Aula 3: Características de Produção Hidrotérmica de Energia para Estudos de Planejamento

Aula 3:

Características de Produção

Hidrotérmica de Energia para

Estudos de Planejamento

Planejamento de Sistemas Energéticos

Estudos de Planejamento

Docente: Dr. Raphael Augusto de Souza Benedito

E-mail:raphaelbenedito@utfpr.edu.br

Conteúdo

1. Produção de Energia Elétrica

2. Usinas Hidrelétricas

3. Usinas Termoelétricas

3. Usinas Termoelétricas

1. Produção de Energia Elétrica

• Meios de Produção

– Os meios de produção de Energia Elétrica correspondem

aos diferentes tipos de equipamentos necessários para a

geração de energia elétrica em escala industrial.

– Dentre estes meios, os mais relevantes em escala mundial

são:

• Usinas Hidrelétricas: onde a energia é obtida a partir da transformação da energia potencial dos cursos d’água;

• Usinas Termelétricas: onde a energia resulta da transformação da energia cinética de gases e vapores em expansão, aquecidos pela queima de combustíveis.

1. Produção de Energia Elétrica

• A utilização dos diferentes tipos de usinas geradoras é

função da existência de fontes primárias de energia,

que podem ser renováveis ou não-renováveis.

• Por sua vez, a escolha da fonte primária de energia é

fortemente influenciada por:

• condições tecnológicas;

• condições econômicas;

• condições ecológicas;

• condições políticas.

1. Produção de Energia Elétrica

2. Usinas Hidrelétricas

2. Usinas Hidrelétricas

• Modelagem: é o processo pelo qual as usinas são representadas

através de conjuntos de equações matemáticas.

– É um processo necessário para que a energia gerada possa ser

calculada com base em informações associadas às suas operações.

– Deve-se, inicialmente, definir o que se deseja deste modelo, as

suas entradas e saídas.

• Modelo matemático de uma usina: é a função de geração da

usina que relaciona variáveis mensuráveis do aproveitamento à

energia gerada.

– Estas variáveis mensuráveis são: o volume de água armazenado

no reservatório e as vazões, turbinada e vertida.

– A partir das variáveis, deve-se determinar a energia gerada pela

usina, tal como ilustrado na figura 3.2

2. Usinas Hidrelétricas

Figura 3.2: Variáveis de entrada e saída utilizadas no Modelo geral de uma Usina Hidroelétrica

• Para facilitar o entendimento do modelo matemático, os

componentes principais de uma usina hidroelétrica devem ser

analisados.

2. Usinas Hidrelétricas

• Xmor: é o volume morto do reservatório, em hm3. É o volume de água

armazenado abaixo do nível mínimo do canal de adução e que não

pode ser retirado do reservatório. Desta forma, o volume morto não

pode ser aproveitado para a geração de energia elétrica;

• Xmin: é o volume mínimo operativo, hm3. É o mínimo volume de

água necessário para que a usina possa gerar energia. Normalmente

2. Usinas Hidrelétricas

água necessário para que a usina possa gerar energia. Normalmente

está associada à altura mínima na qual a turbina pode operar ou o nível

necessário do reservatório para manter as estruturas de adução

submersas;

• Xmax: é o volume máximo operativo, em hm3. É o volume máximo

extremo de água que o reservatório pode armazenar em condições

normais de operação;

• Xútil: é a diferença entre os volumes operativos, máximo e mínimo,

em hm3;

• Xmáx,Max: é o volume máximo maximorum, em hm

_{. É o volume}

máximo extremo que o reservatório pode armazenar sem que haja

comprometimento da estrutura da barragem. Este volume é atingido

apenas em condições anormais de operação, tais como grandes cheias;

• Xseg: é o volume de segurança, em hm

_{. É a diferença entre o volume}

2. Usinas Hidrelétricas

• Xseg: é o volume de segurança, em hm

_{. É a diferença entre o volume}

máximo maximorum e o volume máximo operativo. É como se fosse

um “espaço vazio” que pode ser preenchido em condições anormais,

quando há excesso de água. Dessa forma, o volume de segurança tem a

finalidade de reservar uma faixa de segurança na operação do

reservatório para o controle de cheias;

• q: é a vazão turbinada (engolimento), em m

_/s.

