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ESTUDOS HIDROLÓGICOS E ENERGÉTICOS
TE- 033TE- 033
Paulo Antunes da Rocha
Bruno van der Meer
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Objetivo
• Apresentar os aspectos dos estudos hidrológicos correspondentes aos projetos de PCHs
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Roteiro• Estudos Hidrológico:• Caracterização fisiográfica da bacia;• Medições fluviométricas e curva-chave;• Vazões Médias mensais;• Estudo de vazões extremas;• Estudo de vazões extremas;• Estudo de vazões mínimas;• Regularização de Descargas;• Vazão Sanitária;• Amortecimento de Cheias;• Remanso.
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Estudos Hidrológicos
A Hidrologia é fundamental para:
• Dimensionamento de obras hidráulicas;
• Aproveitamento de recursos hídricos;
• Controle de inundações – previsão de vazões • Controle de inundações – previsão de vazões máximas;
• Controle e previsão de secas - estudo das vazões mínimas;
• Controle de poluição.
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Estudos Hidrológicos
• Aproveitamento Hidrelétrico (mini e PCH) no Brasil.
• Fonte: Atlas de Energia Elétrica –Energia Elétrica –Aneel 2002.
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Estudos Hidrológicos
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• Área de drenagem - É a área plana (projeção horizontal) inclusa entre seus divisores topográficos. A área de uma B.H. é geralmente expressa em km2. Na prática, determina-se a área de drenagem com o uso de um aparelho denominado planímetro.
Estudos Hidrológicos
uso de um aparelho denominado planímetro.
Fonte: www.ime.usp.br/~matemateca/i_planimetro.html
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Estudos Hidrológicos• Forma da Bacia - A forma da bacia influencia o
escoamento superficial e, consequentemente, o
hidrograma resultante de uma determinada chuva. • Fonte: http://www.grh.ufba.br/download/2005.2/Apostila(Cap2).pdf
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Estudos Hidrológicos
• Exemplos:
São
Francisco
Taquari Antas - RS
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Estudos Hidrológicos
• Índice de Compacidade (Kc) – é o grau de irregularidade, isto é, a relação entre o perímetro da bacia e a circunferência de um círculo de área igual à da bacia. Qto mais próximo de 1, maior será o potencial de picos elevados de enchentes na bacia.potencial de picos elevados de enchentes na bacia.
onde: P – perímetro da bacia;
A – área da bacia.
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Estudos Hidrológicos
• Fator de Forma (Kf) - relação entre a largura média e o comprimento axial da bacia, medido ao longo do curso principal ( foz até cabeceira + distante).
O fator de forma é um índice indicativo da tendência para enchentes de uma bacia. Uma bacia com um fator de forma baixo é menos sujeita a enchentes.
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Estudos Hidrológicos
• Declividade do rio - Quanto maior adeclividade, maior será a velocidade deescoamento; neste caso, os hidrogramas deenchente terão ascensão mais rápida e picos
Ponto mais baixo: 20 m
enchente terão ascensão mais rápida e picosmais elevados.
Ponto mais alto: 300 m
Comprimento drenagem = 7 km
Declividade = 0,04 m/m ou 40 m por km12
• Relação cota-vazão (curva-chave)
Curva-chave é a relação entre os níveis d´água com as respectivas vazões de um posto fluviométrico. Para o traçado da curva-chave em
Estudos Hidrológicos
fluviométrico. Para o traçado da curva-chave em um determinado posto fluviométrico, é necessário que disponha de uma série de medição de vazão no local, ou seja, a leitura da régua e a correspondente vazão (dados de h e Q).
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Estudos Hidrológicos• Posto fluviométrico ou fluviômetro consiste
em vários lances de réguas (escalas)instaladas em uma seção de um curso d´água, que permite a leitura dos seus níveis d´água.
