ESTUDO DE VIABILIDADE DE UM APROVEITAMENTO HIDRELÉTRICO NO TRECHO DE VAZÃO REDUZIDA DO APROVEITAMENTO HIDRELÉTRICO BELO MONTE

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1 ESTUDO DE VIABILIDADE DE UM APROVEITAMENTO HIDRELÉTRICO NO TRECHO DE VAZÃO REDUZIDA DO APROVEITAMENTO HIDRELÉTRICO BELO MONTE Monique Lopes Avelino Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro. Orientadores: Tarcísio Luiz Coelho de Castro Heloisa Teixeira Firmo Rio de Janeiro Setembro de 2017 i

2 ESTUDO DE VIABILIDADE DE UM APROVEITAMENTO HIDRELÉTRICO NO TRECHO DE VAZÃO REDUZIDA DO APROVEITAMENTO HIDRELÉTRICO BELO MONTE Monique Lopes Avelino PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL. Examinado por: Prof. Tarcísio Luiz Coelho de Castro Prof. Heloisa Teixeira Firmo, D.Sc. Prof. Paulo Renato Barbosa, M.Sc. RIO DE JANEIRO, RJ BRASIL SETEMBRO de 2017 ii

3 Avelino, Monique Lopes Estudo de Viabilidade de um Aproveitamento Hidrelétrico no Trecho de Vazão Reduzida do Aproveitamento Hidrelétrico Belo Monte/ Monique Lopes Avelino - Rio de Janeiro: UFRJ/Escola Politécnica, VIII, 44 p.: il.; 29,7 cm. Orientadores: Tarcísio Luiz Coelho de Castro e Heloisa Teixeira Firmo Projeto de Graduação UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso de Engenharia Civil, Referências Bibliográficas: p Trecho de Vazão Reduzida. 2. Vazão Ambiental. 3. Aproveitamento Hidrelétrico. I. Castro, Tarcisio Luiz Coelho. II. Firmo, Heloisa Teixeira. III. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Civil. IV. Estudo de Viabilidade de um Aproveitamento Hidrelétrico no Trecho de Vazão Reduzida do Aproveitamento Hidrelétrico Belo Monte. iii

4 Agradecimentos Primeiramente, gostaria de agradecer à Deus. Sem Ele, nada seria possível. Agradeço também aos meus pais, Mario e Jurema, que são a base da minha educação. Obrigada por todo amor, dedicação e paciência durante todos esses anos. Vocês, dentro da nossa realidade, nunca mediram esforços para me proporcionar a melhor educação que eu poderia ter. Serei grata eternamente. Aos meus familiares, que sempre esboçavam sua torcida para que eu continuasse firme. Às minhas amigas, Mayana Müller e Mayara Müller, que dividiram um pouco de suas vidas durante esses anos de faculdade. Obrigada por todo o apoio e descontração. Aos meus amigos do curso de Engenharia Civil que fizeram dessa caminhada mais leve e agradável. Em especial, gostaria de agradecer à Elisa Couto, Marcella Lorena e Carolina Ramos pela parceria e companheirismo dentro e fora de sala desde o primeiro período. Eu não conseguiria sem vocês. Aos meus amigos da Hatch com quem tive o prazer de estagiar durante dois anos (e contando). Obrigada por contribuírem na escolha da minha ênfase em Recursos Hídricos e Meio Ambiente. Sou muito grata por toda a paciência, amizade e oportunidade de conhecimento que vocês me proporcionaram. Em especial, agradeço a Renata Nery e Antonio Pellissari. Por fim, agradeço aos meus orientadores Tarcísio Castro e Heloisa Firmo, que disponibilizaram parte de seu tempo a me orientar. Toda a atenção, informação e conhecimento fornecidos foram fundamentais para a elaboração desse trabalho. iv

5 Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil. Estudo de Viabilidade de um Aproveitamento Hidrelétrico no Trecho de Vazão Reduzida do Aproveitamento Hidrelétrico Belo Monte Monique Lopes Avelino Setembro/2017 Orientadores: Tarcísio Luiz Coelho de Castro Heloisa Teixeira Firmo Nesse trabalho é apresentado um estudo de viabilidade de implantação de um aproveitamento hidrelétrico no trecho de vazão reduzida do AHE Belo Monte, aproveitando a vazão ambiental a ser mantida e o desnível do trecho, que é localizado na Volta Grande do rio Xingu. Tal implantação visa, além de resolver alguns problemas gerados nesse trecho, incrementar, com o menor impacto ambiental possível, a potência gerada pelo empreendimento, visto que, com esse arranjo atual, Belo Monte apresenta um fator de capacidade abaixo da média do setor hidrelétrico brasileiro. Esse trabalho contempla os estudos hidrológicos, estudos energéticos, projeto simplificado das obras civis, orçamento e estudo de viabilidade técnico-econômica. Como principal conclusão, tem-se que a solução é viável em partes e recomenda-se o desenvolvimento detalhado do projeto aqui proposto. Palavras-Chave: Trecho de Vazão Reduzida, Vazão Ambiental, Aproveitamento Hidrelétrico. v