– É a vazão que efetivamente gera energia, fluindo do reservatório à

casa de máquinas através do canal de adução, e fazendo com que as

turbinas girem e acionem os geradores;

• v: é a vazão vertida, em m

_/s.

2. Usinas Hidrelétricas

• v: é a vazão vertida, em m

_/s.

– É a vazão que flui diretamente do reservatório ao rio, através do

vertedouro, sem passar pela casa de máquinas e sem gerar energia.

É vista como desperdício, mas as vezes, é um mal necessário para

que sejam satisfeitas restrições de vazão defluente mínima da

usina, ou para controlar o nível d’água do reservatório.

• u: é a vazão defluente (vazão descarregada pela usina), em m

_/s.

Componentes principais de uma Usina

- Barragem;

- Canal de Adução;

- Vertedouro;

2. Usinas Hidrelétricas

- Vertedouro;

- Casa de Máquinas;

-

Turbina Hidráulica

;

- Gerador Elétrico;

- Canal de Fuga.

Turbinas Hidráulicas

• As turbinas hidráulicas podem ser de ação, ou de reação:

– Em turbinas de ação a energia hidráulica disponível é transformada em energia cinética para, depois de incidir nas pás do rotor, transformar-se em mecânica.

– Já em turbinas de reação, o rotor é completamente submergido na água, com o escoamento da água ocorre uma diminuição de pressão e

2. Usinas Hidrelétricas

com o escoamento da água ocorre uma diminuição de pressão e velocidade entre a entrada e a saída do rotor.

• Dentre os tipos existentes de turbinas (independentemente de

serem

de

ação

ou

reação),

merecem

destaque

em

aproveitamentos hidroelétricos:

– Pelton (de ação); – Francis (de reação); – Kaplan (de reação).

Turbinas Pelton

2. Usinas Hidrelétricas

- são classificadas como turbinas de ação por possuírem a característica de transformar a energia potencial de queda em energia cinética no jato injetor. Posteriormente, esta energia cinética é convertida em energia mecânica no rotor da turbina.

- Seu uso é adequado para locais onde haja altas quedas e pequenas vazões. Apresenta bons rendimentos onde há grande variação de carga, podendo ser operadas entre 10 a 100% da sua potência máxima.

Turbinas Francis

2. Usinas Hidrelétricas

• Estas turbinas são consideradas como turbinas de reação, pois funcionam com uma diferença de pressão entre os dois lados do rotor. Vem sendo aplicada largamente, pelo fato das suas características cobrirem um grande campo de rotação específica. Atualmente, são construídas para grandes aproveitamentos, podendo ultrapassar a potência unitária de 750 MW e rendimento superiores a 92% para grandes máquinas.

• Em operação, a água entra no rotor pela periferia, após passar através das pás

2. Usinas Hidrelétricas

Turbinas Francis

• Em operação, a água entra no rotor pela periferia, após passar através das pás diretrizes as quais guiam o líquido em um ângulo adequado para a entrada das pás do rotor, deixando o mesmo axialmente em relação ao eixo.

• A turbina Francis é uma das mais difundidas e utilizadas no Brasil tanto para grandes quanto para pequenas centrais hidrelétricas.

Turbinas Kaplan

2. Usinas Hidrelétricas

• É adequada para operar entre quedas até 60 m. Esta turbina vem apresentando grande interesse para quedas pequenas em rios de maiores vazões.

• A única diferença entre as turbinas Kaplan e a Francis é o rotor. Este assemelha-se a um propulsor de navio (similar a uma hélice). Um assemelha-servomotor montado normalmente dentro do cubo do rotor, é responsável pela variação do ângulo de inclinação das pás. O óleo é injetado por um sistema de bombeamento localizado fora da turbina, e conduzido até o rotor por um conjunto de

2. Usinas Hidrelétricas

Turbinas Kaplan

localizado fora da turbina, e conduzido até o rotor por um conjunto de tubulações rotativas que passam por dentro do eixo.

