Universidade Federal de Santa Catarina
Departamento de Engenharia Mecânica
Coordenadoria de Estágio do Curso de Engenharia CEP 88040
www.emc.ufsc.br/estagiomecanica
RELATÓRIO DE ESTÁGIO
Período: de
MACROENERGY ENGENHARIA E SERVIÇOS S/A
Nome do aluno: André Faller
Nome do supervisor: Anderson F. Gueths Nome do orientador: Dylton do Vale Pereira Filho
Gaspar, 11 de setembro de 2009
Universidade Federal de Santa Catarina
Centro Tecnológico
Departamento de Engenharia Mecânica Coordenadoria de Estágio do Curso de Engenharia
Mecânica
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RELATÓRIO DE ESTÁGIO – 1/3 (primeiro de três)
Período: de 20/07/2009 a 11/09/2009
MACROENERGY ENGENHARIA E SERVIÇOS S/A
Nome do aluno: André Faller
Nome do supervisor: Anderson F. Gueths Nome do orientador: Dylton do Vale Pereira Filho
Gaspar, 11 de setembro de 2009
Coordenadoria de Estágio do Curso de Engenharia
1/3 (primeiro de três)
MACROENERGY ENGENHARIA E SERVIÇOS S/A
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SUMÁRIO
1. APRESENTAÇÃO DA EMPRESA ... 3
2. ÁREA DE ATUAÇÃO ... 5
3. ATIVIDADES REALIZADAS NO PERÍODO ... 6
3.1INTRODUÇÃO ... 6
3.2PROPOSTAS DE TRABALHO E ESTADO DA ARTE ... 7
3.3ATIVIDADES REALIZADAS ... 9
3.3.1 Especificações Técnicas de Turbinas ... 9
3.3.2 Estudos Energéticos ... 10
3.3.3 Pré-dimensionamento de turbinas ... 12
4. CONCLUSÕES ... 13
5. REFERÊNCIAS ... 14
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1. Apresentação da Empresa
A RISCHBIETER, com sede em Gaspar/SC, tem atuação marcante nos setores da construção civil, tratamento de efluentes industriais/ domésticos e PCH’s - Pequenas Centrais Hidrelétricas. É uma empresa de capital totalmente brasileiro e vem atuando no mercado nacional e internacional desde o ano de 1972.
Com tecnologia própria em algumas áreas e outras com "know how" e/ou parceria com empresas internacionais, empresas nacionais, consultores independentes, Universidades e Centros de Pesquisa nacionais e internacionais, possui um corpo de profissionais de formação especializada nas áreas de fabricação, projetos, assessoria e gerenciamento de obras.
Destacam-se nestas parcerias a Universidade de Munique para cálculo de máquinas hidráulicas – turbinas Kaplan e Francis, a PERMAPOWER / VENSYS no setor de energia eólica, DM2 no setor de tratamento de resíduos e Schlaich Bergermann und Partner no setor de energia solar.
Além do fornecimento de bens e serviços, a RISCHBIETER também participa de alguns empreendimentos de PCH’s como sócia destacando-se a BT Geradora de Energia Elétricas S/A em Frederico Westphalen no Rio Grande do Sul cuja PCH Ferradura já se encontra em operação desde o início do ano de 2004 com potencia instalada de 9,2 MW.
Em 2006, foi criada a Macroenergy Engenharia e Serviços S/A, de acordo com uma visão estratégica de negócios atual, que permitiu aos colaboradores principais a participação nos resultados e decisões.