6 Abstract of the Graduation Project presented to Escola Politécnica/UFRJ as part of the necessary requirements for obtaining the degree of Civil Engineer. Feasibility Study of a Hydroelectric Development in the Reduced Flow Section of Hydroelectric Development Belo Monte Monique Lopes Avelino September/2017 Advisors: Tarcísio Luiz Coelho de Castro Heloisa Teixeira Firmo In this study is presented the feasibility study for the implementation of a hydroelectric development in the Reduced Flow Section of Hydroelectric Development Belo Monte, taking advantage of the ecological flow to be maintained and the section head, which is located at Xingu River Volta Grande. This implementation aims to, besides resolving some of the issues developed in this section, increase, with the smallest environmental impact as possible, the power generated by the project, given that with its current arrangement, Belo Monte is found to have a below average capacity factor compared to the Brazilian hydroelectric market. This article comprises the hydrological studies, energy studies, simplified civil works designs, budget and technical-economic feasibility studies. Its main conclusion is that the solution is partially viable and a detailed development of this project is recommended. Key-Words: Reduced Flow Section, Ecological Flow, Hydroelectric Development. vi

7 Sumário 1. Introdução Considerações Iniciais Objetivos e Metas Justificativa Metodologia Estrutura do Trabalho Apresentação da UHE Belo Monte Empreendimento Trecho de Vazão Reduzida (TVR) Localização Impactos na Região do Trecho de Vazão Reduzida Análise dos Dados Disponíveis Hidrologia Análise de Cheias Topografia Curvas-Chave Estudos e Avaliações Ambientais Vazões Médias Mensais Propostas para o TVR Novo Eixo Definição do Novo Eixo Estudos Hidrológicos Série de Vazões Cheias de Projeto Estudo de Remanso Estudos Energéticos do Novo Eixo Dados Básicos e Critérios Adotados Definição da Potência Instalada da Usina Fator de Capacidade e Garantia Física Dimensionamento das Estruturas Vertedouro Dimensionamento Hidráulico Casa de Força Turbinas Hidráulicas Definição da Turbina para o Novo Eixo Resultados Barragem vii

8 8.4 Estudo de Desvio Orçamento das Obras Barragem de Concreto Convencional Vertedouro Turbinas Kaplan Casa de Força Resumo do Orçamento Estimativa do Custo de Implantação Análise da Viabilidade Técnica e Econômica Conclusões e Recomendações Referências Bibliográficas viii

9 Lista de Figuras FIGURA 1.5-1: UHE CAPIM BRANCO SOLEIRA VERTENTE... 7 FIGURA 1.5-2: UHE CAPIM BRANCO SOLEIRA VERTENTE... 7 FIGURA 1.5-3: UHE CAPIM BRANCO SOLEIRA VERTENTE... 8 FIGURA 2.1-1: MAPA DE LOCALIZAÇÃO DO EMPREENDIMENTO FIGURA 2.1-2: ARRANJO DO SITIO PIMENTAL FIGURA 2.1-3: VERTEDOURO SITIO PIMENTAL FIGURA 2.1-4: CASA DE FORÇA E TOMADA D ÁGUA SITIO PIMENTAL FIGURA 2.2-1: TRECHO DE VAZÃO REDUZIDA (TVR) FIGURA 2.2-2: VISTA AÉREA DO TRECHO DE VAZÃO REDUZIDA TVR NO PERÍODO DE ESTIAGEM, COM O CANAL PREFERENCIAL DE ESCOAMENTO EM PRIMEIRO E ÚLTIMO PLANO FIGURA 2.2-3: VISTA AÉREA DO RIO BACAJÁ, PRINCIPAL AFLUENTE DO RIO XINGU NO TRECHO DE VAZÃO REDUZIDA TVR FIGURA 2.2-4: PERFIL DO RIO XINGU NA ÁREA DIRETAMENTE AFETADA PELO AHE BELO MONTE FIGURA 3.1-1: HIDROGRAMA DE VAZÕES DE ANOS HIDROLÓGICOS CARACTERÍSTICOS FIGURA 3.1-2: PERMANÊNCIA DAS VAZÕES MÉDIAS MENSAIS AFLUENTES ( ) FIGURA 3.1-3: AHE BELO MONTE CASA DE FORÇA PRINCIPAL QUEDA LÍQUIDA DISPONÍVEL - BASE FIGURA 3.1-4: PICOS DE CHEIAS DECAMILENARES EM FUNÇÃO DAS HIPÓTESES ESTUDADAS E DAS DIVERSAS DISTRIBUIÇÕES DE PROBABILIDADE FIGURA 3.1-5: HIDROGRAMA CHEIA DE 50 ANOS FIGURA 3.1-6: HIDROGRAMA CHEIA DE ANOS FIGURA 3.3-1: CURVA CHAVE CANAL DE FUGA DO AHE BELO MONTE FIGURA 4.1-1: HIDROGRAMA ECOLÓGICO PROPOSTO VERSUS HIDROGRAMA CONSIDERADO NOS ESTUDOS DE VIABILIDADE FIGURA 5.1-1: PERFIL COM A DIVISÃO DE QUEDA RECOMENDADA PARA O RIO XINGU FIGURA 5.1-2: CACHOEIRA GRANDE SITUADA NO FINAL DA REGIÃO COM PREDOMÍNIO DOS PEDRAIS FIGURA 5.1-3: SEÇÃO ONDE ESTARÁ LOCALIZADO O NOVO EIXO FIGURA 6.1-1: CURVA DE PERMANÊNCIA DE VAZÕES MÉDIAS MENSAIS AFLUENTES AO NOVO EIXO FIGURA 6.3-1: LOCAÇÃO DAS SEÇÕES TOPOBATIMÉTRICAS FIGURA 6.3-2: COEFICIENTES DE RUGOSIDADE FIGURA 6.3-3: GEOMETRIA UTILIZADA NO HEC-RAS PARA A SIMULAÇÃO DO TVR FIGURA 8.1-1: CROQUI OGIVA PADRÃO FIGURA 8.1-2: PERFIL DO QUADRANTE DE MONTANTE FIGURA 8.1-3:PERFIL DO QUADRANTE DE JUSANTE FIGURA 8.1-4: COORDENADAS DO PONTO DE TANGÊNCIA FIGURA 8.1-5: DETERMINAÇÃO DO PERFIL DA LINHA D ÁGUA FIGURA 8.1-6: DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE DESCARGA FIGURA 8.2-1: SELEÇÃO DO TIPO DE TURBINA FIGURA 8.2-2: DIMENSÕES DA TURBINA, DA CAIXA ESPIRAL, DO GERADOR E DO TUBO DE SUCÇÃO FIGURA 8.3-1: SEÇÃO REPRESENTATIVA DO NOVO BARRAMENTO FIGURA 9.1-1: BARRAGEM DE CONCRETO CONVENCIONAL CUSTO POR METRO DE CRISTA ix

