilizado para dimensionar reservatórios de acumulação em sistemas de abastecimento de água.



6. (ELETROBRÁS/2005) Analisando-se um diagrama de RIPPL ou “Curva de Massa das Descargas”, observa-se que a inclinação da reta que une dois pontos na curva corresponde a: (A) volume máximo escoado no intervalo de tempo correspondente; (B) vazão máxima naquele intervalo; (C) volume médio do reservatório no intervalo de tempo correspondente; (D) vazão média neste intervalo; (E) volume necessário a ser regularizado. 7. (ELETRONORTE/2006) 65- Nas usinas hidrelétricas a chaminé de equilíbrio tem a finalidade de: (A) retirar os gases da tubulação; (B) medir a velocidade da água; (C) medir a pressão na água; (D) resfriar a água após a passagem pela turbina; (E) evitar o “golpe de aríete”. 8. (ELETRONORTE/2006) Entre as alternativas abaixo marque aquela que NÃO corresponde a uma característica de projeto de uma tomada d’água em uma central hidrelétrica: (A) no final do canal de adução, na entrada da tubulação forçada, deve-se instalar uma estrutura denominada câmara de carga; (B) as dimensões da tomada d’água devem ser definidas de forma que a velocidade na entrada se mantenha na faixa de 2,0 m/s para evitar formação de depósitos de areia, sedimentos ou incrustações; (C) a tomada d’água tem a função de permitir o ensecamento da tubulação forçada para a realização de obras de manutenção;



(D) a tomada d’água tem a função de permitir o ensecamento do canal de adução para a realização de reparos; (E) prover a retenção de corpos flutuantes e de material sólido transportados pelo escoamento. 9. (ELETRONORTE/2006) A definição final do dimensionamento energético ótimo de um aproveitamento hidroelétrico, para efeito de licitação para concessão, feita no âmbito dos estudos de viabilidade, segue uma abordagem de custo/benefício, onde para cada alternativa de dimensionamento do aproveitamento são feitos orçamentos e avaliados os benefícios em termos de energia firme, disponibilidade de ponta e energia secundária. Entre as alternativas abaixo marque aquela que NÃO corresponde a um dos critérios para dimensionamento energético de hidroelétricas ao nível de inventário: (A) vazão nominal de projeto; (B) queda de referência; (C) capacidade do sistema extravasor; (D) potência instalada total; (E) depleção máxima. 10. (IEMA-ES/2004) 71 Para não afetar a capacidade de geração, a captação para irrigação a partir de um reservatório hidrelétrico deve ser feita preferencialmente a montante da tomada d’água da usina hidrelétrica. 11. (TCE-TO/2008 - CESPE) 52 Ainda sobre as usinas hidrelétricas, no que se refere ao processo de geração de energia, assinale a opção correta. (A) Em linhas gerais, as usinas hidrelétricas convertem energia mecânica em elétrica.



(B) Na usina hidrelétrica, a barragem eleva o nível da água e seu ponto de captação, elevando, consequentemente, a energia cinética da água. (C) Na usina hidrelétrica, quando a água passa pelas pás da turbina, há transferência de energia potencial. (D) Quando o nível do reservatório está muito baixo e há poucas perspectivas de aumento do volume de água do rio, deve-se continuar gerando energia para economizar a água do reservatório. (E) É pelo vertedouro da usina hidrelétrica que é gerada a energia. 12. (CGU/2008) - As turbinas são máquinas que recebem energia hidráulica, proveniente normalmente de quedas d’água, e transformam-na em energia mecânica. Com relação aos tipos de turbinas, pode-se afirmar que: a) nas turbinas de reação, o jato incide livremente nas pás por meio de um distribuidor em forma de bocal, sob a ação única da energia cinética, enquadrando-se neste tipo as turbinas Kaplan. b) nas turbinas de ação, o escoamento junto ao rotor é realizado sob pressão, sendo parte da energia do líquido transformada em energia cinética ainda no distribuidor, como nas turbinas Francis e Pelton. c) nas turbinas tipo Pelton, a incidência do jato de água no rotor é tangencial. d) nas turbinas Kaplan, a água entra no rotor segundo o raio e sai na direção do eixo. e) nas turbinas Francis, a água que circula sobre o rotor tem, aproximadamente, a direção do eixo. (TCU/2009) Basicamente, uma usina hidrelétrica compõe-se das seguintes partes: barragem, sistemas de captação e adução de água, casa de força e sistema de restituição de água ao leito natural do rio. Com relação à casa de força, ou, mais especificamente, às turbinas, julgue os próximos itens.