• As turbinas Kaplans também apresentam uma curva de rendimento "plana" garantindo bom rendimento em uma ampla faixa de operação.

• Contudo, deve-se salientar, que é aquela que apresenta o maior custo em relação ao kW instalado, quando comparada com as tradicionais, Francis simples e Pelton

Afluências

• A produção energética de um sistema hidroelétrico depende da série cronológica de vazões afluentes às diversas usinas que compõem o sistema.

• As séries de vazões afluentes representam o fluxo de água médio que flui em postos de medição durante determinados intervalos de discretização.

• Os registros das vazões afluentes observado no passado são chamados de série histórica. Além dos dados do histórico de vazões, pode-se utilizar a Média de Longo Termo (MLT), que representa a média aritmética de cada mês das vazões naturais dos

2. Usinas Hidrelétricas

Termo (MLT), que representa a média aritmética de cada mês das vazões naturais dos rios.

• Quando se deseja planeja ou operar um aproveitamento hídrico, a série histórica de vazões no local é usualmente utilizada como dado de entrada para um modelo de otimização e/ou simulação. Como dado de saída, obtém-se as grandezas relevantes para o projeto, como o volume do reservatório necessário para regularizar uma descarga pré-fixada; o armazenamento “meta” ao final de um dado mês; ou ainda a descarga máxima que o vertedouro deve ser capaz de dar passagem, conforme ilustrado na figura a seguir.

Afluências

2. Usinas Hidrelétricas

Figura 3.7: Representação esquemática da utilização da Série histórica

Afluências

• As séries históricas de vazões afluentes naturais são obtidas (basicamente) através do seguinte processo:

– Ele inicia-se pela elaboração de curvas-chaves, curvas que especificam a vazão através de uma seção transversal do rio em função do seu nível d’água.

– Inicia-se, então, uma série de medidas do nível d’água do rio, estas medidas de

2. Usinas Hidrelétricas

– Inicia-se, então, uma série de medidas do nível d’água do rio, estas medidas de nível são transformadas em medidas de vazão através das curvas-chave previamente determinadas.

– Visto que os postos de medição de vazão não são geralmente localizados nas próprias usinas, faz-se uma transformação das vazões nos postos para as vazões nas usinas hidroelétricas.

– Obtém-se assim as vazões diárias das usinas, que por sua vez, são utilizadas no cálculo as vazões diárias naturais através do desconto das variações de volume pela evaporação e operação dos reservatórios.

– Finalmente, os valores de vazão natural diária são utilizados para cálculo das vazões naturais semanais, mensais e anuais.

Afluências

• Apesar de fornecerem subsídios bastante úteis, os estudos com séries históricas apresentam algumas limitações. Por exemplo, não é possível saber a probabilidade de ocorrerem situações mais severas do que as registradas no histórico.

• Assim, uma maneira mais eficiente de se utilizar as informações hidrológicas

2. Usinas Hidrelétricas

• Assim, uma maneira mais eficiente de se utilizar as informações hidrológicas disponíveis é visualizar-se a série histórica apenas como uma das possíveis realizações de um processo estocástico. A utilização de séries sintéticas permite extrair de forma mais completa a informação dos registros históricos, possibilitando assim quantificar a incerteza associada aos fenômenos naturais, e avaliar riscos pertinentes a um sistema hidroelétrico.

• Por sua vez, a escolha do modelo estocástico mais adequando à produção de séries sintéticas depende do intervalo de discretização das afluências utilizado nos estudos de planejamento e operação

2. Usinas Hidrelétricas

• Interconexão hidráulica:

– Nos estudos de otimização e simulação, é comum a existência de várias usinas interconectadas hidraulicamente;

– Além disso, a interconexão entre as usinas faz com que as vazões afluentes a um reservatório difiram sensivelmente de suas vazões afluentes naturais por causa da operação dos reservatórios de montante.

