APRESENTAÇÃO DE USINAS HIDRELÉTRICAS

UsinasUsinas Hidrelétricas

Prof. Gênova

Topologia do Rio São Francisco

• Dados sobre o Rio São Francisco:

• Nascente: Serra da Canastra, município de São Roque de Minas (MG);

• Penedo (AL)

• Foz (Delta): Brejo Grande (SE) e Piaçabuçu (AL);

• Extensão: 3.200 km;

Grande Canion do Rio São FCO

Planta de uma Usina HidrelétricaVista superior

Planta de uma Usina HidrelétricaVista em corte

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Usinas a Fio d’água ou acumulação:

• Usinas a Fio d’água são usinas que não dispõem de uma bacia de acumulação significativa, e cuja produção é inconstante, pois dependem das oscilações da vazão do rio.

• Ex. UHE de PA I, II e III.

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• Usinas de acumulação são usinas que possuem grandes reservatórios, onde a água é armazenada, podendo fornecer potência constante por longos períodos, inclusive nos períodos secos onde a água acumulada garante uma produção plurianual.

• Ex. UHE de Três Marias, Sobradinho

Componentes de uma UHE:1. Barragem Vista geral da

barragem da UHE de Xingó

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Barragem

Parede formada de terra, enrocamento, concreto ou mista, destinada a represar as águas de uma rio, ou desvia o curso do rio, para a formação do lago artificial, de forma a produzir a elevação do potencial aproveitável.

2. Tomada d’água

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Tomada d’água Faz a ligação do lago artificial ao canal adutor ou conduto forçado.

A tomada dágua é a porta de entrada do circuito de águas para a turbina.

A tomada d’água é dotada de grelhas com a finalidade de que os detritos ou sujeiras que estejam em suspensão na água não cheguem até as turbinas.

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3. Canal Adutor Estabelece a ligação entre a tomada d’água e o conduto forçado. Em algumas Usinas faz a ligação entre a tomada d água e a câmara de carga. O canal adutor pode ser ao ar livre, ou por meio de túneis e galerias ou mesmo através de tubulação, como é o caso de Xingó. Neste caso o canal adutor se confunde com o conduto forçado.

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4. Câmara de Carga (Castelo d’água)

Fica localizado entre o canal de adução e os condutor forçados.

Nesse local as pressões são desenvolvidas e estabelecidas adequadamente para o funcionamento das turbinas .

Usinas Hidrelétricas5. Torre Piezométrica (Chaminé de Equilíbrio)Constitui-se num tubo aberto ao ar livre intercalado no sistema adutor.Substitui a câmara de carga quando o canal adutor for constituído por um túnel sob pressão. Sua principal finalidade é reduzir as sobrepressões ocasionadas pelo golpe de ariete nas paredes dos condutos (Atenuar o impacto do golpe de aríete).Normalmente a chaminé de equilíbrio é usada quando a tubulação de adução da turbina envolve grandes distâncias.

Golpe de Ariete = Choque causado pela súbita parada da corrente líquida em um conduto forçado. Quando o distribuidor da turbina é fechado a velocidade da massa d’água se transforma num aumento de pressão nos órgãos adutores, que se propagam em ondas com grande velocidade no sentido montante até a tomada d’água, numa bacia com nível d’água livre. Logo em seguida a onda é refletida em sentido contrário e percorre o sistema de adução no sentido jusante, diminuindo a pressão. Este fenômeno é denominado de golpe de aríete.

6. Conduto Forçado

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Conduto Forçado

Conduz a água sob pressão necessária à turbina.

Os condutos forçados também são dotados de grelhas para evitar que detritos e sujeiras cheguem as turbinas.

7. Casa de Força (Usina e Turbina)

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Casa de Força (Usina e Turbina)

É a edificação na rocha ou em concreto, onde estão instaladas as bombas hidráulicas, necessárias para a transformação da energia potencial da queda d’água, em energia mecânica, e posteriormente a sua transformação em energia elétrica através dos geradores.

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8. Canal de restituição ou de Fuga (Tubo de sucção)

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Canal de restituição ou de Fuga (Tubo de sucção)É o caminho que leva a água que passou nas turbinas ao curso normal do rio. Detalhes das águas sendo restituídas ao curso normal do rio após passar pelas turbinas de PA I, II e III (Veja o fluxo de água saindo de 3 túneis com a água de aspecto branco espumante em contraste com a água barrenta.)

