ESTUDOS HIDROLÓGICOS E ENERGÉTICOS. Paulo Antunes da Rocha Bruno van der Meer

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1 ESTUDOS HIDROLÓGICOS E ENERGÉTICOS TE- 033 Paulo Antunes da Rocha Bruno van der Meer 1

2 Objetivo Apresentar os aspectos dos estudos hidrológicos correspondentes aos projetos de PCHs 2

3 Roteiro Estudos Hidrológico: Caracterização fisiográfica da bacia; Medições fluviométricas e curva-chave; Vazões Médias mensais; Estudo de vazões extremas; Estudo de vazões mínimas; Regularização de Descargas; Vazão Sanitária; Amortecimento de Cheias; Remanso. 3

4 A Hidrologia é fundamental para: Dimensionamento de obras hidráulicas; Aproveitamento de recursos hídricos; Controle de inundações previsão de vazões máximas; Controle e previsão de secas -estudo das vazões mínimas; Controle de poluição. 4

5 Aproveitamento Hidrelétrico (mini e PCH) no Brasil. Fonte: Atlas de Energia Elétrica Aneel

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7 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. Fonte: 7

8 Forma da Bacia -A forma da bacia influencia o escoamento superficial e, consequentemente, o hidrogramaresultante de uma determinada chuva. Fonte: 8

9 Exemplos: Estudos Hidrológicos São Francisco Taquari Antas - RS 9

10 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. Qtomais próximo de 1, maior será o potencial de picos elevados de enchentes na bacia. onde: P perímetro da bacia; A área da bacia. 10

11 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. 11

12 Declividade do rio - Quanto maior a declividade, maior será a velocidade de escoamento; neste caso, os hidrogramas de enchente terão ascensão mais rápida e picos mais elevados. Ponto mais baixo: 20 m Ponto mais alto: 300 m Comprimento drenagem = 7 km Declividade = 0,04 m/m ou 40 m por km 12

13 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 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). 13

14 Posto fluviométrico ou fluviômetroconsiste em vários lances de réguas (escalas)instaladas em uma seção de um curso d água, que permite a leitura dos seus níveis d água. 14

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20 Como determinar a curva-chave do rio Paraíba a partir dos pares cota-descarga pela tabela Excel? Fonte: Calischonn& Tassi Introduzindo Hidrologia 20

21 Liminímetro Fonte: 21

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23 EXCEL 23

24 Análise de Consistência Fonte: s/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) 24

25 Fonte: ol%20i_rev3.pdf 25

26 Estudo de vazões extremas são usadas para projetos das estruturas dos vertedouros e de desvio do rio. Fonte: 26

27 Fonte: No Excel usar a ferramenta Percentil para probabilidade acumulada Utilizado para determinação da potência a ser instalada 27

28 Nos estudos estatísticos devem ser utilizadas as distribuições tradicionais. A de Gumbelé preferida quando a assimetria da distribuição é <= 1,5. Fonte: %20EVTE%20UHE%20Teles%20Pires.pdf 28

29 Estudo de Vazões mínimas - Para o controle e previsão de secas. São os menores valores diários de cada ano. Fonte: c3fa-4a3e-bb4b-15640e564f42 29

30 Regularização de descargas reservatórios para armazenar água para, quando necessário, transformá-la em energia elétrica. Fonte: RE R0.compressed.pdf 30

31 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 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 31

32 Amortecimento de cheias Fonte: file:///c:/documents%20and%20settings/paulo/desktop/controledecheias_castro.pdf 32

33 Estudo de remanso - 33

34 Estudos hidrológicos Borda livre Borda livre normal Borda livre mínima Entradas Velocidade e duração do vento Fetch Profundidade Largura, Estrutura Fonte: CARVALHO, David de (2016).

35 Estudos hidrológicos Borda livre Cálculos complexos Para PCHs, fórmulas empíricas e tabelas Tabela 1 - Dados de Eletrobras e CBDB (2003) in PEREIRA, Geraldo Magela (2015). Estrutura BL normal BL mínima Barragem de terra e enrocament o Barragem de concreto Mínima de 3,0 m Mínima de 1,5 m 1,0 m acima do NA máx. moximorum 0,5 m acima do NA máx. moximorum

36 Estudos hidrológicos Borda livre Cálculo do fetch: Onda significativa para ventos de 100km/h (CBDB): Fonte: Complexo Hidrelétrico de Belo Monte - Estudos de Viabilidade, Eletronorte, Novembro, 2001.

37 Estudos hidrológicos Borda livre Tabela 2 - USBR (2003) in PEREIRA, Geraldo Magela (2015). Fetch (km) BL normal (m) BL mínima (m) < 1,60 (~1 milha) 1,22 0,91 1,60 1,52 1,22 4,02 1,83 1,52 8,05 2,44 1,83 16,1 3,05 2,13

38 Estudos hidrológicos Enchimento do reservatório Simular a evolução do nível da água no reservatório ao longo do enchimento inicial, até os níveis de operação. O volume acumulado é calculado com base na diferença entre a vazão que chega e a que sai do reservatório em um intervalo de tempo

39 Estudos hidrológicos Estudos sedimentológicos e de vida útil Assoreamento Redução da capacidade Limita a vida útil Envolve fatores climáticos, geológicos e antrópicos Estudo apontou 30 reservatórios Fonte: ANEEL (2000).

40 Estudos hidrológicos Tabela 3 - ANEEL (2000) Estudos sedimentológicos e de vida útil Exemplo - Itaipu D st 30,8e6 t/ano E r 86% r γ ap 1,13 t/m 3 S 23,4e6 m 3 /ano Fonte: Guia de Avaliação de Assoreamento de Reservatórios, ANEEL, V res (morto) T 4,7e9 m anos

41 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. 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.

42 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.)

43 Estudos energéticos e econômicos Seleção do tipo de turbina A escolha do tipo de turbina é baseada na vazão e na altura da queda d'água. Os tipos mais comuns são Pelton, Francis, Kaplan e Bulbo. Engolimento

44 Estudos energéticos e econômicos Simulação energética Encontrar a produção média para diferentes níveis de motorização Baseada em dados

45 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

46 Referências CARVALHO, David de. Barragens -Uma introdução para graduandos. Disponível em: Acesso em 20/03/2016. PEREIRA, Geraldo Magela. Projetos de Usinas Hidroelétricas - Passo a Passo. Editora Oficina de textos, Complexo Hidrelétrico de Belo Monte -Estudos de Viabilidade. Eletronorte. Novembro, Disponível em: Acesso em 20/03/2016. Guia de Avaliação de Assoreamento de Reservatórios. ANEEL, Disponível em: Acesso em 20/03/2016.