furnas centrais elÉtricas s.a. usinas hidrelÉtricas ibama-df 17.09.2010

FURNAS CENTRAIS ELÉTRICAS S.A.

USINAS HIDRELÉTRICAS

IBAMA-DF17.09.2010

GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

EMPREENDIMENTOS DO SETOR ELÉTRICO

HIDROELETRICOS

TERMOELÉTRICOS

CGHPCHUHE

Potência Instalada < = 1,0 MW

1,0 MW < Potência Instalada < = 30 MW

Potência Instalada > 30,0 MW

TERMONUCLEARES

ÁREA

FONTES ALTERNATIVAS

MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA

BIG ANEEL - Atualização:15.09.2010

72%

25%

2%1%

HIDROELÉTRICAS

TERMOELÉTRICAS

TERMONUCLEARES

OUTRAS

CICLO DE IMPLANTAÇÃO DE UHE

ESTIMATIVA DO POTENCIAL HIDRELÉTRICO

ESTUDOS DE VIABILIDADE DO APROVEITAMENTO HIDRELÉTRICO

PROJETO BÁSICO DA USINA HIDRELÉTRICA

PROJETO EXECUTIVO DA USINA HIDRELÉTRICA

ESTUDOS DE INVENTÁRIO DA BACIA HIDROGRÁFICA

Leilão de

Energia

ESTUDOS DE INVENTÁRIO

ALTERNATIVAS DE DIVISÃO DE QUEDAS

ESTUDO DA BACIA HIDROGRÁFICA

Custos de Implantação

Benefícios Energéticos

Impactos Ambientais

Equilíbrio

SELEÇÃO DA MELHOR DIVISÃO DE QUEDAS


Gu

ara

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Jacare

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BACIA DO PARAÍBA DO SUL

BARRAGEM EXISTENTEBARRAGEM FUTURA

DEFINIÇÃO DA DIVISÃO DE QUEDAS

Bacia do Rio Paraíba do Sul – SP/MG/RJ


BA

RR

AG

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NTA

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DEFINIÇÃO DA DIVISÃO DE QUEDAS

Perfil do Rio Paraíba do Sul – MG/RJ

ESTUDOS DE VIABILIDADE

ESTUDO DO APROVEITAMENTO HIDRELÉTRICO

APROVEITAMENTO ÓTIMO

Técnica

Energética

Econômica

Ambiental

Análise da Viabilidade

ESTUDOS DE VIABILIDADE

Vertedouro

Acesso

Tomada d’água

Casa de força

Barragem

UHE SIMPLÍCIO QUEDA ÚNICA – PCH ANTA

PROJETO BÁSICO

DETALHAMENTO DO APROVEITAMENTO CONCEBIDO NO ESTUDO DE VIABILIDADE

Características Técnicas do Projeto

Especificações Técnicas de Obras Civis

Especificações Técnicas Eletromecânicas

Programas Ambientais

Definir com maior

precisão

PROJETO EXECUTIVO

ELABORAÇÃO DOS DESENHOS

Obras Civis

Equipamentos Eletromecânicos

Desenhos de Detalhament

o

EXECUÇÃO DA OBRA E MONTAGEM DE EQUIPAMENTOS

LINHA DO TEMPO

engenharia

meio ambiente

Estudos de Inventário de Bacia

Hidrográfica

Avaliação AmbientalIntegrada

Estudos de Impacto

Ambiental (EIA/RIMA)

Estudos de Viabilidade

Projeto Básico

Projeto Básico Ambiental

Projeto Executivo

Projeto Executivo Ambiental

LP LI LO

Aprovação pelo órgão ambiental

Aprovação pela ANEEL

LEILÃO

EPE

AHE – Aproveitamento Hidrelétrico

CARACTERÍSTICAS DE PRODUÇÃO DA ENERGIA

Usina sem capacidade de acumulação

Usina com reservatório de acumulação

À fio d’água NA constante

NA variável

deplecionamento



Usina sem reservatório

AHE Teles Pires

AHE Pai-Querê

Usina com reservatório

NA max normal 797,00

NA min normal 762,00



AHE Couto de MagalhãesNA max normal 620,00




UHE Funil

Usina com reservatório



PI = 216 MW

Rio Paraíba do Sul - RJ

Perfil Esquemático de UHE

Reservatório Casa de Força

TurbinaGerador

LT

Tomada d’Água

Uma usina hidrelétrica pode ser definida como um conjunto de obras e equipamentos cuja finalidade é a geração de energia elétrica, através de aproveitamento do potencial hidráulico existente em um rio.

