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No aproveitamento de pequenas quedas d´água, potências inferiores a 50 kW não são viáveis economicamente e, até o limite de 100 kW, são consideradas Micro-usinas. O limite máximo da PCH é 30.000 kW ou 30 mega watts.

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Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO terça-feira

CURVA DE PERMANÊNCIA DE VAZÕES

A Curva de Permanência de Vazões (CPV) é uma das análises estatísticas mais simples e mais importantes dos Estudos Hidrológicos. Auxilia na análise dos dados de vazão com relação a perguntas como:

  1. a) O rio tem uma vazão aproximadamente constante ou extremamente variável ?
  2. b) Qual é a porcentagem do tempo em que o rio apresenta vazões em determinada faixa ?
  3. c) Qual é a porcentagem do tempo em que o rio tem vazão suficiente para uma atender determinada demanda (como, p.ex., produzir energia hidrelétrica) ?

Com relação à esta última pergunta, as Normas da Eletrobrás para PCHs é que a porcentagem seja de 95% ou Q95.

Para encontrar as vazões Q10 e Q95, localiza-se o valor mais próximo das probabilidades de 10% e 95%, respectivamente. No Excel esses valores são localizados pelos percentis de 0,90 e 0,05, respectivamente.

A Planilha abaixo apresenta os cálculos para a CPV de um determinado rio e nada tem a ver com o nosso projeto, servindo simplesmente como exemplo. Assim, a vazão de projeto da nossa PCH, Q = 0,6 m³/s, seria fruto desse estudo para Q95  e a grandeza é bem menor do que a do exemplo dado abaixo, por tratar-se de um pequeno córrego, e não um rio.

A CPV média mensal do rio é obtida listando-se em ordem decrescente as vazões observadas. Para cada vazão, associa-se o número de ordem (vezes em que ela foi excedida), resultando na coluna 1 da planilha. Em seguida, divide-se o número de ordem pelo número total de dados medidos, somados a 1, e multiplica-se por 100 para obter a frequência em percentagem.  O tipo de gráfico é o de dispersão.

A vazão que é superada na metade do tempo (Mediana das vazões) é chamada Q50. As vazões Q10 e a Q90 são utilizadas como referência para a Legislação nas áreas de meio ambiente e recursos hídricos. A vazão que é superada em 95% do tempo é chamada de Q95, e é utilizada para definir a energia assegurada de uma usina hidrelétrica (PCH inclusive). Seu cálculo no Excel é muito fácil; basta digita o sinal de igual, em seguida a letra P (de Percentil), selecionar esta função de um menu cortina, o sinal de ponto-e-vírgula e o valor de K, p.ex.: 0,05 para Q95. Os valores da série são obtidos arrastando-se o mouse, de cima para baixo, na coluna das vazões.

Outros estudos de Hidrologia necessários ao projeto de uma PCH são mostrados na Figura abaixo:

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 4 dezembro 2019 às 7:04

FLUXOGRAMA DOS ESTUDOS

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 28 novembro 2019 às 14:34

BLOCOS DE APOIO

A distância (L) entre os Blocos de Apoio do projeto de PCH constante da Planilha abaixo, segundo o Manual de Microcentrais Hidrelétricas da Eletrobrás (pág.192) é de L = 5,70 m (para o diâmetro da tubulação de D = 0,60 m). As demais medidas constam das fórmulas apresentadas na Planilha.

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 27 novembro 2019 às 15:37

BLOCOS DE ANCORAGEM

A tubulação que conduz a água desde a tomada d´água até a turbina, quando de aço, deve ser instalada sobre blocos de ancoragem e de apoio, como mostra a Figura abaixo. Os blocos menores (de apoio ou sela), devem permitir o deslizamento da tubulação sobre eles e são, em geral, construídos com espaçamentos iguais entre si. Os blocos de ancoragem devem absorver os esforços longitudinais sobre a tubulação, são construídos em trechos retos longos e, principalmente, nos pontos de mudança de direção, e imediatamente antes da casa de máquinas.

A Planilha abaixo mostra o dimensionamento hidráulico dos BLOCOS DE ANCORAGEM do projeto de PCH que estamos desenvolvendo. A dimensão C1 consta das Tabelas 5.5.3/II-V, às páginas 196/213, do Manual de Microcentrais Hidrelétricas da Eletrobrás, de Junho/1985.

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 27 novembro 2019 às 9:01

PERDAS DE CARGA NO SISTEMA ADUTOR

Uma PCH é composta de três partes básicas: sistema de captação e adução de água, casa de máquinas e a linha de transmissão da energia até os pontos de consumo, mas para isso é necessário o dimensionamento de todos os seus componentes. Os cálculos abaixo referem-se à primeira parte.

1) Tomada d´água do canal

h1 = K*V²/(2*g)

V = Q/A = 0,60/1 = 0,60 m/s; V² = 0,36; K = 0,1; g = 9,81 m/s²; h1 = 0,0018 m.

2) Grade (grosseira)

h2 = 0,07 m (cálculos da Tomada d´água)

3) Comporta (totalmente aberta)

h3 = 0,0018 m (a mesma da tomada d´água)

4) Tubulação forçada

  • Perda de carga inicial

h4 = K*V²/(2*g) = 0,1*2,24²/(2*9,81) = 0,026 m

  • Perda de carga na entrada da tubulação

h5 = K*V²/(2*g) = 0,4*2,24²/(2*9,81) = 0,102 m

  • Perda de carga por atrito (Scobey tubo de aço)

J = 410*K*V1,9/D1,1 = 410*0,32*2,241,9/601,1 = 6,72 m/km

L = 25/1000 = 0,025; h6 = J*L = 6,72 * 0,025 = 0,168 m

5) Perda de carga total

H = h1+h2+h3+h4+h5+h6 = 0,37 m

QUEDA LÍQUIDA

HL = HB - H = 18 - 0,37 = 17,63 m

NOTA: Vale obser var que o cálculo da perda de carga por atrito na tubulação forçada (fórmula de Scobey), adota como unidade de medida do diâmetro do tubo, centímetros e não metros. Quanto ao coeficiente K, para tubos de cimento-amianto vale 0,34 e para concreto 0,38.

