Estitista

The work has the purpose of knowing the main components of a Microcentral Hydroelectric, it is characterization and possibilitu of instalation, completed with the study about potencially of energetics recourses at Cunha city.

The region of cunha, in the State of São Paulo, wich in Alto Paraíba, betwen the serras do Mar, Bocaina e Quebra - Cangalha. This region is excepcionally favourable for small water way, that supplies the afluent that appendage the Bacia Hidrography of Paraíba do Sul river. With this topography it is possible to make eletric energy trough the implantation of Microcentral Hidroelectric that uses a Pelton kind turbine and a permanent loadstone generator. This Microcentrals can have power small down 100KW, that are sufficient to provide eletric energi for ilumination and eletrodomestics.

In order to know the useful hydraulic powre of each property teh useful waterfall height has been determinated and discharge in m3 /s . the electric power value was coherent writh the parameters of a microcentral. Besides, basead in vertical height, the tubulation, the discharge and the distance until center of consumption are factors wich determinate the civil, mechanical, eletric components that would be used (foodgate, tubulation, turbine, genaration, transmisson line, etc) and the total cost of instalation

Observe that yours components are actually acquisition easy, and the possibility of many kinds and quality in all setor ( mechanical, civil, eletric - eletronic).

1. INTRODUÇÃO

Neste trabalho são apresentados métodos simples e práticos para elaboração fácil e econômica dos estudos e projetos das microcentrais hidrelétricas, com levantamento das possibilidades do potencial hidráulico da cidade de Cunha - SP. Uma parte dessa metodologia pode ser aplicada pelos proprietários de locais aproveitáveis que, mesmo não sendo técnicos, através de' métodos simples e expeditos ( diretos, não sendo necessário grandes equipamento e técnicas), poderão avaliar os seus potenciais e os custos de construção das microcentrais. São apresentados métodos expeditos de topografia e hidrometria, para determinação da queda bruta e das vazões do curso d 'água. A parte de hidrologia, foram estabelecidos critérios simples de estudos para a determinação das vazões e potência a ser instalada, projeto do vertedouro e desvio do rio durante a construção. As estruturas civis, tais como barragens, vertedouros, tomadas d' água, casas de máquinas e outras são apresentadas e dependem de parâmetros, como descarga de adução, altura de barragem e outros, ilustrados em desenhos.

Para os equipamentos eletromecânicos, adotou-se tipos de fabricação padronizadas e de fáceis de aquisição ao mercado nacional. Com relação a análise do potencial hidráulico na cidade de Cunha - SP, utiliza-se os métodos descritos neste trabalho para a obtenção dos mesmos.

2 - DESENVOLVIMENTO

Antes da viagem ao campo, para a obtenção de dados, o projetista deve estudar cuidadosamente a fim de ficar instruído das operações que vai executar e poder escolher adequadamente o tipo de arranjo e localização das estruturas que serão registradas nos croquis e a potência a ser instalada. Os estudos iniciais devem começar pela obtenção dos dados básicos para a determinação dos potenciais existentes na áreas de interesse.

A concepção das microcentrais hidrelétricas, conforme a figura 1, impõe arranjos constituídos preferencialmente por uma captação, uma adução, uma casa de maquinas, e o canal de restituição (canal de fuga) ao rio. Em cursos d'água com grandes variações de níveis poderá ser necessária a construção de barragem, com a respectiva estrutura vertedoura. A combinação da captação, adução, casa de máquinas e canal de fuga ,irá compor o arranjo mais conveniente da microcentral hidrelétrica. A composição do arranjo pela associação das diversas estruturas deve levar em consideração alguns dos fatores listados a seguir:

A fase de estudos tem como objetivo principal avaliar as possibilidades do aproveitamento, compreendendo os seguintes estudos:

2.1 - ESTUDOS TOPOGRÁFICOS

Com menor ou maior detalhamento, devem ser realizados, preferencialmente, em toda área que terá influencia na microcentral.

Para o projeto de uma microcentral hidrelétrica vários serviços são necessários:

- Determinação da Queda Natural no Local do aproveitamento.

Dois modos muito simples para efetuar a medição da queda natural são os apresentados:

Para o primeiro método, são suficientes para esse serviço, um nível de carpinteiro e duas réguas bem aplainadas. Coloca -se a ponta inferior da régua menor no nível da água (Ponto A) de modo que fique em posição vertical. Coloca-se depois a régua maior no terreno e controla-se, pelo nível de carpinteiro sobre a mesma, sua posição horizontal. Mede-se a seguir, a altura e marca-se o ponto onde descansa a ponta da régua maior no terreno (Ponto B). Repete-se essa operação entre os pontos C, D, etc, e assim sucessivamente, determinando-se as diferenças de níveis h1 ,h2 , h3 ,etc. conforme mostra a figura 2(b). Se as distancias horizontais forem muito grandes, pode-se utilizar uma linha de nylon em seu lugar, mas deve ser observado que a linha sofrerá uma certa flexão devida ao seu peso, e isto pode influenciar nas medidas