O potencial hidráulico é proporcionado pela vazão hidráulica e pela concentração dos desníveis existentes ao longo do curso de um rio.

Perfil Esquemático de UHE

CONCEPÇÃO DE ARRANJO GERAL

Arranjo típico em vale aberto

Arranjo típico em vale medianamente estreito

Arranjo típico em vale estreito

Cada sitio escolhido para uma usina hidroelétrica é único, com condições topográficas, geológicas e hidrológicas particulares.

O melhor arranjo para um determinado aproveitamento hidroelétrico é aquele que consegue posicionar todos os elementos do empreendimento de maneira a combinar a segurança requerida pelo projeto e as facilidades de operação e manutenção com o custo global mais baixo.

UHE TUCURUÍ



8.370 MW

Rio Tocantins PA

UHE TUCURUÍ




Arranjo típico em vale medianamente estreito

1.050 MW

UHE LCBC (Estreito)

Rio Grande MG/SP


Arranjo típico em vale estreito

140 MW

UHE CANDONGA

Rio Doce MG

ELEMENTOS DE ARRANJO GERAL

Barragem

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 ate o nível máximo normal do reservatório


Dique

estrutura usualmente em solo que fecha eventuais selas topográficas, para evitar fugas da água do reservatório

Barragem


Sistema de Desvio do Rio

Em geral, fica localizado junto a barragem com o objetivo de desviar as águas do rio por meio de canal, galerias, adufas, túneis ou mesmo estrangulamento do leito do rio demodo a permitir a construção das estruturas localizadas no leito do rio à seco.

Barragem

Dique


Circuito de Geração

Constituído por canais, tomadas d’água, condutos ou túneis de adução de baixa pressão, eventuais chaminés de equilíbrio ou câmaras de carga, condutos ou túneis forçados de alta pressão, casa de forca externa ou subterrânea e canal ou túneis de fuga. O circuito de geração tem por finalidade aduzir a água para a transformação de energia mecânica em energia elétrica.

Barragem

Dique



Estrutura de Vertimento

Composto de canal de aproximação, vertedor com ou sem controle (comportas), dissipador de energia e 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.

Barragem

Dique




Descarregador de Fundo

Estrutura dotada de comportas ou válvulas para liberar as águas para jusante da barragem.

Barragem

Dique





Sistema de Transposição de Desnívelestruturas que permitem a transposição de cargas ou passageiros transportados pela via navegável, superando o desnível decorrente da implantação da barragem.

Barragem

Dique






Sistema de Transposição de Fauna Aquática Migratóriaestruturas que permitem a transposição da fauna aquática, superando o desnível decorrente da implantação da barragem.

Barragem

Dique





Sistema de Transposição de Desnível

BARRAGENS

Terra

Enrocamento com núcleo de argila

Enrocamento com face de concreto

Concreto a gravidade

Enrocamento com núcleo asfáltico


A escolha do tipo de barragem dependerá, principalmente, da existência de material qualificado para sua construção, dos aspectos geológicos e geotécnicos, e da conformação topográfica do local da obra.


BARRAGENS Terra

Um local poderá ser considerado propício para construção de barragem de terra homogênea quando o reconhecimento de campo indicar que a rocha se encontra a profundidade grande na área em consideração.

Esse tipo de barragem exige menor declividade nos paramentos de montante e jusante e, portanto, resultam mais volumosas. Por isso, é utilizado para pequenas e medias alturas.


BARRAGENS Enrocamento com núcleo de argila

Quando reconhecimento de campo indica, na área selecionada, a existência de rocha sã e de boa qualidade ao longo do eixo a pequena profundidade.