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Estudos Hidrológicos
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Estudos Hidrológicos
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Estudos Hidrológicos
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Estudos Hidrológicos
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Estudos Hidrológicos
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Estudos HidrológicosComo determinar a curva-chave do rio Paraíba a partir dos pares cota-descarga pela tabela Excel?Fonte: Calischonn & Tassi – Introduzindo Hidrologia
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Estudos Hidrológicos
LiminímetroFonte: https://www.google.com.br/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fcaracoli
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Estudos Hidrológicos
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•EXCEL•EXCEL
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Estudos HidrológicosAnálise de Consistência
Fonte: http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/consulta_publica/documentos/RelatorioFinal_Parnaiba_Jequitinhonha_Doce_Vol%20I_Rev3.pdf
• Hidrograma das Vazões Médias Mensais dos postos da Bacia do Parnaíba (espera-se pico a montante = pico a jusante)
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Estudos Hidrológicos
Fonte: http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/consulta_publica/documentos/RelatorioFinal_Parnaiba_Jequitinhonha_Doce_Vol%20I_Rev3.pdf 25
Estudos Hidrológicos• Estudo de vazões extremas – são usadas para projetos das
estruturas dos vertedouros e de desvio do rio.Fonte: http://www.epe.gov.br/geracao/Documents/EVTEs/Adendo%20n1_R2%20%20Pires.pdf
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Estudos Hidrológicos
Fonte: http://www.mme.gov.br/documents/10584/1851074
No Excel usar a ferramenta Percentil para probabilidade acumulada
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Utilizado para determinação da potência a ser instalada
Estudos Hidrológicos• Nos estudos estatísticos devem ser utilizadas as distribuições
tradicionais. A de Gumbel é preferida quando a assimetria da distribuição é <= 1,5.
Fonte: http://www.epe.gov.br/geracao/Documents/EVTEs/Adendo%20n1_R2%20-%20EVTE%20UHE%20Teles%20Pires.pdf
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Estudos Hidrológicos• Estudo de Vazões mínimas - Para o controle e previsão de
secas. São os menores valores diários de cada ano.
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Fonte: http://www.mme.gov.br/documents/10584/1851073/Relatorio_RO_Consulta+publica_vFinal_dez2015.pdf/121bf265-c3fa-4a3e-bb4b-15640e564f42
Estudos Hidrológicos• Regularização de descargas – reservatórios para armazenar
água para, quando necessário, transformá-la em energia elétrica.
Fonte: http://www.epe.gov.br/geracao/Documents/Nota%20T%C3%A9cnica%20EPE-DEA-DEE-RE-0012015-R0.compressed.pdf
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Estudos Hidrológicos
• Amortecimento de cheias - O volume de espera, ou volume para controle de cheias, corresponde à parcela do volume útil destinada ao amortecimento das cheias.
• Se um reservatório tem múltiplos usos, há um conflito entre a utilização para controle de cheias e os outros entre a utilização para controle de cheias e os outros usos.
• A geração de energia elétrica é particularmente conflitante com o controle de cheias porque a criação do volume de espera reduz o volume disponível para regularizar a vazão
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Estudos Hidrológicos Amortecimento de cheias
Fonte:
file:///C:/Documents%20and%20Settings/PAULO/Desktop/ControleDeCheias_CASTRO.pdf
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Estudos Hidrológicos
• Estudo de remanso -
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Estudos hidrológicos
Borda livre
• Borda livre normal
• Borda livre
mínimamínima
• Entradas
– Velocidade e duração do vento
– Fetch
– Profundidade– Largura,
Estrutura
Fonte: CARVALHO, David de (2016).
Estudos hidrológicos
Borda livre
• Cálculos
complexos
Tabela 1 - Dados de Eletrobras e CBDB (2003) in PEREIRA, Geraldo Magela (2015).
Estrutura BL normal BL mínima
Barragem
de terra e
enrocament
Mínima de
3,0 m
1,0 m
acima do
NA máx. • Para PCHs,
fórmulas
empíricas e
tabelas
enrocament
o
NA máx.
moximorum
Barragem
de concreto
Mínima de
1,5 m
0,5 m
acima do
NA máx.
moximorum
Borda livre
• Cálculo do fetch:
Estudos hidrológicos
• Onda significativa para ventos de 100km/h (CBDB):
Fonte: Complexo Hidrelétrico de
Belo Monte - Estudos de
Viabilidade, Eletronorte,
Novembro, 2001.