Para o segundo método serão necessárias duas réguas de cerca de 2 m de comprimento e um tubo plástico flexível e transparente, com 1 cm de diâmetro interno e 6 m de comprimento. Para facilitar a medição, as réguas deverão ser dotadas de escalas métricas. Colocam-se as duas réguas , em posição vertical, sobre dois pontos quaisquer E e F (fig.2(c)) entre os quais deseja-se medir o desnivelamento (h5) . Com o auxílio do tubo plástico flexível e transparente, cheio de água corada, determina-se em cada régua pontos de igual nível, criando um plano horizontal de referencia. A diferença entre as alturas desse plano sobre os dois pontos E e F em medição, dará a diferença de nível h5 entre esses pontos, conforme mostra a figura 2 (c).

Um terceiro método é utilizar sua própria altura e colocar na direção dos seus olhos, um nível de pedreiro e, através da visualização da centralização da bolha de ar do nível, acha-se um ponto no terreno, marcado por um ajudante para que a pessoa que está com o nível se posicione. A altura do olho da pessoa até o chão dá as alturas parciais da altura de queda. Este método é um pouco impreciso mas em situações adversas pode ser utilizado.

A figura 2(a) mostra o perfil obtido pelos métodos descritos acima:

2.2 - ESTUDOS HIDROLÓGICOS

Os estudos hidrológicos permitem determinar vazões máxima e mínima turbinadas e áreas inundadas. Para que os Estudos Hidrológicos apresentam alto grau de confiabilidade é indispensável o conhecimento do comportamento do rio em longo período passado e e visam basicamente a estimação de:

Medições Expeditas de Vazão mínima

Entre os processos para se medir a vazão de uma vala, córrego, riacho, ou mesmo um pequeno rio, de forma expedita, os mais simples são aqueles realizados por meio de flutuadores ou por meio de vertedores.

- Medição com Flutuador: Escolhe-se um trecho reto do curso d'água cujo leito seja uniforme e onde a água flua serenamente. Mede-se o seu comprimento L que, se possível, deve ser superior a 10 metros, marcando-se o seu inicio e o seu fim, que pode ser feito com duas cordas amarradas em estacas cravadas nas margens e em posição perpendicular ao eixo da vala ou do córrego. Em seguida coloca -se, a alguns metros a montante do início do trecho escolhido e no meio do leito, um flutuador constituído por uma garrafa fechada e enchida em 1/3 do seu volume. Com um cronômetro, determina-se o tempo, em segundos, que o flutuador gasta para percorrer o trecho escolhido para a medição da vazão.

As áreas das medições transversais limitadas pelos níveis d'água e o fundo da vala ou do córrego devem ser determinadas no mínimo, para os pontos inicial e final do trecho de medição (fig. 3). Se o comprimento desse trecho for longo, aconselha-se determinar as áreas de uma ou mais seções transversais intermediárias.

A vazão Q, em m3 /s, pode ser calculada pela fórmula:

na qual:

L =comprimento do trecho medido, entre as duas seções transversais extremas, em m;

=média das áreas das seções transversais, levantadas ao longo do trecho, em m2;

t = tempo de percurso do flutuador, em s e 0,8 = coeficiente de correção de velocidade superficial para velocidade média na seção de medição;

- Medição com vertedor Retangular: o processo de medição com vertedor retangular conduz a resultados mais precisos que o processo de medição com flutuador. O cálculo da vazão se por:

sendo:

Q = vazão em m3 /s;

b=largura da abertura do vertedor, em m;

h = altura do nível d'água sobre a crista do vertedor , em m, medida a montante desta, no local onde foi era cravada a estaca.

Medições de Vazão de projeto da(s) turbina(s)

Para as centrais hidrelétricas de pequena capacidade, o método que vem sendo empregado há muitos anos consiste em fazer algumas medições da vazão nos cursos d' água nos períodos de estiagem, adotando a mínima como representativa da vazão de projeto da(s) turbina(s). Para o caso de centrais hidrelétricas a fio d'água, a vazão de projeto (Q) a adotar será a vazão com 95% de ocorrencia (Q95 ), estimada em função da vaão mínima (Qmin)(1) dada pela relação:

O coeficiente Cq fornece a relação Q95/Qmin. Alguns destes valores são fornecidos na tabela (1);

Vazão de Cheia Máxima

Para se obter as dimensões do vertedouro e principalmente da barragem, é importante estimar a vazão de cheia, que é aquela que ocorrerá na ocasião das maiores chuvas. O cálcilo desta vazão é feito pela seguinte fórmula (4):

sendo:

Qcheia = vazão de cheia, em m3 /s;

Cd = coeficiente de escoamento superficial, mostrado na tabela 2;

I = intensidade de chuva, em mm/h;

Ad = área de drenagem, em Km2

2.3 - ESTUDOS GEOLÓGICO-GEOTÉCNICO

O projeto, implantação e utilização das estruturas que compõe o arranjo exigem conhecimento local da geologia e das cargas possíveis de serem suportadas. A geologia e geotecnia tratam, basicamente , de dois aspectos:

- local da barragens e obras anexas: aborda questões como desmatamento, encostas íngremes e tipo de solo que comportará a barragem e reservatório.