Afluências

2. Usinas Hidrelétricas

2. Usinas Hidrelétricas

Observações:

• As vazões defluentes de usinas de reservatório => vazão controlável • As vazões incrementais => vazões não-controláveis

– Não podem ser alteradas pela operação dos reservatórios

Afluências

• De modo geral, a vazão afluente de uma usina “i” qualquer, y

,

• De modo geral, a vazão afluente de uma usina “i” qualquer, y

,

pode ser determinada utilizando-se as seguintes equações:

onde Ω é o conjunto formado pelas usinas que estão imediatamente

a montante da usina “i”.

2. Usinas Hidrelétricas

Capacidade de Regulação:

• Representação matemática:

• Expressa quanto da afluência anual média (em porcentagem), o sistema tem

Afluências

• Expressa quanto da afluência anual média (em porcentagem), o sistema tem possibilidade de armazenar em seus reservatórios

– Fornecendo uma avaliação precisa da capacidade do sistema de aproveitar os períodos de altas afluências exercendo seu papel de regulador de vazões

• O sistema brasileiro tem uma capacidade de regulação em torno de 40% (em média),

– não aproveitando os períodos de vazões afluentes altas

– Isto também significa que este sistema não consegue guardar grandes quantidades de energia, em forma de água armazenada, em uma perspectiva plurianual.

2. Usinas Hidrelétricas

• Altura de queda bruta (h_b) => é a diferença de altura entre os níveis de água do reservatório e do curso do rio a jusante ou do canal de fuga, ou seja, é uma função dos níveis d’água de montante e jusante.

• Altura de queda líquida (h_l) => é a queda bruta subtraída da perda de carga

(hp).

Altura de Queda

2. Usinas Hidrelétricas

• onde:

– h_mon(x) é uma função não-linear do volume total de água armazenado no reservatório, x e depende, basicamente, do relevo da região na qual o reservatório foi construído;

Altura de Queda

reservatório foi construído;

– h_jus(u) também é uma função não-linear, representada por polinômios e depende da vazão defluente da usina, u.

• Assim, esta função depende do canal de fuga da usina, do arranjo da usina (posição do vertedouro) e do relevo da região imediatamente a jusante do reservatório

• Observação: Em algumas situações, o volume armazenado em um reservatório de uma usina hidroelétrica de jusante pode influenciar o nível do canal de fuga de uma usina hidroelétrica que está a montante. É o chamado efeito de remanso. (veja figura a seguir)

2. Usinas Hidrelétricas

Altura de Queda

• Exemplo de Efeito de Remanso

2. Usinas Hidrelétricas

• Quando a água flui dentro de uma usina hidroelétrica, ela perde energia por causa do atrito contra seis estruturas principais da usina: a estrutura de adução, a entrada do canal de adução, o canal de adução, o caracol da turbina, a turbina e o tubo de sucção.

• Esta perda de energia é refletida pela diminuição na queda útil de água

Altura de Queda - Perdas

2. Usinas Hidrelétricas

• Apesar de que, todas as seis perdas supracitadas devam ser consideradas em benefício da precisão do modelo, apenas as três primeiras são consideradas diretamente no cálculo das perdas hidráulicas. As outras são consideradas de forma indireta no cálculo da eficiência da turbina.

• A determinação da perda hidráulica (hp) é uma parte importante do projeto e depende largamente do material utilizado na tubulação: aço, concreto, ferro fundido, cimento amianto, dentre outros.

Altura de Queda - Perdas

fundido, cimento amianto, dentre outros.

• Dessa forma, a perda de carga ou perda hidráulica representa a perda de carga hidráulica, em m ou porcentagem, que a água sofre pelo percurso de adução, desde o reservatório até o tubo de sucção.