Esse tipo de barragem não necessita de condições especiais de fundação.

Grandes volumes de escavação em rocha na casa de forca, em canais e vertedouros são um bom indicativo para a utilização deste tipo de barragem. Alem disso, se existirem períodos chuvosos ou excessiva umidade que prejudique a execução de núcleos de argila, ou a dificuldade na obtenção de material adequado para o núcleo, a solução com face de concreto e mais indicada.

Enrocamento com face de concreto


BARRAGENS

Quando o reconhecimento de campo indica, na área selecionada, existência de rocha sã e com compressibilidade pequena ao longo de todo o eixo, por exercerem maiores pressões nas fundações, a pequena profundidade.

A estabilidade e garantida principalmente pelos esforços de gravidade. A não ser em casos excepcionais, somente deverão ser consideradas barragens de concreto tipo gravidade maciça.

Concreto convencional ou concreto compactado a rolo (CCR).

Concreto a gravidade


BARRAGENS

As principais vantagens desta em relação às demais barragens de enrocamento é o curto tempo de construção (especialmente em locais chuvosos), maior esbeltez, com consequente menor consumo de materiais.

A primeira barragem do Brasil é a UHE Foz do Chapecó – rio Uruguai – SC/RS

Enrocamento com núcleo asfáltico


Fluxo Rio Uruguai

Vertedouro de Superfície

Barragem de Fechamento de Enrocamento com Núcleo Asfáltico

UHE FOZ DO CHAPECO


UHE FOZ DO CHAPECO

Barragem de Fechamento de Enrocamento com Núcleo Asfáltico


DESVIO DO RIO

Características topográficas da região

Para a construção das diversas estruturas é feito o desvio do rio, em uma ou mais etapas, utilizando-se ensecadeiras.

Regime hidrológico do rio.

Características das obras definitivas a serem construídas, principalmente do tipo e altura máxima da barragem.

Características geológicas da área.

Avaliação dos riscos permissíveis no local e a jusante.

Ensecadeira: estrutura provisória que permite o ensecamento de determinadas áreas para construção das obras definitivas da usina.

Existem vários tipos de ensecadeira, sendo as mais comuns as de enrocamento, as de terra e enrocamento e as de concreto.


TIPOS DE ESTRUTURAS DE DESVIO

Os esquemas concebidos deverão ter características conservadoras. Preferencialmente, deverão ser adotadas soluções enquadráveis em um dos seguintes esquemas típicos ou na combinação destes:

definidos em função das características da barragem

barragem de concreto tipo gravidade adufas pelo corpo da barragem

Barragens de terra e enrocamento

galeria, adufas ou túnel

DESVIO DO RIO


Desvio do rio através de túneis escavados em uma das ombreiras, com ensecamento total da área de construção mediante ensecadeiras construídas a montante e a jusante. Fechamento dos túneis feito por meio de comporta.

DESVIO DO RIO


DESVIO ATRAVÉS DE TÚNEL

UHE BATALHA

Curso natural do rioCurso desviado do rio



UHE BATALHACurso desviado do rio

Vista de montante

Vista de jusante



UHE BATALHA

Curso desviado do rio

Curso natural do rio


Desvio do rio através de galerias construídas sob a barragem.Fechamento das galerias feito por meio de comporta ou ensecadeiras, dependendo de condições hidrológicas favoráveis.

DESVIO DO RIO


Fechamento final na estrutura de concreto por meio de comporta ou outros dispositivos

Desvio em várias etapas:

Desvio de 1ª Fase:

fechamento parcial do rio por meio de ensecadeira longitudinal para construção de obras de concreto – vertedouro, barragem e/ou tomada d’água – na área ensecada.

Desvio de 2ª Fase:

Através de adufas ou passagens provisórias nas estruturas de concreto, parcial ou totalmente construídas, ao mesmo tempo em que se completa a construção da obra no restante da seção protegida por ensecadeiras de 2ª fase.