10 FIGURA 9.2-1: VERTEDOURO TIPO BARRAGEM (OGIVA ALTA) EM CONCRETO CONVENCIONAL OBRAS CIVIS CUSTO POR M³/S DE CAPACIDADE FIGURA 9.2-2: VERTEDOURO DE SUPERFÍCIE EQUIPAMENTOS HIDROMECÂNICOS E DE LEVANTAMENTO CUSTO UNITÁRIO FIGURA 9.3-1: TURBINAS KAPLAN COM CAIXA ESPIRAL EM AÇO CUSTO UNITÁRIO FIGURA 9.4-1: CUSTO TOTAL DAS OBRAS CIVIS DA CASA DE FORÇA Lista de Tabelas TABELA 2.1-1: CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS PRINCIPAIS DO AHE BELO MONTE TABELA 3.1-1: SÉRIE DE VAZÕES MÉDIAS MENSAIS (M³/S) NA ESTAÇÃO DE ALTAMIRA TABELA 3.1-2: CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DA SÉRIE DE VAZÕES MÉDIAS MENSAIS UTILIZADA PARA DIMENSIONAMENTO HIDROLÓGICO DO AHE BELO MONTE TABELA 3.1-3: VALORES DE REFERÊNCIA EIA TABELA 3.3-1: POLINÔMIO CURVA CHAVE AHE BELO MONTE TABELA 4.1-1: HIDROGRAMA AMBIENTAL VAZÕES MÉDIAS MENSAIS PROPOSTAS PARA O TVR TABELA 6.1-1: VAZÕES MÉDIAS MENSAIS (M³/S) NOVO EIXO TABELA 6.3-1: RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES NO HEC-RAS TABELA 6.3-2: ELEVAÇÕES DO NÍVEL D ÁGUA NAS SEÇÕES DE INTERESSE TABELA 8.2-1: TIPOS DE TURBINA Lista de Quadros QUADRO 6.1-1: PERMANÊNCIA DAS VAZÕES MÉDIAS MENSAIS DA ALTERNATIVA DO NOVO EIXO QUADRO 7.3-1: RESULTADOS ENERGÉTICOS DO ESTUDO DE POTÊNCIA x

11 1. Introdução 1.1 Considerações Iniciais A sociedade moderna, quase que em sua totalidade, apresenta dependência de energia elétrica em todas as suas atividades diárias. A influência dessa energia elétrica, porém, vai muito além disso. Ela influencia o Produto Interno Bruto (PIB) de um país, impacta o Índice de Desenvolvimento Humano (IDH), além de ser suportar atividades na área da saúde, educação e segurança. A gama de benefícios que uma sociedade pode ter, ao solucionar a sua demanda por eletricidade é muito extensa. [1] O que podemos observar é, uma constante procura por novas tecnologias de geração, buscando cada vez mais otimizar os custos. Todos os países desenvolvidos, equacionaram, de alguma forma, a sua questão energética, a fim de proporcionar à sua população o suporte energético necessário para desenvolver, crescer e melhorar suas condições de vida. [1] No Brasil, vivemos uma forte expansão da nossa fonte mais abundante: as hidrelétricas. Diversas usinas, de diversos tamanhos, foram instaladas, tornando a matriz elétrica brasileira, predominantemente hídrica. Fato considerado por muitos uma opção privilegiada, em função de seu baixo custo de geração e de seu caráter renovável. [1] O Brasil pode ser considerado, de fato, privilegiado nesse sentido. Apesar de criticada por questões ambientais, a geração hidrelétrica é renovável, por não gastar água. A aceleração das turbinas se dá pelo movimento da água, pela gravidade, sendo ela devolvida ao seu curso após esse movimento. Somado à isso, a eletricidade produzida por fontes hídricas é mais barata e permite o estoque de água para a utilização em tempos de seca ou de demandas maiores. [1] Embora tenhamos potencial para energias renováveis, além da nossa vocação hídrica, podemos destacar nosso alto potencial para a utilização de fontes como eólica, biomassa e solar, não podemos dizer que o Brasil equacionou a questão elétrica nacional. Longe disso. Nosso planejamento é constantemente questionado por especialistas e raramente cumprido. Podem ser atribuídos problemas por questões políticas, dificuldades tarifárias e fatores ambientais. [1] 1