2. Usinas Hidrelétricas

Conjunto Turbina-Gerador

2. Usinas Hidrelétricas

As características principais do Conjunto Turbina-Gerador:

• Nj: número de unidades geradoras do conjunto j;

• Nc: número de conjuntos de unidades geradoras da usina;

• Tipoj: tipo da turbina do conjunto j (Francis, Kaplan ou Pelton);

• P_ef,j: potência efetiva de cada unidade geradora do conjunto j. É definida como a máxima potência ativa possível de ser gerada, em regime

Conjunto Turbina-Gerador

como a máxima potência ativa possível de ser gerada, em regime permanente, na unidade geradora a partir da sua entrada em operação; • h_ef,_j: altura de queda efetiva de cada unidade geradora do conjunto j. É

definida como a menor altura de queda líquida sob a qual a unidade geradora, em operação, desenvolve a sua potência efetiva;

• q_ef,j: engolimento efetivo de cada unidade geradora do conjunto j. É definido como a vazão turbinada que submetida à altura de queda efetiva produz a potência efetiva

Observação: geralmente os valores estipulados em projeto diferem dos valores após a

2. Usinas Hidrelétricas

• A função de produção hidráulica é um componente a partir do qual se quantifica a geração de energia. Para nossos estudos, iremos considerar a seguinte função de geração hidráulica (bem como mostrada em alguns catálogos da Eletrobrás) em MW:

sendo:

Função de Produção Hidráulica de Energia

sendo:

- h é a diferença entre os níveis de montante e de jusante, provocado pela barragem; - q é a vazão para geração de energia;

- k produtividade específica da usina, dada por - g é a aceleração da gravidade;

- é o peso específico da água;

2. Usinas Hidrelétricas

Função de Produção Hidráulica de Energia

2. Usinas Hidrelétricas

Figura 3.16: Curva Colina de uma Turbina Hidráulica Arce (2006)

2. Usinas Hidrelétricas

Figura 3.16: Outro exemplo de Curva Colina de uma Turbina Hidráulica

2. Usinas Hidrelétricas

• A função de produção hidráulica determina a potência instantânea

conseguida partir de uma usina com o seu reservatório, armazenando um

volume x, uma unidade geradora “engolindo” uma vazão q e a usina

defluindo uma vazão u, que pode ser diferente de q caso esteja havendo

vertimento na usina.

Função de Produção Hidráulica de Energia

• Para determinar-se a potência instantânea da usina, basta calcular o

somatório da potência instantânea de cada unidade geradora.

Em resumo, a potência gerada numa usina hidroelétrica é uma

função da vazão turbinada e da altura de queda líquida, que por

sua vez, é uma função não-linear do volume armazenado, da

3. Usinas Termelétricas

• Usinas Termoelétricas: onde a energia resulta da transformação

da energia cinética de gases e vapores em expansão, aquecidos

pela queima de combustíveis.

Geralmente são classificadas em dois grandes grupos:

- Convencionais – utilizam como combustível materiais fósseis

- Convencionais – utilizam como combustível materiais fósseis

como carvão, óleo combustível, gás natural, etc.

- Nucleares – utilizam combustíveis físseis (de fissão nuclear)

3. Usinas Termelétricas

3. Usinas Termelétricas

• O grupo de usinas convencionais pode ser dividido em

– usinas com turbinas a vapor;

– usinas com turbinas a gás;

3. Usinas Termelétricas

• As usinas de combustão direta funcionam com base no

princípio dos motores a pistão, como as usinas a óleo diesel.

– Possuem fortes limitações quanto ao tamanho das unidades e apresentam como grandes vantagens suas dimensões reduzidas, a facilidade de operação e manutenção, e a rapidez de tomada ou redução de carga.

redução de carga.

– Os inconvenientes do seu emprego ficam, principalmente, por conta do uso de um combustível dispendioso e da poluição ambiental.

– São normalmente empregadas em localidades sem possibilidade de utilização de outra fonte de geração, ou onde ainda não se dispõe de interligação elétrica com outros sistemas geradores.