DESVIO DO RIO


DESVIO DE 2ª FASE - ADUFAS

UHE FOZ DO CHAPECO


CIRCUITO HIDRÁULICO DE GERAÇÃOCANAL DE ADUÇÃO

CONDUTOS FORÇADOS

CANAL OU TUNEL DE FUGA

Conduz o fluxo para a Tomada d’Água.

Liga a tomada d’água à casa de força, funcionando sob pressão.Podem ser externos ou em túneis. A seleção pelo tipo de conduto, dependerá da topografia local, das condições geológicas e custos da solução sugerida.

Restituição da vazão turbinada ao rio. Pode ser feita por:- Canal aberto, quando a casa de força for externa.- Túnel operando à superfície livre, em casas de força subterrâneas equipadas com turbinas tipo Pelton, necessariamente, ou Francis, opcionalmente.- Túnel em carga, em casas de força subterrâneas equipadas com turbinas Francis.


TOMADA D’ÁGUA

Torre

Gravidade

Integrada a CF

CIRCUITO HIDRÁULICO DE GERAÇÃO


Torre

Geralmente empregadas em aproveitamentos onde se utiliza o túnel ou galeria de desvio também para adução.

TOMADA D’ÁGUA



Integradas ou não à barragem e a adução é feita para condutos forçados externos.

Essas tomadas são empregadas em aproveitamentos equipados com turbinas tipo Pelton, Francis ou Kaplan com caixa espiral de aço.

TOMADA D’ÁGUA

Gravidade

Gravidade Aliviada

Normalmente apoiada em maciço rochoso.Neste tipo de tomada d’água, a adução é feita para túneis, sejam eles forçados ou não.



TA GRAVIDADE ALIVIADA

1.450 MW

UHE ITÁ

Rio Uruguai


Integrada a CF

É recomendado para aproveitamentos equipados com turbinas tipo Bulbo ou Kaplan com caixa semi-espiral de concreto.

TOMADA D’ÁGUA



CASA DE FORÇA


Subterrânea

ExternaArranjo

Abrigada

Semi-Abrigada

Superestrutura

Aberta

Possui superestrutura tem altura suficiente para operação de uma ponte rolante auxiliar. A movimentação das peças pesadas é feita com pórtico rolante externo através de coberturas móveis.

Possui superestrutura completa e cobertura permanente. Movimentação das peças pesadas é feita através de ponte rolante.

Não possui superestrutura. O pórtico rolante opera no nível do piso do gerador e os equipamentos são protegidos por coberturas móveis.


CASA DE FORÇA

Subterrânea


rocha

Escavada em rocha


CASA DE FORÇA

Abrigada


Possui superestrutura completa e cobertura permanente. Movimentação das peças pesadas é feita através de ponte rolante.


Casa de Força Abrigada

UHE FOZ DO CHAPECO

Tomada d’Água tipo Gravidade


CASA DE FORÇA

Semiabrigada


Possui superestrutura tem altura suficiente para operação de uma ponte rolante auxiliar. A movimentação das peças pesadas é feita com pórtico rolante externo através de coberturas móveis.


CASA DE FORÇA

Aberta


Não possui superestrutura. O pórtico rolante opera no nível do piso do gerador e os equipamentos são protegidos por coberturas móveis.


ESTRUTURA DE VERTIMENTO

VERTEDOURO

Finalidade de descarregar as cheias para a manutenção do nível d’água de um reservatório em uma cota desejável. Deverá ser adotada uma vazão de projeto com um período de recorrência de 10.000 anos, o que corresponde a um risco de 1% de ser igualada ou superada durante uma vida estimada de 100 anos.

Fundo

Superfície Livre

Controlado

Ogiva alta

Ogiva baixa

de encosta

A escolha do tipo de vertedouro e sua localização dependerá da concepção do arranjo geral, do tipo de desvio e das características geológicas do local.


VERTEDOURO

Superfície Livre

Aplicação típica em usinas a fio d’água, cuja barragem pode ter uma soleira vertente. Acarretam maior sobrelevação no reservatório.

Outros tipos de vertedouro livre, tais como os do tipo tulipa e sifão, são pouco utilizados, e, quando o são, normalmente a vazão de vertimento é pequena.