A Macroenergy Engenharia e Serviços S/A atua nas áreas de projetos, assessoria e gerenciamento de obras de PCH’s (Pequenas Centrais Hidrelétricas) e CGH’s (Centrais Geradoras Hidrelétricas). As principais atividades desenvolvidas são:
• Estudos de viabilidade técnica/financeira; • Registro/Repotenciação de usinas existentes;
4 • Estudos de inventário de rio;
• Projeto Básico;
• Consolidação dos projetos básicos e envio de relatórios para a ANEEL; • Projeto pré-executivo, elaboração das especificações técnicas e
consulta aos fornecedores civis e de equipamentos eletromecânicos; • Projeto Executivo;
• Gerenciamento de compras (equipamentos eletromecânicos & obras civis);
• Gerenciamento de obras civis;
• Aspectos legais quanto à concessão ANEEL; • Requerimento de energia assegurada ANEEL; • Conexão ao sistema elétrico e linha de transmissão; • Gerenciamento da implantação;
• Assessoria técnica para elaboração dos contratos.
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2. Área de Atuação
Dentro da ampla gama de profissionais e áreas de atuação requisitadas para projetos de hidrelétricas destaca-se a área eletromecânica, responsável pelos estudos e decisões referentes aos equipamentos elétricos e mecânicos além de uma interface com a parte civil onde os mesmos estarão instalados. Como esses equipamentos correspondem a uma grande fatia dos investimentos do empreendimento deve-se dar especial importância a eles justiçando, nesse cenário, a existência de um departamento dentro da empresa responsável por essas incumbências.
Dessa forma, o aluno/estagiário estará desenvolvendo trabalhos dentro do Departamento Eletromecânico (DEM) da empresa. No entanto, deve-se considerar toda a integração necessária entre as diversas áreas de atuação.
Cabe ao DEM toda a parte de dimensionamento, especificação técnica, gestão de compras, recepção e análise dos projetos e compatibilização de todos os equipamentos eletromecânicos da hidrelétrica e subestação. Entre eles destacam-se: turbinas, geradores, pontes rolantes, talhas, condutos forçados, chaminés de equilíbrio, comportas, grades, válvulas, painéis de comando, transformadores além de todos os equipamentos associados aos mesmos.
Durante o período de estágio, o aluno ainda desenvolverá papel importante na área de estudos econômicos e energéticos para a definição do arranjo ótimo do empreendimento.
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3. Atividades Realizadas no Período
3.1Introdução
Nesse primeiro período de estágio verificou-se uma rápida inserção do aluno nas atividades do departamento e uma grande integração com a equipe de trabalho. Devido à grande demanda de serviços relativos principalmente à área mecânica e ao elevado número de projetos desenvolvidos paralelamente foi necessário um empenho especial para que fossem cumpridos os prazos e exigências dos projetos.
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3.2 Propostas de trabalho e estado da arte
Desde a chegada do aluno na empresa foi proposto que fossem desenvolvidas metodologias de cálculo e definição de parâmetros para compatibilização da parta eletromecânica de projetos básicos e executivos de hidrelétricas.
Para tanto, torna-se necessário contar com toda a equipe de trabalho da empresa e sua experiência no ramo, com os consultores externos que empresa trabalha em parceria, com a troca de informações técnicas entre as empresas do grupo Rischbieter e, finalmente, com as empresas que mantém contato direto com a Macroenergy.
Nesse âmbito pode-se citar:
• Eng. Mec. DR. KARL RISCHBIETER: Fundador da Rischbieter Engenharia;
• Eng. Eletricista ANDERSON GUETHS: Diretor do Departamento de Eletromecânica da Rischbieter;
• Eng. Mec. PROF. DR. RUDOLF SCHILLING: Chefe do Laboratório e Instituto de máquinas hidráulicas da Universidade Técnica de Munique, Professor Titular da Universidade Técnica de Munique e Consultor Técnico da Rischbieter;
• Geoenergy Engenharia: Empresa projetista integrante do grupo Rischbieter;
• Metalúrgica Ribasa: Empresa fabricante de equipamento mecânicos para hidrelétricas integrante do grupo Rischbieter;
• Enebras Engenharia: Empresa projetista de equipamentos mecânicos. Verificou-se uma carência de material técnico bibliográfico aprofundado na área em questão o que representa um desafio para o aprendizado. Por outro lado, a grande experiência dos profissionais já citados facilitou o andamento e desenvolvimento das atividades.