Usinas Hidrelétricas9. Vertedouro

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Vertedouro

É o sistema extravasor de águas do lago artificial, sendo constituído pelas comportas e calha de descarga, para despejar a água que não passa nas turbinas de volta ao leito do rio. O vertedouro é utilizado na época de enchentes para regular o nível do lago, ou para manter o abastecimento regular do nível do reservatório da próxima usina a jusante.

Comporta de vertedouro

Esquema de uma UHE

Hidrelétrica de Itaipu

Usina Hidrelétrica10. Condições que devem reunir as turbinas para um bom funcionamento:

•Permitir o aproveitamento de qualquer salto

•Fazer o aproveitamento com elevado rendimento

•Permitir uma elevada velocidade angular

•Permitir uma regulagem adequada

•Permitir fácil acesso aos órgãos importantes da turbina

•Permitir um eixo vertical, horizontal ou transversal.

Usina Hidrelétrica

11. As turbinas são constituídas basicamente dos seguintes elementos:

•Rotor - órgão móvel

•Distribuidor – órgão direcional

•Caixa – órgão de sustentação

Usina Hidrelétrica

12. Principais tipos de turbinas usadas:

• Existem mais de 12 tipos de turbinas projetadas, no entanto as mais difundidas e aplicadas são as do tipo, FRANCIS, KAPLAN, PELTON e BULBO.

Usina HidrelétricaTipos de turbinas: • Turbina Fourneyron (1827);• Turbina Jonval-Henschel (1837);• Turbina Zuppinger (1840);• Turbina Pelton (1846); No Brasil é utilizada na UHE

Henry Borden(Cubatão), h=720m• Turbina Howd (1848);• Turbina Francis (1849);• Turbina Schwankrug (1850);• Turbina Girard (1863);• Turbina Michell (1903);• Turbina Kaplan (1912);• Turbina Banki (1917);• Turbina Bulbo ou Tubular (1930-1950);• Turbina Dériaz (1956).

Usina Hidrelétrica

12.1. Turbina FRANCIS (tipo com caixa espiral) (1849): A trajetória do líquido é do tipo radial, através do caracol, é do tipo reação (não existe toda a transformação da energia potencial em cinética) e tem sua melhor aplicação para médias vazões e médias alturas: q e h (h entre 50m e 200m)

Usina Hidrelétrica - Turbina Francis

Usina Hidrelétrica

A potência da turbina é dada pela seguinte expressão:

. . Q . H P = 75

= Rendimento da turbina; = Peso específico da água = 1000 km/m2;•Q = Vazão, em m3/s•H = Queda disponível, em metros.•As variações da potência da turbina se fazem pela mudança da vazão Q, uma vez que é impraticável se variar H.

Montagem da turbina Francis de Itaipú

Turbina Francis da UHE de 3 Gargantas na China

Usina Hidrelétrica

Detalhe do içamento do distribuidor com as pás diretrizes fixas, para acoplamento da turbina tipo Francis, durante os trabalhos de construção da UHE de XINGÓ.

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12.2. Turbina KAPLAN (tipo hélice) (1912): A trajetória do líquido é axial, e a turbina é do tipo reação (não existe toda a transformação da energia potencial em cinética) e tem sua melhor aplicação para grandes vazões e pequenas alturas: Q e h. (h entre 10 e 50m)

Usina Hidrelétrica - Turbina Kaplan

Usina Hidrelétrica - Turbina Peltron

12.3. Turbina PELTON (tipo injetora) (1846): A Trajetória do líquido é de forma tangencial, é do tipo ação (praticamente toda energia potencial é transformada em cinética) e tem sua melhor aplicação para pequenas vazões e grandes alturas: q e H. (H entre 200 e 1500m).

Turbina Pelton

Corte transversal de uma turbina PELTON com dois injetores, eixo horizontal, pás e coroa em uma única peça.

UHE Henry Borden

na Serra do Mar

com queda de

720m, com

máquinas Pelton

Usina Hidrelétrica - Turbina Bulbo

12.4. Turbina Bulbo ou Tubular (1950)

A trajetória do líquido é axial e é adequada para baixas quedas e altas vazões.

A unidade geradora Bulbo é constituída por uma turbina Kaplan de eixo horizontal acoplada a um gerador síncrono que se encontra dentro de uma cápsula metálica estanque totalmente imersa no fluxo hidráulico.

Usinas hidrelétricas – Condutos forçado da UHE de Itaipú

Usinas hidrelétricas – Conjunto girante na maquete da UHE de Xingó