12 Há também uma imagem denegrida das usinas hidrelétricas, devido à equívocos cometidos em algumas obras do setor, além de ações de grupos ativistas que são contrários à esse tipo de empreendimento. Dentro deste contexto, podemos destacar o AHE Belo Monte, que sofreu duras críticas por apresentar uma produtividade baixa. Embora tenha ,3 MW de capacidade instalada, o que a torna a segunda maior hidrelétrica do país, Belo Monte tem estimativa de energia firme 1 equivalente a MW médios anuais na Casa de Força Principal e 77 MW médios na Casa de Força Complementar, ou seja, cerca de 40% da capacidade.[2] A energia firme de Belo Monte pode ser justificada como baixa, por conta das características do Rio Xingu, cuja vazão fica bastante reduzida em épocas de seca. Como ela não tem reservatório, é uma usina a fio d água, ela gera energia conforme a quantidade de água existente no rio. Outro grande questionamento acerca de Belo Monte surgiu após a sua implantação. Antes, as polêmicas giravam em torno da grande área alagada e dos impactados que ficariam embaixo d água. Hoje, entretanto, a polêmica se volta para os que foram impactados pela ausência da mesma na região denominada Volta Grande do Xingu. As vazões previstas no Estudo de Impacto Ambiental não foram suficientes para manter a normalidade das atividades do trecho. O que buscamos aqui, neste trabalho é, abaixo dessa discussão, com dados consultados em fontes públicas, compreender por meio de informações consistentes e por métodos de estudo coerentes, os benefícios e os custos financeiros, sociais e ambientais causados por uma alternativa de uma nova fonte geradora, alinhada à uma fonte que apresenta um baixo fator de capacidade e duras críticas ambientais quanto à manutenção das características hídricas de um trecho a jusante. O Plano Decenal de Expansão de Energia (PDE) é publicado pela EPE regularmente a cada ano como um elemento de informação a toda a sociedade, bem como aos agentes e investidores, com uma indicação das perspectivas de expansão futura do setor de energia. É um documento de planejamento indicativo e não determinativo. É voltado para todos os setores de energia, e propicia uma visão integrada, além da energia elétrica, para um horizonte de 10 anos. Para 1 Energia Firme: Energia média gerada na sequência mais seca do histórico (período crítico) 2

13 agentes e investidores, o PDE facilita o acesso à informação relevante para a tomada de decisões. O PDE também é instrumento de comunicação e apoio ao planejamento do setor de energia para identificar e investigar as estratégias indicativas para a expansão da oferta de energia nos próximos anos e as sinergias entre os setores, com benefícios em termos de aumento de confiabilidade, redução de custos de produção e redução de impactos ambientais. O PDE é construído com base nas dimensões mais importantes associadas ao planejamento de expansão de energia considerando os aspectos: econômico, estratégico e socioambiental. O plano procura identificar, no caso de geração de energia elétrica as diversas oportunidades de geração a partir dos estudos feitos para identificação de possíveis alternativas de diversas fontes, entre elas a energia hidrelétrica. O que se pode ver é que apesar de se verificar um crescimento prospectivo na demanda de energia (cerca de 7% ao final do período mesmo considerando o cenário atual de crise econômica) que poderia justificar a necessidade de maior investimento nessa fonte limpa e renovável, o que se verifica no plano indicativo é que até o fim de 2023 não está prevista a entrada de nenhuma hidrelétrica. Esse fato pode ser explicado pela diminuição da demanda nos últimos anos por conta da crise econômica, e pela entrada recente de grandes empreendimentos de geração hidráulica como Belo Monte, Jirau e Santo Antônio que somaram grandes quantidades de energia para o sistema brasileiro. 3