É importante salientar a aptidão do Brasil e principalmente da região Sul no que diz respeito a hidrelétricas, com um grande parque gerador e com
8 grandes obras, em tamanho e pioneirismo, já executadas adquiriu-se conhecimento que torna o país referência mundial na área atraindo fabricantes do mundo inteiro que hoje trazem tecnologia em competem no mercado nacional. Como exemplo disso temos Itaipu sendo a maior hidrelétrica (em produção de energia) do mundo, Campos Novos sendo a maior barragem de enrocamento do mundo e recentemente as usina do rio Madeira que terão as maiores máquinas do tipo bulbo no mundo.
Perfil das Turbinas da PCH Santo Antônio no Rio Madeira
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3.3 Atividades Realizadas
3.3.1 Especificações Técnicas de Turbinas
No projeto de uma PCH a escolha do tipo de turbina a ser utilizada e o número de unidades a ser instalada é um ponto determinante para a garantia técnica e energética do aproveitamento. Para tais decisões é necessário que sejam feitos diversos estudos que englobam aspectos técnicos e econômicos. Esses estudos fornecem então os dados suficientes para que se possam ser especificadas as turbinas ideais para cada caso.
Durante o período foram efetuadas pelo aluno as especificações técnicas das turbinas hidráulicas das PCH’s Linha Jacinto e Linha Aparecida, ambas no Rio Grande do Sul, bem como os estudos supracitados e que serão comentados em itens posteriores.
Ainda incluso nas especificações devem estar todos os itens que farão parte do escopo de fornecimento do fabricante da turbina, a forma como se darão o projeto e fabricação, os materiais a serem utilizados, as normas a serem seguidas, etc. Todas essas informações partem de um banco de dados da empresa e da experiência e boa prática de engenharia segundo projetos já consolidados.
10 3.3.2 Estudos Energéticos
Os estudos energéticos procuram quantificar os benefícios de um aproveitamento, embasados nos estudos hidrológicos, que fornecem a série cronológica de vazões no local do sítio, objetivando a estatística de geração que irá projetar a operação futura da usina.
O aluno efetuou nesse período diversos estudos desse tipo, podendo-se citar o estudo da PCH São Domingos II com potência de 24 MW no estado de Goiás, PCH Senhora do Porto com potência de 12 MW no estado de Minas Gerais e da PCH Markala com potência de 13,5 MW em Mali, África.
PCH São Domingos II – Casa de Força
11 A simulação energética foi feita através de uma planilha de Análise Energética desenvolvida pelo próprio aluno. Ela simula a operação de usinas hidrelétricas operando em sistema isolado. Além da série de vazões e da queda bruta, o programa leva em consideração a perda de carga do sistema de adução (que varia em função da vazão aduzida), a variação do nível do reservatório e do canal de fuga, a vazão residual e o rendimento pontual das unidades geradoras. Da simulação é obtida uma série de informações, dentre as quais as energias médias, as curvas de permanência de potência, vazões, queda de projeto, etc.
Para o cálculo da energia utiliza-se um modelo baseado na metodologia descrita pela Resolução ANEEL nº169, de 3 de maio de 2001, para usinas hidrelétricas não despachadas centralizadamente.
As turbinas hidráulicas, por razões mecânicas e/ou hidráulicas, possuem certas restrições operativas, abaixo das quais não devem ou mesmo não podem operar, sob o risco de dano severo. Dessa forma, deve-se prever um número de máquinas suficiente para que vazões pequenas na operação da hidrelétrica possam ser turbinadas e contribuírem com a geração de energia ponderando com os custos do aumento da quantidade de máquinas.
Basicamente, os estudos energéticos trazem a informação da potência e o número de máquinas que deverá ser instalado compilando o benefício econômico/energético.