Estudos hidrológicos
Borda livre
Fetch (km) BL normal (m) BL mínima (m)
< 1,60 (~1
milha)
1,22 0,91
Tabela 2 - USBR (2003) in PEREIRA, Geraldo Magela (2015).
milha)
1,60 1,52 1,22
4,02 1,83 1,52
8,05 2,44 1,83
16,1 3,05 2,13
Estudos hidrológicos
Enchimento do reservatório
• Simular a evolução do nívelda água no reservatório aolongo do enchimento inicial,até os níveis de operação.até os níveis de operação.
• O volume acumulado écalculado com base nadiferença entre a vazão quechega e a que sai doreservatório em um intervalode tempo
Estudos hidrológicos
Estudos sedimentológicos e
de vida útil
Assoreamento
• Redução da capacidade• Redução da capacidade
• Limita a vida útil
• Envolve fatores climáticos, geológicos e antrópicos
• Estudo apontou 30 reservatórios
Fonte: ANEEL (2000).
Estudos hidrológicos
Estudos sedimentológicos e de
vida útil
Exemplo - Itaipu
Dst 30,8e6 t/ano
Er 86%
Tabela 3 - ANEEL (2000)
Fonte: Guia de Avaliação de Assoreamento de Reservatórios, ANEEL, 2000.
Er 86%
γap 1,13 t/m3
S 23,4e6 m3/ano
Vres
(morto)4,7e9 m3
T 200 anos
Estudos energéticos e econômicos
Dimensionamento da potência instalada
• Energia firme (Ef) - Máxima produção de energia possível para uma usina supondo o período de mais seco já registrado. período de mais seco já registrado.
• Energia garantida do sistema (Pg) - Energia que o sistema brasileiro é capaz de fornecer continuamente com um risco de 5% de racionamento.
• Energia secundária (Es) - Energia média gerada em excesso à energia firme.
Estudos energéticos e econômicos
Dimensionamento da potência instalada
• ΔEf; ΔPg; ΔEs : incrementos de energia firme, energia garantida e energia secundária.
• Custo incremental da motorização (ΔC)
• CME, CMP, CMS - Custos marginais das energias firme, garantida e secundária. Variam de acordo com o parque
• n - Vida útil do empreendimento (30 anos)
• i - taxa de desconto (12% a.a.)
Estudos energéticos e econômicos
Seleção do tipo de turbina
• A escolha do tipo de turbina é baseada na vazão e na altura na vazão e na altura da queda d'água.
• Os tipos mais comuns são Pelton, Francis, Kaplan e Bulbo.
• Engolimento mínimo pode limitar
Estudos energéticos e econômicos
Simulação energética
• Encontrar a produção produção média para diferentes níveis de motorização
• Baseada em dados hidrológicos
Estudos energéticos e econômicos
Dimensionamento energético econômico
• Busca otimizar o custo / benefício da usina pela potência instalada
• Cálculo do custo e benefício anual para cada • Cálculo do custo e benefício anual para cada opção de motorização
Referências
CARVALHO, David de. Barragens - Uma introdução para graduandos. Disponível em: http://professor.pucgoias.edu.br/SiteDocente/admin/arquivosUpload/15030/material/puc_barragens_04_terra01.pdf. Acesso em 20/03/2016.
PEREIRA, Geraldo Magela. Projetos de Usinas Hidroelétricas - Passo a Passo. Editora Oficina de textos, 2015.Complexo Hidrelétrico de Belo Monte - Estudos de Viabilidade. Eletronorte. Novembro, 2001. Disponível em:
http://philip.inpa.gov.br/publ_livres/Dossie/BM/DocsOf/Viab/compl_2002/CDC1/Doc_Compl_Codif/108_Hidrologia/BEL-V-10-108-0018-RE.doc. Acesso em 20/03/2016.
Guia de Avaliação de Assoreamento de Reservatórios. ANEEL, 2000. Disponível em: http://www2.aneel.gov.br/biblioteca/downloads/livros/GuiaAsso.pdf. Acesso em 20/03/2016.