14 Fonte: Plano Decenal de Energia PDE (2017) No entanto, esse planejamento é apenas indicativo e usinas hidrelétricas podem ser necessárias antes desse horizonte planejado se houverem mudanças nas taxas de crescimento da demanda. E além disso deve-se ter em mente que uma hidrelétrica de médio a grande porte leva pelo 5 anos para ser planejada e licenciada e mais 5 anos para entrar em operação, o que justifica que se continue investindo em novos projetos e novas oportunidades de geração. 1.2 Objetivos e Metas O presente trabalho tem como objetivo o estudo e sugestão de solução para os problemas ambientais do trecho de Vazão Reduzida do AHE Belo Monte além da tentativa de aumento do fator de capacidade do empreendimento. Para isso, serão utilizadas bibliografias pertinentes e disponíveis para a elaboração de um estudo de viabilidade de um aproveitamento hidrelétrico, associada ao uso de programas como o HEC- RAS, para a análise dessa solução intitulada como Novo Eixo. Dos objetivos pertinentes temos: Analisar as características do AHE Belo Monte como um todo, além de todas as informações acerca do local onde o aproveitamento está inserido, para verificar a viabilidade do estudo; 4

15 Análise do regime de vazões ecológicas liberadas para o trecho, determinadas pelos hidrogramas ambientais disponíveis; Definição do local que melhor aproveite as características do TVR para ser implantada a alternativa do Novo Eixo; Elaboração dos estudos hidrológicos e energéticos do Novo Eixo a partir dos dados observados e analisados anteriormente; Dimensionamento das principais estruturas componentes do Novo Eixo; Estimativa do Orçamento das obras que englobam o empreendimento; Análise geral da viabilidade técnica e econômica do Novo Eixo. 1.3 Justificativa O trecho de vazão reduzida (TVR) é um termo utilizado no setor elétrico para definir o estirão fluvial do rio natural que, após a inserção da barragem de uma usina hidrelétrica, passa a ter sua vazão reduzida, pois num arranjo como esse a maior parte das vazões é desviada do curso principal para um canal de adução. O termo alça de vazão reduzida (AVR) também é empregado para caracterizar esse trecho. [3] Muitas usinas foram construídas no Brasil com a vazão nula para o TVR, pois não existia nenhuma regulação sobre o assunto. Porém, nos últimos anos, com a aprovação da legislação de outorga a nível Federal e nos Estados, passou-se a exigir que uma determinada vazão mínima fosse liberada para o TVR para garantir que o curso principal mantenha as condições ambientais e de usos da água adequadas para os ecossistemas aquáticos. No caso do AHE Belo Monte aqui estudado, o EIA Estudo de Impacto Ambiental contemplava, entre outros aspectos, um hidrograma de vazões a ser liberado para o trecho à jusante do barramento visando a diminuição dos impactos ambientais e da interferência dessa implantação nos ecossistemas. Porém, conforme pode ser verificado em noticiários, aparentemente tal vazão não foi suficiente para manter as atividades anteriormente praticadas no trecho. [3] A proposta desse trabalho é aproveitar o desnível e a vazão ambiental a ser mantida no Trecho de Vazão Reduzida, localizado na Volta Grande do Rio Xingu, para a implantação de um aproveitamento hidrelétrico. 5

16 Essa implantação visa, além de devolver as condições hídricas do TVR a partir da inundação da Volta Grande do Xingu, levando à consequente melhoria da navegação, pesca, etc, incrementar, com o menor impacto possível, a potência gerada pelo empreendimento, aumentando a capacidade instalada, e consequentemente o fator de capacidade e a energia garantida. 1.4 Metodologia Podemos assimilar a metodologia empregada nesse trabalho ao exemplo da UHE Capim Branco I, localizada no rio Araguari, no trecho entre a barragem da UHE Miranda e a Usina de Capim Branco II, no estado de Minas Gerais, com potência de geração de 240 MW. A geração de energia dessa UHE depende do desvio da maior parte da vazão do rio Araguari para um túnel de adução que conduz a água à Casa de Força, de onde será retornada ao curso natural do rio. Com esse desvio, o leito natural do rio, com extensão de 9 km passou a receber uma vazão de 7 m³/s, inferior a vazão natural, caracterizando-se assim, como um trecho de vazão reduzida. [4] Em decorrência da diminuição da vazão e consequente alteração do perfil hidráulico do trecho, foi proposta pela Fundação Estadual de Meio Ambiente de Minas Gerais (FEAM) uma medida mitigadora: a implantação de soleiras vertentes transversais ao fluxo (barramentos). Dessa forma, ocorreria uma elevação do nível d água a patamares próximos aos do período quando não havia o empreendimento. Causando assim, a formação de compartimentos com características hidrodinâmicas próximas às características de reservatório. [4] 6

17 Figura 1.4-1: UHE Capim Branco Soleira Vertente Fonte: Acervo Pessoal do Professor Tarcísio Castro Figura 1.4-2: UHE Capim Branco Soleira Vertente Fonte: Acervo Pessoal do Professor Tarcísio Castro 7

18 Figura 1.4-3: UHE Capim Branco Soleira Vertente Fonte: Acervo Pessoal do Professor Tarcísio Castro A diferença da UHE Capim Branco I para o estudo aqui apresentado é, que além de empregar apenas um barramento, faz-se uso do mesmo para geração de energia. Para o presente estudo, foram utilizadas as informações disponíveis, principalmente, no Estudo de Impacto Ambiental (ELETROBRÁS, ELETRONORTE. 2006) aliado a informações disponíveis publicamente. Como auxílio na elaboração de muitos cálculos foram empregadas planilhas, gráficos e informações encontradas no Manual de Inventário Hidrelétrico de Bacias Hidrográficas Ministério de Minas e Energia Secretaria de Planejamento e Desenvolvimento Energético. 8