Vista de Gráfico da Planilha
H p = 2 3,5 1 H r = 2 1,8 2 9,0 10,011,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0 21,0 22,0 23,0 24,0 25,0 26,0 27,0 28,0 29,0 30,0 31,0 32,0 33,0 34,0 35,0 36,0 37,0 38,0 39,0 40,0 41,0 42,0 43,0 19 19,5 20 20,5 21 21,5 22 22,5 23 23,5 24 24,5 25 Q ( m ^3 /s ) H (m)
Gráfico de Funcionamento das Turbinas
Potência Máxima Potência Mínima Queda Máxima Queda Mínima Distribuidor Máximo 1 Turbina 2 Turbinas 3 Turbinas 4 Turbinas 5 Turbinas
12 3.3.3 Pré-dimensionamento de turbinas
Outro item importante para o projeto e decisão pelo tipo de turbina a ser utilizado é o dimensionamento prévio. Para tanto são necessários dados supridos pelos estudos energéticos e pelo layout civil da hidrelétrica.
Esse tipo de estudo é feito com a ajuda de um software (TURBNPRO) desenvolvido especialmente para esse fim. Os parâmetros de entrada básicos são: queda, vazão e tipo de máquina. Apesar de o programa efetuar os cálculos de forma automática, faz-se necessária a perícia no seu uso para que alguns parâmetros sejam identificados, tratados e incluídos de forma a calibrar a operação segundo as características reais da máquina.
Várias turbinas foram simuladas durante essa primeira parte do estágio, com destaque para as unidades da PCH Manopla com 5 MW de potência no estado de Pernambuco e a PCH Unaí Baixo com 26 MW de potência no estado de Minas Gerais.
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4. Conclusões
Após este primeiro período de estágio fica claro que, com os trabalhos que estão sendo desenvolvidos, uma grande quantidade de informações está disponível para absorção.
O aluno visualiza quão importante é o contato prático e a experiência de se ver projetos tornarem-se realidade. Além disso, estar presente no mercado de trabalho, relacionando-se com vários profissionais de todas as áreas, tem ajudado na compreensão das atividades de um engenheiro.
Pode-se notar uma forte ligação do conhecimento adquirido durante o curso com o que se tem aplicado durante o estágio. Disciplinas cursadas, tais como mecânica dos sólidos, mecânica dos fluidos, máquinas de fluxo, elementos de máquinas dentre outras, são de uso contínuo no ambiente de trabalho.
Assim, o aluno avalia como supridas as expectativas para esse início de estágio e considera como promissor o período que sucederá.
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5. Referências
• MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA; Eletrobrás. Diretoria de Engenharia. Diretrizes para Estudo e Projeto de Pequenas Centrais Hidrelétricas. Brasília: Edição 2000.
• DE SOUZA, Zulcy; MOREIRA SANTOS, Afonso Henriques; DA COSTA
BORTONI, Edson. Centrais Hidrelétricas: Implantação e
Comissionamento. 2.ed. Rio de Janeiro: Editora Interciência 2009.
• DE SOUZA, Zulcy; CARVALHO VIANA, Augusto Nelson. Turbinas para PCH. Minas Gerais: Fupai.
• DA COSTA BORTONI, Edson; CARVALHO VIANA, Augusto Nelson. Operação de Turbinas Hidráulicas e Reguladores de Velocidade. Minas Gerais: Fupai.
• P SCHREIBER, Gerhard. Usinas Hidrelétricas. Editora Edgard Blücher: Engevix S.A.
• NBR 10280 / NB 1119. Determinação de parâmetros básicos de turbinas hidráulicas para pequenas centrais hidrelétricas. 1988.
• NBR 10393 / NB 1159. Sistema de regulação de turbinas hidráulicas – Ensaios. 1988.
• NBR 11212 / NB 1277. Recomendações para elaboração de especificações técnicas de pequenas turbinas hidráulicas. 1989.
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6. Anexos
Seguem imagens referentes aos projetos onde o aluno esteve incluído:
PCH Eng. Henrique Kotzian – Montagem das turbinas
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PCH São Maurício – Casa de força vista do canal de fuga