13. (TCU/2009) Nas turbinas de reação, o rotor é completamente submergido na água, e, com o fluxo da água através das mesmas, ocorre diminuição da pressão e da velocidade entre a entrada e a saída do rotor. 14. (TCU/2009) As turbinas Pelton são máquinas de reação, de escoamento tangencial, que operam sem controle de vazão, recomendáveis para altas quedas e baixas vazões. 15. (TCU/2009) As turbinas Francis são máquinas de reação, escoamento radial e escoamento misto, apropriadas para operarem com médias vazões e médias quedas. 16. (TCU/2009) A turbina Turgo, que é uma máquina de ação na qual a incidência do jato d’água é lateral, pode operar com vazões relativamente grandes, mas tem sua aplicação limitada a pequenas quedas (inferiores a 10 m). Julgue os itens subseqüentes com relação às turbinas do tipo Francis, Kaplan e Pelton. 17. (BASA/2006) Esses tipos de turbinas são exemplos de turbinas hidráulicas, amplamente empregadas para a geração hidroelétrica. 18. (TCU/2007) A turbina do tipo Kaplan é recomendada para empreendimentos com pequena queda útil e grande vazão, e o fato de estar dotada de pás ajustáveis confere-lhe grande capacidade de regulação. 19. (TCU/2007) As turbinas do tipo Francis geralmente são utilizadas em quedas úteis médias e possuem uma grande adaptabilidade a diferentes quedas e vazões. 20. (BASA/2006) Em uma turbina Francis a entrada da água ocorre radialmente e a sua vazão é controlada por um sistema de pás móveis (distribuidor) montado na entrada de água. Nessa turbina, a saída da água ocorre axialmente.



21. (BASA/2006) Um turbina Kaplan converte o movimento de um fluido, geralmente a água, em movimento mecânico giratório para a geração de eletricidade. Tem a forma de uma hélice convencional de avião com pás ajustáveis. São comuns em grandes complexos hidrelétricos. 22. (BASA/2006) As turbinas Pelton são máquinas de impulso nas quais a pressão do fornecimento de água é convertida em velocidade por bocais estacionários, produzindo jatos d’água que colidem com as pás montadas na borda de uma roda. Essas turbinas, geralmente, são limitadas a instalações de alta queda d’água. 23. (TSE/2006) 65 As máquinas de fluxo podem ser classificadas segundo vários critérios como, por exemplo, o sentido da transformação de energia. Entre as máquinas listadas nas opções abaixo, assinale aquela na qual o fluído cede energia à máquina, que transforma a energia em trabalho mecânico. (A) bomba centrífuga (B) ventilador axial (C) compressor centrífugo (D) turbina hidráulica 24. (TSE/2006) 66 Turbinas hidráulicas aproveitam a energia hidráulica do escoamento para a geração de energia elétrica. Acerca das turbinas usadas para geração hidroelétrica, assinale a opção correta. (A) As turbinas Francis, Hélice, Bulbo e Kaplan, são chamadas de turbinas de ação, pois funcionam com a pressão da água variando desde a entrada na turbina até a saída. (B) Nas turbinas Bulbo, turbina e gerador são integrados em um só invólucro.