19 Além disso, a partir de seções que só estavam disponibilizadas em pdf, e precisaram ser convertidas por aproximação em dados tabelados, utilizamos o modelo matemático unidimensional HEC-RAS River Analysis Sistem, que permitiu estudar a influência do barramento para o trecho. Através dele, foi possível chegar a algumas conclusões sobre os questionamentos que surgiram no início da elaboração do trabalho, como: Esse Novo Eixo seria capaz de inundar todo o TVR? Se não, até que ponto ele melhoraria as condições hídricas desse local? E se inundasse até o local onde fica situado o Sitio Pimental, qual a cota que ele alcançaria? 1.5 Estrutura do Trabalho O presente trabalho está organizado em 13 capítulos, divididos da seguinte maneira: Capítulo 1: contém a apresentação do projeto, com a contextualização dos estudos, apresentação e organização do trabalho. Capítulo 2: faz uma breve apresentação do Aproveitamento Hidrelétrico Belo Monte e do trecho de vazão reduzida (TVR). Capítulo 3: faz uma análise dos dados disponíveis, divididos em hidrologia, topografia e curvas chave. Capítulo 4: apresenta os estudos e avaliações ambientais do AHE Belo Monte. Capítulo 5: apresenta a definição do Novo Eixo. Capítulo 6: apresenta os estudos hidrológicos para o Novo Eixo, destacando sua série de vazões, cheias de projeto e estudo de remanso. Capítulo 7: apresenta os estudos energéticos para o Novo Eixo. Capítulo 8: apresenta os dimensionamentos das principais estruturas do Novo Eixo. Capítulo 9: apresenta o orçamento das obras para o Novo Eixo. Capítulo 10: apresenta a análise de viabilidade técnica e econômica para o Novo Eixo. 9

20 Capítulo 11: apresenta as conclusões e recomendações obtidas no estudo. Capítulo 12: apresenta as referências bibliográficas. 2. Apresentação da UHE Belo Monte 2.1 Empreendimento Segundo o Estudo de Impacto Ambiental (EIA), o Aproveitamento Hidrelétrico de Belo Monte foi projetado para a região Norte do Brasil, no rio Xingu, afluente pela margem direita do rio Amazonas, no estado do Pará. O empreendimento está localizado numa área denominada Volta Grande do rio Xingu, entre os paralelos 3º00 e 3º40 S e os meridianos e W. [2] Considerando todas as estruturas que compõem o arranjo geral, incluindo o reservatório, tal empreendimento ocupará terras dos municípios de Vitória do Xingu, Altamira e Brasil Novo.[2] O AHE Belo Monte é formado por um barramento principal no rio Xingu (Sítio Pimental, conforme denominado nos Estudos de Viabilidade), de onde as vazões são derivadas por canais até o Sítio Belo Monte, para que haja a geração de energia na casa de força principal, aproveitando uma queda de cerca de 90 m. Decorrente desta configuração, um trecho de cerca de 100 km de extensão a jusante da barragem principal é formado no rio Xingu que será alimentado por uma vazão residual. Essa vazão também será aproveitada para geração de energia em uma Casa de Força complementar, localizada junto a barragem principal. [2] O eixo da barragem principal está localizado a cerca de 40 km da cidade de Altamira, no rio Xingu. O canal de fuga da casa de força principal localiza-se cerca de 9,5 km a jusante da vila de Belo Monte.[2] O reservatório tem Nível Máximo Normal de operação na cota 97,0 m, apresentando dois compartimentos distintos: o primeiro foi denominado Reservatório do Xingu e é formado na calha do rio Xingu, que compreende a área de inundação do corpo hídrico na cota 97,0 m e outro foi denominado Reservatório dos Canais e é formado a partir de dois canais de derivação, que conduzem as vazões derivadas do rio Xingu até a casa de força principal.[2] O AHE Belo Monte pode ser considerado um empreendimento a fio d água, pois seus reservatórios não tem capacidade de acumulação. 10

21 A casa de força principal é localizada no sítio Belo Monte conforme Figura e tem potência instalada de MW distribuída em 20 unidades geradoras tipo Francis, com eixo vertical e potência unitária de 550 MW. A casa de força complementar tem potência instalada de 181,3 MW distribuída em 7 turbinas tipo bulbo, com potência unitária de 25,9 MW. A Figura a seguir apresenta a localização do empreendimento, e a Figura 2.1-3: Vertedouro Sitio Pimental Fonte: Revista Brasileira de Engenharia de Barragens Edição Especial Belo Monte (Maio 2017) 11

22 Figura 2.1-4: Casa de Força e Tomada d Água Sitio Pimental Fonte: Revista Brasileira de Engenharia de Barragens Edição Especial Belo Monte (Maio 2017) 12