3. Usinas Termelétricas

3. Usinas Termelétricas

• As usinas com equipamento a gás utilizam-se da mistura gasosa do ar comprimido com o gás obtido da queima do combustível para acionamento da turbina, conforme esquematizado na figura:

• Este tipo de instalação apresenta dificuldades técnicas construtivas devido às altas temperaturas exigidas e à necessidade de emprego de turbo-compressores, sendo usualmente capazes de produzir potências mais elevadas que as unidades a diesel.

3. Usinas Termelétricas

• Apesar do uso de diferentes combustíveis, as usinas com turbina a vapor (que usam a queima de matéria-prima para obtenção de vapor) podem ser representadas de forma simplificada:

• Neste tipo de usina, a fonte de calor pode ser a combustão de qualquer um dos combustíveis já citados ou, ainda, outro combustível

alternativo.

Obs.: Poderíamos representar uma usina nuclear utilizando a figura 3.16, com inclusão do reator como forma de obtenção de calor a partir da reação nuclear.

3. Usinas Termelétricas

• Representação de usinas termoelétricas nos estudos de

planejamento de geração:

– é feita através de suas características físicas e restrições operativas, tais como:

• Potência máxima; Combustível usado; Consumo específico; Taxa de tomada de carga; Nível mínimo operativo.

• Um parâmetro relevante na caracterização físico-operativa de unidades termoelétricas é a representação gráfica de seu consumo incremental ou de seu custo incremental

– que representa sua taxa de aumento de consumo de combustível (ou de seu custo de operação) em função de um aumento incremental da geração. O gráfico da figura 3.17 mostra o custo incremental de operação de uma unidade termoelétrica.

3. Usinas Termelétricas

3. Usinas Termelétricas

• Os níveis mínimos operativos de usinas termoelétricas,

usualmente

representados

em

estudos

de

planejamento

energético, podem ser decorrentes de diferentes fatores:

– Podem estar ligados às próprias características físicas das usinas, tais como:

=> manutenção da estabilidade do ciclo termodinâmico, ou => do consumo de combustível secundário nas usinas a carvão. => do consumo de combustível secundário nas usinas a carvão.

– Podem também estar relacionados a problemas de estabilidade na rede elétrica.

– Existem ainda usinas que tem um consumo mínimo de combustível contratado com seu fornecedor, para assegurar a continuidade de exploração da fonte a ser utilizada como combustível.

3.1 Termelétricas e Combustíveis Fósseis

• Os combustíveis fósseis são a principal fonte de energia elétrica em

todo o mundo, exceto em alguns países , como Noruega, Brasil

(predominantemente hidráulica) e França (predominantemente

nuclear). Esses combustíveis fósseis são essencialmente:

• Carvão

• Gás natural • Petróleo • Petróleo

• Os combustíveis fósseis são derivados da energia do sol através da

decomposição da vegetação e de plantas.

• Neste sentido, os combustíveis fósseis são também renováveis mas

em uma escala de tempo muito maior – centenas de milhões de

anos - comparado à existência humana.

Termelétricas alimentadas com Carvão

• As usinas de energia alimentadas com carvão são as principais fontes

de eletricidade em muitos países.

• Os Estados Unidos apresentam fartura com este recurso com 30 por

cento do total mundial – suficiente para durar centenas de anos.

• Mesmo assim, há sérias conseqüências ambientais em queimar o

carvão, especialmente pelos gases emitidos que contribuem ao efeito

3.1 Termelétricas e Combustíveis Fósseis

carvão, especialmente pelos gases emitidos que contribuem ao efeito

estufa.

• O carvão disponível pode ser dividido nas seguintes categorias (cada

uma contendo características próprias em termos do conteúdo de

energia e a poluição resultante):

- antracite ou antracito (carvão mineral com mais de 90% de carbono);

- betuminoso ou hulha (carvão mineral que contém betume, e apresenta teor de carbono elevado, mas inferior ao do antracite);

- sub-betuminoso; linhito ou lenhito (apresenta 65 a 75% de carbono) e turfa.