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 26 novembro 2019 às 17:13

CHAMINÉ DE EQUILÍBRIO

A chaminé de equilíbrio é uma estrutura em aço ou concreto, constituída de um reservatório cilíndrico, de eixo vertical, implantada entre o trecho de adução de baixa declividade e o de grande declividade, para evitar um possível golpe de aríete durante o fechamento rápido do registro de fechamento da turbina. (1)

Uma  chaminé  de  equilíbrio,  em  princípio,  é  uma  coluna  vertical  ligada “hidraulicamente”  ao  conduto  forçado  de  uma  usina (hidrelétrica, ou PCH)  ou  a  sistemas  hidráulicos  de pressão (Miranda, 2000). Muitos  autores  definiram  a  função  da  chaminé  de  equilíbrio  de  diferentes formas  mas,  fundamentalmente,  a  utilização  desta  está  ligada  ao  problema  da amortecimento  do  golpe  de  aríete  e  reserva  de  água,  com  pouca  inércia,  para acelerar o escoamento para o arranque das turbinas no momento da retomada de carga. (2)

Tem ainda a função de armazenar água que penetra no seu interior durante o refluxo resultante do aumento de pressão, liberando-a para a turbina quando o dispositivo de fechamento abrir novamente.

Quando necessária a sua instalação, a chaminé de equilíbrio deve ficar o mais próximo possível da casa de máquinas, a fim de reduzir o comprimento da tubulação forçada e, com isso, diminuir os efeitos do golpe de aríete. Deve-se adotá-la quando La/H > 5, ou seja, quando a razão entre o comprimento total do sistema de adução (La) e a queda bruta (H) for maior que 5. No caso, como La = 25,5/18 = 1,4 < 5, não haverá necessidade de Chaminé de Equilíbrio.(3)

Supondo que o comprimento da adução continuasse sendo 25,5 m mas a queda bruta fosse agora de apenas 4 m, a relação La/H seria 25,5/4 = 6,4 > 5 e, então, haveria necessidade da construção da chaminé de equilíbrio. O cálculo do golpe de aríete seria:

A Planilha abaixo mostra os cálculos que seriam necessários caso se optasse pelo projeto da Chaminé de Equilíbrio (que não é o nosso caso), mas o exemplo é dado por razões didáticas.

Se o tempo (calculado) de aceleração da água na tubulação [t = (V*L)/(g*H)] for inferior a 3s (como mostra a Tabela da Planilha acima), não haverá necessidade da chaminé de equilíbrio.

OBS.: A Resolução da ANEEL 394, de 04/12/98, estabelece que os aproveitamentos com características de PCH são aqueles que têm potência entre 1 e 30 MW e área inundada até 3,0 km², para a cheia centenária (T = 100 anos).

PCH a Fio D’água é empregada quando as vazões de estiagem do rio são iguais ou maiores que a descarga necessária à potência a ser instalada para atender à demanda máxima prevista. Nesse caso, despreza-se o volume do reservatório criado pela barragem.

REF.:

(1) PCH: procedimentos práticos para sua implantação utilizando instrumentos públicos, TCC de André Pergher, São Carlos - SP, 2011.

(2) https://docs.ufpr.br/~bleninger/dissertacoes/156-Edgar_Alberti_Andr...

(3) https://pt.scribd.com/document/327196244/CAP7-1-7-Chamine-de-Equili...

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 22 novembro 2019 às 10:35

FOTOS DE VERTEDORES

(PCH Roncador)

P.S. : Obrigado pela deferência, colega Artur.

Comentário de Artur Melo em 22 novembro 2019 às 8:58

Excelente!

Aliás como sempre - não me esqueço de suas aulas.

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 21 novembro 2019 às 15:05

VERTEDOURO DA BARRAGEM

No local da captação, o nível da água pode ser o normal do córrego (captação a fio d´água) ou elevado por uma pequena barragem. Neste caso, temos de prever a vazão de cheia (Qmáx.) e a liberação do excesso de água, através de um vertedor, construído em madeira, alvenaria ou concreto.

vertedor_xls.gif (HIDRÁULICA)

O Coeficiente de escoamento superficial (C ou Cd), relação entre o volume de água escoado e o volume precipitado na bacia hidrográfica, permite calcular a descarga máxima, seja através da Fórmula Racional (Q = C*I*A/360 com Q em m³/s, I em mm/h e A em hectares) ou da indicada na Planilha. Os dados são fictícios.

A Figura abaixo mostra a localização do vertedor (item 3, na extrema direita) no conjunto da obra da PCH.

Veja:

1) Guia para a Implantação de PCHs, TCC de Leonardo Albarello, UFSM/RS, 2014.

https://repositorio.ufsm.br/bitstream/handle/1/1366/Albarello_Leona...

2) PCHs: Conceitos, Normas e a PCH Malagone, TCC de Isabelle Damasceno, UFU/MG, 2014.

https://repositorio.ufu.br/bitstream/123456789/16193/1/PequenasCent...

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 20 novembro 2019 às 9:31

TOMADA D'ÁGUA

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