23 Tabela as principais características do mesmo. As Figura e Figura a seguir apresentam fotos das estruturas do vertedouro, casa de força e tomada d água do Sitio Pimental. Figura 2.1-1: Mapa de Localização do Empreendimento Fonte: Revista Brasileira de Engenharia de Barragens Edição Especial Belo Monte (Maio 2017) 13

24 Figura 2.1-2: Arranjo do Sitio Pimental Fonte: Revista Brasileira de Engenharia de Barragens Edição Especial Belo Monte (Maio 2017) Figura 2.1-3: Vertedouro Sitio Pimental Fonte: Revista Brasileira de Engenharia de Barragens Edição Especial Belo Monte (Maio 2017) 14

25 Figura 2.1-4: Casa de Força e Tomada d Água Sitio Pimental Fonte: Revista Brasileira de Engenharia de Barragens Edição Especial Belo Monte (Maio 2017) 15

26 Tabela 2.1-1: Características Técnicas Principais do AHE Belo monte Fonte: EIA de Belo Monte (ELETROBRÁS, 2006) LOCALIZAÇÃO Rio: UF: USINA HIDRELÉTRICA BARRAGENS - BELO MONTE Comprimento Total da Crista: Altura Máxima: Cota da Crista: BARRAGEM PIMENTAL Comprimento Total da Crista: Altura Máxima: Cota da Crista: VERTEDOURO PRINCIPAL Capacidade: Cota da Soleira: Comprimento Total: Xingu PA 3.545,00 m 90,00 m 99,00 m 6.248,00 m 36,00 m 100,00 m ,00 m³/s 80,00 m 420,00 m Número de Vãos: 17 Largura do Vão: 20,00 m VERTEDOURO COMPLEMENTAR Capacidade: ,00 m³/s Cota da Soleira: 76,00 m Comprimento Total: 95,00 m Número de Vãos: 4 Largura do Vão: 20,00 m CASA DE FORÇA PRINCIPAL Tipo: Abrigada N de Unidades Geradoras: 20 Comprimento Total: 808,00 m TURBINAS Tipo: Francis Eixo Vertical Potência Unitária Nominal: 560 MW Queda de Projeto: 89,30 m Vazão unitária Nominal: 695,00 m³/s TURBINAS - COMPLEMENTAR Tipo: Bulbo Potência Unitária Nominal: 26,40 MW Queda de Projeto: 13,10 m Vazão unitária Nominal: 253,00 m³/s ESTUDOS ENERGÉTICOS - USINA PRINCIPAL Queda Bruta Máxima: 12,20 m Queda de Referência: 11,40 m Potência da Usina: 181 MW Energia Firme: 77 MW médio Custo Índice (complexo): 361,00 US$/kW Custo de Energia Gerada (Complexo): 12,4 US$/MWh 16

27 2.2 Trecho de Vazão Reduzida (TVR) Localização O trecho de vazão reduzida de Belo Monte é o estirão fluvial do rio Xingu compreendido entre a Casa de Força Complementar, no Sitio Pimental, e o ponto de restituição de vazões turbinadas na Casa de Força Principal, no sitio Belo Monte. Este trecho configura um compartimento ambiental com características especiais que sofrerá reduções de vazão após a implantação do AHE Belo Monte, uma vez que essas vazões foram desviadas para passarem pelo Reservatório dos Canais. O trecho tem uma extensão aproximada de 100 km, área de drenagem de aproximadamente km² e um desnível de 84,0 m. Os principais afluentes ao rio Xingu, neste trecho de vazão reduzida, são os rios Itatá, Bacajaí e Bacajá, pela margem direita, sendo o rio Bacajá o mais importante deles, com área de drenagem de aproximadamente km². O restante da contribuição entre o local do barramento, localizado no Sítio Pimental, e o da Casa de Força Principal, pela margem esquerda, deve-se a pequenos córregos (igarapés) situados na Volta Grande. A confluência do rio Bacajá com o rio Xingu situa-se 46,6 km a jusante do local do eixo do barramento, no Sitio Pimental. [2] Durante o período de estiagem todas essas contribuições laterais são muito pouco significativas no trecho. Isso pode ser atribuído pela formação geológica da bacia que é constituída por terrenos cristalinos, sem capacidade de armazenamento e de manutenção de descargas de base. [2] O perfil do rio Xingu no trecho de jusante se desenvolve de duas formas distintas. O primeiro trecho, considerado desde o local da Barragem Principal até 16 km a jusante da foz do Rio Bacajá, apresenta declividade média de 0,248 m/km. Após esse ponto, podemos considerar um segundo trecho, com declividade média de m/km. As diferenças fisiográficas desses dois locais causam uma distribuição de velocidades bem diferente nos diversos canais e acabam mudando as condições hidrodinâmicas e os usos da água nesses dois trechos. [2] O primeiro trecho, por ter uma declividade média menor, apresenta velocidades mais suaves. Tal característica propicia a pesca, navegação, abastecimento de comunidades, atividades de lazer, etc. O segundo trecho, com declividade média bem maior (cachoeiras, rápidos e 17