- dos materiais naturais de construção: abrange o estudo de solo para construção de obras de terra, areias, rochas

2.4 - ESTUDOS ECOLÓGICOS E SÓCIO - ECONÔMICOS

As análises a serem feitas deverão voltar-se principalmente à definição de medidas de proteção das instalações da microcentral e do reservatório, das questões ligadas a população local, eliminação de riscos a saúde, referente a doenças endemicas.

Para instalar uma microcentral hidrelétrica na propriedade, devem ser informadas as localização e características do paroveitamento à Agencia Nacional de Energia Elétrica - ANEEL, que é o órgão responsável pelo registro e fiscalização deste tipo de empreendimento. As microcentrais estão impedidas de vender energia elétrica aos vizinhos. Se for o caso, para viabilização da implantação e operacionalização do empreendimento, sugere-se a criação de uma cooperativa entre os vizinhos usuários da microusina.

Com a formação do reservatório pode-se estudar as possibilidades do seu uso em vários setores como , por exempo, no abastecimento de água, agricultura de vazamento, agricultura irrigada, pesca em geral e piscicultura intensiva.

2.4-COMPONENTES E DETALHES CONSTRUTIVOS DE UMA MICROCENTRAL HIDRELÉTRICA

• Barragem

A barragem é a estrutura componente do aproveitamento destinada a criar um desnível hidráulico localizado. Nos rios em que sofrem consideráveis variações diárias em seu nível d'água, faz necessária a construçào de uma barragem que twm por função estabilizar o nível de água. A barragem tem alturas reduzidas e geralmente é construída em trechos encachoerados do rio.

Caso seja necessária a construção de uma barragem para garantir a operacionalidade da tomada d' água, deve-se escolher o tipo.

Barragem de Terra: Este tipo de barragem e apropriado para vales abertos, em locais onde há grande disponibilidade de solo argiloso ou areno-argiloso, e espaço suficiente para situar o Sangradouro (vertedouro) em uma das margens, que pode ser observado na figura 4(b). A largura da crista deve ser de no mínimo 5 m para utilização como estrada e de no mínimo 3 m se não. A cota da crista da barragem deverá ser superior a 30% do valor da cota do nível máximo de água no reservatório, sendo conhecida esta faixa de segurança como borda livre. A inclinação dos taludes de jusante e de montante são determinadas pelo tipo de solo que será feita a barragem, como mostra a tabela 3.

Para proteção do talude de montante usa-se aplicar materias granulares graúdos ( cascalho ou mistura de britas), compactando-os com o talude. Para jusante, até 1/3 da altura de água deve-se colocar cascalho ou brita e o rstante utilizar vegetação.

Barragem de Alvenaria de Pedra Argamassada: São recomendas para vales relativamente estreitos, com boas fundações . este tipo de barragem permite a construção de vertedores.

Barragem de Concreto e Barragem Ambursen: São barragens mistas: parte dela é feita em concreto, parte é feita em madeira (fig. 4(a)). Esses tipos de barragem são recomendáveis para vales estreitos, com no Máximo 100 metros de largura, apresentando boas condições de fundações em rocha pouco fraturada, e onde a constrição de um vertedouro lateral seria problemática devido a encostas íngremes e rochosas, sendo, portanto, necessário que a água verta por sobre o corpo da barragem

As vantagens de se construir este tipo de barragem em relação ao de concreto são:

- volume de concreto cerca de 4 a 5 vezes menor;

- maiores facilidades de desvio do rio;

- as pressões transmitidas à fundação são mínimas.

• Vertedouro

Como já foivisto, não se pode deixar com que a água excedente passe por cima da barragem, por isso precisa de um dispositivo que extravase o excedente ao qual dá-se o nome de vertedor, vertedouro ou sangradouro.O vertedouro pode ser construído lateralmente a barragem ou no corpo desta. A forma mais comum do vertedouro é a trapezoidal ou retangular. A fórmula (5) fornece o comprimento máximo do vertedouro (b)

em que:

h é a altura da lamina de água do vertedouro em metros.

• Tornada d'água

A capitação da água feita pela tomada d'água ser implantada o mais próximo possível da casa de máquinas, diminuindo o trecho de adução para a mesma altura de queda. A tomada d'água pode ser ligada