(C) As turbinas Kaplan tem as pás fixas posicionadas no ângulo de melhor rendimento. (D) As turbinas Francis são máquinas de reação do tipo misto. São recomendadas para desníveis acima de 600 m e baixas vazões. (PAS/2008 – CESPE) Barragens são sistemas artificiais para reserva de água e constituem elemento fundamental em usinas hidrelétricas. Uma usina hidrelétrica é um bom exemplo de utilização do princípio de conservação de energia para a geração de eletricidade. Por meio desse princípio, pode-se quantificar a energia e suas transformações. A partir dessas informações, julgue os itens a seguir. 25. (PAS/2008 – CESPE) Dado que barragens utilizadas em hidrelétricas armazenam grande volume de água, infere-se que a construção de uma dessas barragens pode provocar alterações não apenas no ciclo hidrológico da região onde ela seja construída, mas também na paisagem local e na biodiversidade dos rios afluentes. (COHAB/2004) A respeito da figura acima, que mostra o desenho da seção transversal de uma barragem, julgue os seguintes itens. 26. (COHAB/2004) O trecho indicado pelas letras ABCD é denominado ensecadeira. (TCU/2007) A geração hidrelétrica de energia apresenta vantagens e desvantagens, se comparada a outras modalidades de geração de energia elétrica, tais como a eólica, a nuclear, a térmica, a solar etc. A respeito dessas vantagens e desvantagens em relação à geração hidrelétrica de energia, julgue os próximos itens. 27. (TCU/2007) A geração térmica de energia elétrica apresenta a vantagem da rapidez de construção e de entrada em operação e a desvantagem de utilizar como insumos recursos não-renováveis, contribuindo, assim, para o aquecimento global. 28. (TCU/2007) O aproveitamento da energia solar apresenta a desvantagem da menor quantidade de energia elétrica produzida, mas a vantagem de não provocar direta, ou indiretamente, nenhum impacto negativo ao meio ambiente.



29. (TCU/2007) A geração de energia elétrica a partir do aproveitamento da energia eólica apresenta a vantagem de não agredir o meio ambiente e a desvantagem de ter sua implantação limitada a áreas litorâneas. 30. (TCU/2011) O parâmetro denominado queda de referência, empregado para o projeto das turbinas de usinas hidrelétricas, corresponde à permanência de 50% do tempo na curva de distribuição de quedas da usina, em simulação para todo o histórico de vazões naturais afluentes. 31. (TCU/2011) Para efeito de projeto de uma turbina, sua maior queda de operação é aquela obtida pela diferença entre o nível máximo normal de operação do reservatório e o nível do canal de fuga, com a unidade operando a plena carga, sem vertimento, subtraídas as perdas hidráulicas do circuito de geração. 32. (TCU/2011) Conhecida a potência disponível no eixo da turbina, a potência nominal do gerador acoplado é determinada multiplicando-se a potência no eixo da turbina pelos rendimentos do gerador e do acoplador mecânico e dividindo-se esse produto pelo fator de potência do gerador. 33. (TCU/2011) No projeto de comportas hidráulicas, a força incremental devido à ocorrência de abalos sísmicos pode ser calculada por meio do produto da massa da comporta acrescida da massa de água contida em 50 cm de seu perímetro molhado, multiplicada pela aceleração sísmica horizontal local. GABARITOS QUESTÕES RESOLVIDAS NA AULA 1. C 2. E 3. C 4. C 5. C 6. D 7. C 8. B 9. C 10. E 11. A



12. C 13. C 14. E 15. C 16. E 17. C 18. C 19. C 20. C 21. C 22. C 23. D 24. B 25. C 26. E 27. C 28. E 29. E 30. E 31. E 32. C 33. E



Referências Bibliográficas: Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Banco de Informações da Geração (BIG). Brasília, 2009. Disponível em: www.aneel.gov.br/area.cfm?idArea=15. (acesso em 28/05/2009) Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Resolução nº 393, de 04/12/1998. “Estabelece os procedimentos gerais para Registro e Aprovação dos Estudos de Inventário Hidrelétrico de Bacias Hidrográficas”. Disponível em: www.aneel.gov.br/biblioteca/pesquisadigit.cfm (acesso em 28/05/2009) Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Resolução nº 395, de 04/12/1998. “Estabelece os procedimentos gerais para Registro e Aprovação de Estudos de Viabilidade e Projeto Básico de empreendimentos de geração hidrelétrica, assim como da Autorização para Exploração de Centrais Hidrelétricas até 30 MW e dá outras providências”. Disponível em: www.aneel.gov.br/biblioteca/pesquisadigit.cfm (acesso em 28/05/2009) Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Resolução nº 398, de 04/12/1998. “Estabelecer os requisitos gerais para apresentação dos estudos e as condições e os critérios específicos para análise e comparação de Estudos de Inventários Hidrelétricos, visando a seleção no caso de estudos concorrentes”. Disponível em: www.aneel.gov.br/biblioteca/pesquisadigit.cfm (acesso em 28/05/2009) Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Resolução nº 398, de 21/09/2001. “Estabelecer os requisitos gerais para apresentação dos estudos e as condições e os critérios específicos para análise e comparação de Estudos de Inventários Hidrelétricos, visando a seleção no caso de estudos concorrentes”. Disponível em: www.aneel.gov.br/biblioteca/pesquisadigit.cfm (acesso em 28/05/2009) Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Resolução nº 652, de 09/12/2003. “Estabelece os critérios para o enquadramento de aproveitamento hidrelétrico na condição de Pequena Central Hidrelétrica (PCH)”. Disponível em: www.aneel.gov.br/biblioteca/pesquisadigit.cfm (acesso em 28/05/2009) Di Bello, Rafael Carneiro e Ross, Jonatan. “Planejamento dos Estudos de Viabilidade da PCH Mambaí II”, Projeto Final de Curso de Engenharia Civil,