Termelétricas alimentadas com Carvão

• O carvão é queimado utilizando vários mecanismos de queima de

carvão com diferentes eficiências e emissão de carvão na atmosfera:

- alimentador mecânico;

- queima de carvão pulverizado; - queima de forno ciclone;

- combustão de leito fluidizado e gasificação.

3.1 Termelétricas e Combustíveis Fósseis

- combustão de leito fluidizado e gasificação.

• O calor da queima do carvão produz vapor de água, que é utilizado no ciclo termodinâmico de Rankine, onde a água é utilizada como fluido de trabalho. • As termelétricas a carvão têm uma consequência ambiental enorme, mas a

disponibilidade de carvão em custo acessível o faz uma escolha atrativa.

• Termelétricas a carvão levam um tempo considerável para entrar em operação considerando a “partida fria”, e também apresentam tempo de resposta elevado para variar a potência de saída em relação à variação de demanda.

Termelétricas alimentadas com Carvão

Ciclo de Rankine:

• O calor é adicionado à água em alta pressão na caldeira para produzir

vapor, que se expande através das pás da turbina e logo é esfriada no

condensador. As eficiências térmicas de tais ciclos estão tipicamente

em uma faixa porcentual de 35 a 40.

Vapor com elevada pressão

3.1 Termelétricas e Combustíveis Fósseis

Aquecedor Caldeira

Bomba

Condensador Vapor com elevada pressão

Termelétricas alimentadas com Gás Natural e Petróleo

• O gás natural é abundante em certas regiões do mundo, assim como o

petróleo.

• As usinas a gás têm consequências ambientais inferiores às

termelétricas alimentadas com carvão, mas o gás natural sendo um

combustível baseado em hidrocarbonetos também contribui aos gases

3.1 Termelétricas e Combustíveis Fósseis

combustível baseado em hidrocarbonetos também contribui aos gases

de efeito estufa.

• Além disso, tais usinas são relativamente baratas e rápidas para

serem construídas e podem ter eficiências razoáveis.

• As termelétricas alimentadas com petróleo são similares às usinas

alimentadas com gás em sua operação e rendimento.

Termelétricas alimentadas com Gás Natural e Petróleo

Turbinas à gás de Ciclo Simples

• As usinas a gás de ciclo simples utilizam o ciclo termodinâmico de

Brayton.

• Nas usinas de potência alimentadas com gás de ciclo simples, as

3.1 Termelétricas e Combustíveis Fósseis

• Nas usinas de potência alimentadas com gás de ciclo simples, as

eficiências são aproximadamente de 35 por cento, que são

satisfatórias, onde a função primária é alimentar cargas de pico.

• O ciclo termodinâmico de Brayton pode tomar muitas formas

diferentes, a forma mais simples é apresentada na Figura a seguir,

onde o gás natural é queimado em uma câmara de combustão na

presença de ar comprimido e assim expandido através das pás da

turbina, de modo similar ao vapor no ciclo de Rankine.

Termelétricas alimentadas com Gás Natural e Petróleo

Turbinas à gás de Ciclo Simples

• Ciclo termodinâmico de Brayton:

Termelétricas alimentadas com Gás Natural e Petróleo

Turbinas à gás de Ciclo Combinado

• Nas turbinas a gás de ciclo combinado, o calor na exaustão do ciclo

Brayton mencionado anteriormente é recuperado para operar outro

ciclo de Rankine baseado em vapor de água.

3.1 Termelétricas e Combustíveis Fósseis

• A eficiência dessas turbinas pode estar na faixa de 55 – 60 por cento.

• Devido a essas altas eficiências, as termelétricas de ciclo combinado

podem estar na base do atendimento de cargas, e a potência

Termelétricas alimentadas com Gás Natural e Petróleo

Turbinas à gás de Ciclo Combinado

• Ciclo Combinado:

Referência Bibliográfica

• FORTUNATO et all. Introdução ao Planejamento da

expansão e operação de sistemas de produção de energia

elétrica, Rio de Janeiro: EDUFF, 1990. 232 p.