Livre Ogiva Alta



VERTEDOURO

Superfície Livre / Controlado

composto por uma soleira vertente, de altura significativa, controlada ou não por comportas do tipo segmento, e um dissipador de energia. É utilizado, em geral, em aproveitamentos com barragens de altura média e serve como estrutura de desvio – através de adufas colocadas em seu corpo.

Ogiva Alta


Controlado


VERTEDOURO

Superfície

composto por uma soleira vertente baixa, controlada ou não por comportas do tipo segmento, e um dissipador de energia. É utilizado, em geral, em aproveitamentos com barragens baixas e pode servir como estrutura de desvio do rio.

Ogiva Baixa


Livre / Controlado

Controlado


VERTEDOURO

Superfície

composto por uma pequena soleira vertente, seguida de uma calha e um dissipador de energia. Pode ser controlado ou não por comportas do tipo segmento. É utilizado, em geral, em aproveitamentos com barragens altas de aterro fechando a totalidade da seção do vale e com desvio do rio por túneis ou galerias. São colocados numa das ombreiras ou eventualmente numa sela, aproveitando ou não a existência de uma volta do rio.

de Encosta

Canal de aproximação.Estrutura da crista e equipamento de controle.Calha e muros laterais.Estrutura de restituição e dissipação de energia.Canal de restituição ao leito do rio


Livre / Controlado

Controlado

Aproveitamento com TA integrada a CF

Aproveitamento com Condutos Forçados (CF não incorporada)

Aproveitamento com derivação (túnel e canal)


Aproveitamentos de baixa queda, sem condutos forçados, com tomada d’água e casa de força integradas na mesma estrutura e turbinas Kaplan com caixa semi-espiral de concreto ou turbinas Bulbo.

Aproveitamentos de queda média ou baixa, com tomada d’água do tipo gravidade fazendo parte do barramento, e com condutos forçados parcial ou totalmente embutidos no concreto da tomada d’água.

O arranjo do circuito hidráulico de geração depende, basicamente, das características topográficas e geológicas do local, da vazão máxima turbinada e do deplecionamento máximo do reservatório.


EIXO DA BARRAGEM

NA MAX NORMAL 287,00

COMPORTA ENSECADEIRA COMPORTA VAGÃO

EIXO DAS UNIDADES




1.050 MW

UHE MACHADINHO

Rio Pelotas


Esquemas Típicos


EIXO DA BARRAGEM

EIXO DAS UNIDADES

COMPORTA ENSECADEIRA

COMPORTA VAGÃO CONDUTO FORÇADO

UHE LCBC (Estreito)


855 MW

UHE FOZ DO CHAPECO

Rio Uruguai SC/RS



TIPOS DE TURBINAS

Turbinas Hidráulicas

Pelton

Kaplan

Francis

Bulbo


TIPOS DE TURBINAS


Pelton

Altas Quedas: 350 m até 1100 m.

Os jatos de água ao se chocarem com as "conchas" do rotor geram o impulso.

Dificuldades: erosão provocada pelo efeito abrasivo da areia misturada com a água, devido à alta velocidade com que a água se choca com o rotor.


TIPOS DE TURBINAS


Pelton


TIPOS DE TURBINAS


Kaplan

Queda: 20 m até 50 m.

Diferença entre Francis e Kaplan: rotor

Assemelha-se a um propulsor de navio (hélice) com duas a seis as pás móveis.


TIPOS DE TURBINAS


Kaplan


TIPOS DE TURBINAS


Francis

Queda: 40 m até 400 m.

Exemplos: Tucuruí, Itaipu, Furnas e outras no Brasil funcionam com turbinas tipo Francis com cerca de 100 m de queda d' água.


TIPOS DE TURBINAS


Francis


TIPOS DE TURBINAS


Bulbo

Queda: < 20m.

Possui a turbina similar a uma turbina Kaplan horizontal, porem devido a baixa queda, o gerador hidraulico encontra-se em um bulbo por onde a água flui ao seu redor antes de chegar as pás da Turbina.


TIPOS DE TURBINAS


Bulbo

CONTATO

MARCELLE SAMPAIO

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