submetido ao Departamento de Recursos Hídricos e Meio Ambiente (DRHIMA/ Escola Politécnica) da UFRJ. Rio de Janeiro. 2001. Dias, Frederico; Di Bello, Rafael. Auditoria de Obras hídricas – Apostila de apoio para curso preparatório. Brasília, 2009 Eletrobrás e ANEEL. “Diretrizes para Elaboração de Projeto Básico de Usinas Hidrelétricas”. Rio de Janeiro. 1999. Disponível em: <http://www.eletrobras.com/elb/data/Pages/LUMISF99678B3PTBRIE.htm> Eletrobrás e ANEEL. “Instruções para Estudos de Viabilidade”. Rio de Janeiro. 1997. Disponível em: <http://www.eletrobras.com/elb/data/Pages/LUMISF99678B3PTBRIE.htm> Eletrobrás. “Diretrizes para estudos e projetos de Pequenas Centrais Hidrelétricas”. Rio de Janeiro. 2000. Disponível em: <http://www.eletrobras.com/ELB/data/Pages/LUMISF99678B3PTBRNN.htm> Lopes Jr, Reynaldo. Obras Hídricas – Apostila de apoio para curso preparatório. Brasília, 2010 Ministério de Minas e Energia (MME) e Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (CEPEL). “Manual de Inventário Hidroelétrico de Bacias Hidrográficas”. Brasília. 2007. Disponível em: <http://www.eletrobras.com/elb/data/Pages/LUMISF99678B3PTBRIE.htm> Souza, André Delgado de; Dias, Frederico; e Ribeiro, Marcelo Orlandi. Apostila do Curso de “Auditoria de Obras Hídricas”- Curso Cathedra (“Capítulo 6 – Aproveitamento Hidrelétrico”). Brasília, 2009. Souza, Zulcy de. “Centrais Hidrelétricas: Dimensionamento de Componentes”. Ed. Edgard Blücher. São Paulo. 1992. Schreiber, Gerhard Paul. “Usinas Hidrelétricas”. Ed. Edgard Blücher/Engavix S.A. São Paulo. 1977. Tribunal de Contas da União - TCU e Universidade de Brasília – UnB. “Roteiro de Auditoria de Barragens” (Monografia final do curso de pós-graduação latu sensu “Curso de Especialização em Auditoria de Obras Públicas”). Brasília. 2002.



Sítios Eletrônicos de interesse: Agência Nacional de Águas (ANA): www.ana.gov.br Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL): www.aneel.gov.br Centrais Elétricas Brasileiras S.A. (Eletrobrás): www.eletrobras.com Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (CEPEL / Eletrobrás): www.cepel.br Companhia Hidroelétrica do São Francisco (CHESF): www.chesf.gov.br Comitê Brasileiro de Grandes Barragens (CBDB): www.cbdb.org.br Furnas Centrais Elétricas: www.furnas.gov.br IMPSA (empresa fornecedora de equipamentos para geração de energia elétrica): www.impsa.com http://meusite.mackenzie.com.br/mellojr/Turbinas%20Hidr%E1ulicas/CAP%CDTULO%203REV.htm Atlas de Energia Elétrica do Brasil – 3ª edição – disponível em www.aneel.gov.br–Informações Técnicas Manual de Inventário Hidroelétrico de Bacias Hidrográficas 3ª edição 2007–disponível em http://www.eletrobras.com/elb/data/Pages/LUMISF99678B3PTBRIE.htm

aula 03 - obras hÍdricas em exercÍcios – cgu/2012

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