• Imagens de vertedouro tulipa:

http://algumacoisaemcomum.blogspot.com.br/2011/01/lugares-peculiares-tulipa-de-paraibuna.html?m=1

• Dados da Usina Parigot de Souza:

http://www.copel.com/hpcopel/root/nivel2.jsp?endereco=%2Fhpcopel%2Froot %2Fpagcopel2.nsf%2F044b34faa7cc1143032570bd0059aa29%2F08013dd c621f4eed03257412005ed73b

Situação Hidrológica da Bacia do Iguaçu

Disponível em:

Fig. Vertedouro tulipa da Usina Paraibuna, localizado na barragem de Paraitinga

CONTROLE DE NÍVEL D’ÁGUA DOS RESERVATÓRIOS

VAZÃO TURBINADA: é o volume de água que passa pela turbina acionando o conjunto girante.

VAZÃO VERTIDA: é o volume de água que passa pelo vertedouro, auxiliando no controle do nível da água no período chuvoso.

VAZÃO DEFLUENTE: é o volume de água que sai de um reservatório, é a soma da VAZÃO DEFLUENTE: é o volume de água que sai de um reservatório, é a soma da vazão turbinada + vazão vertida.

VAZÃO ACUMULADA: é o volume de água que acumula (+) ou desacumula (-) no reservatório seguinte.

Usinas Hidrelétricas do Estado de São Paulo

Disponível em:

https://maps.google.com/maps/ms?ie=UTF8&t=h&om=1&oe=UTF8&msa=0&msid=115098597369711127800.0 0043853696d6e287fbb7&dg=feature

6000m3/s

USINA ILHA SOLTEIRA

EXEMPLO DE CONTROLE DE NÍVEL DE ÁGUA PARA USINA JUPIÁ

RIO TIETE RIO PARANÁ RIO SUCURIÚ 30 0m 3/ s 6900m3/s USINA JUPIÁ

PARA O NÍVEL DA ÁGUA VARIAR 01Cm, É NECESSÁRIO TER UMA VAZÃO ACUMULADA DE 900M3/S

6900m3/s

NESTE CASO O NÍVEL DA ÁGUA EM JUPIÁ, MANTERÁ ESTÁVEL, POIS A QUANTIDADE DE ÁGUA QUE

6000m3/s

USINA ILHA SOLTEIRA

EXEMPLO DE CONTROLE DE NÍVEL DE ÁGUA PARA USINA JUPIÁ

RIO TIETE RIO PARANÁ RIO SUCURIÚ 30 0m 3/ s 6900m3/s USINA JUPIÁ

PARA O NÍVEL DA ÁGUA VARIAR 01Cm, É NECESSÁRIO TER UMA VAZÃO ACUMULADA DE 900M3/S

6000m3/s

NESTE CASO ESTÁ CHEGANDO MAIS ÁGUA DO QUE SAINDO, ACUMULANDO 900M3/s EM JUPIÁ, ONDE O NÍVEL IRÁ SUBIR 01 CM POR HORA

6000m3/s

USINA ILHA SOLTEIRA

EXEMPLO DE CONTROLE DE NÍVEL DE ÁGUA PARA USINA JUPIÁ

RIO TIETE RIO PARANÁ RIO SUCURIÚ 30 0m 3/ s 6900m3/s USINA JUPIÁ

PARA O NÍVEL DA ÁGUA VARIAR 01Cm, É NECESSÁRIO TER UMA VAZÃO ACUMULADA DE 900M3/S

7800m3/s

NESTE CASO ESTÁ SAINDO MAIS ÁGUA DO QUE CHEGANDO, DESACUMULANDO 900M3/s EM JUPIÁ, ONDE O NÍVEL IRÁ CAIR 01 CM POR HORA

Tele Cheia,

informações sobre vazões. 0800 647 9001