28 corredeiras), torna-se proibitivo para a convivência, navegação, lazer ou outros usos. A Figura apresenta as características mencionadas acima. [2] A Figura a seguir permite observar a diferença entre o trajeto ao longo do TVR, quando medido com referência na calha central do rio Xingu, que leva a extensão de 100 km, e quando medido ao longo do canal preferencial de escoamento até a Cachoeira Grande, que conduz a extensão de 130 km. [2] O critério de medição na porção central da calha é o mais indicado, pois não apresenta influência das vazões que modificam a extensão e forma dos canais preferenciais de escoamento entre os pedrais que compõem esse trecho. A conformação e a extensão de alguns desses canais do rio Xingu dependem da vazão considerada no momento da medição, sendo que quanto menor a vazão, maiores são suas extensões, pois parte das direções de escoamento da água nesses canais passa a ser controlada pelas fraturas rochosas existentes na região dos pedrais. Nesse sentido, o valor de 100 km será aquele sempre referenciado nesse estudo quando for mencionado a extensão do TVR. [2] A Figura apresenta uma vista aérea do compartimento ambiental explicitado nesse tópico e a Figura apresenta uma vista aérea do rio Bacajá, que é o principal rio afluente ao trecho. 18

29 Figura 2.2-1: Trecho de Vazão Reduzida (TVR) Fonte: EIA de Belo Monte (ELETROBRÁS, 2006) 19

30 Figura 2.2-2: Vista aérea do Trecho de Vazão Reduzida TVR no período de estiagem, com o canal preferencial de escoamento em primeiro e último plano Fonte: EIA de Belo Monte (ELETROBRÁS, 2006) Figura 2.2-3: Vista aérea do rio Bacajá, principal afluente do rio Xingu no Trecho de Vazão Reduzida TVR Fonte: EIA de Belo Monte (ELETROBRÁS, 2006) 20

31 Figura 2.2-4: Perfil do rio Xingu na área diretamente afetada pelo AHE Belo Monte Fonte: EIA de Belo Monte (ELETROBRÁS, 2006) Impactos na Região do Trecho de Vazão Reduzida Com a implantação da barragem podem ser listados vários impactos negativos: Navegação Dentre os fatos que não aconteciam antes da existência do barramento e que ocorrem agora, podemos destacar, como em 2016, o evento de uma forte diminuição de vazão que atingiu a região, onde algumas comunidades ficaram isoladas, devido aos baixos níveis d água. Tal fato acabou impossibilitando a navegação. O rio neste trecho não ficou mais navegável. Encontramos ribeirinhos totalmente isolados por não conseguirem mais navegar. Eles não conseguem mais escoar a produção. O efeito é cascata: é social, é econômico e é ambiental. Você acaba com o peixe e acaba com a fonte de renda do ribeirinho. Você compromete a segurança alimentar destas famílias, declarou Cristiane Carneiro, que é doutoranda em Ecologia Aquática e Pesca pela Universidade Federal do Pará. [5] O Sumiço dos Peixes 21

32 Outra grande consequência da implantação do barramento é que, diante do sobe e desce constante do rio Xingu, causada pelos períodos de estiagem, a dificuldades de se conseguir uma boa qualidade de pescado tornou-se grande. Alguns moradores/pescadores classificam o acontecimento como o sumiço dos peixes e temem o futuro da atividade na região.[5] Proliferação dos Mosquitos O aumento da formação de poças de água, já que não há mais correnteza, acabaram se tornando verdadeiros criadouros de mosquitos. A consequência? O crescimento dos casos de malária, uma doença muito comum na Amazônia, transmitida por picadas de mosquito. 3. Análise dos Dados Disponíveis 3.1 Hidrologia Segundo o EIA, as séries hidrológicas que deram subsídios para o dimensionamento do AHE Belo Monte foram obtidas a partir dos registros do posto fluviométrico de Altamira. Essa decisão pode ser explicada pelo fato do eixo do barramento projetado para o Sitio Pimental estar localizado mais próximo à cidade de Altamira, onde situa-se o posto em questão, além do mesmo apresentar um extenso período de observação com curva chave estável e bem definida. [2] 22

33 Tabela 3.1-1: Série de Vazões Médias Mensais (m³/s) na Estação de Altamira Série de Vazões Médias na Estação de Altamira ANO Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Médias Máximas Mínimas Médias Máximas Mínimas Série gerada de Janeiro de 1931 a Junho de 1968 e histórica a partir de Julho de1968. Fonte: Estudos de Viabilidade CHE Belo Monte, ELETROBRÁS/ELETRONORTE,

34 Tabela 3.1-2: Características Principais da Série de Vazões Médias Mensais Utilizada para Dimensionamento Hidrológico do AHE Belo Monte Fonte: EIA de Belo Monte (ELETROBRÁS, 2006) Os valores de referência adotados no EIA podem ser resumidos conforme apresentado na tabela a seguir. Tabela 3.1-3: Valores de referência EIA Média das vazões mínimas anuais Média de longo termo Cheia média anual m³/s m³/s m³/s 24

35 Figura 3.1-1: Hidrograma de vazões de anos hidrológicos característicos Figura 3.1-2: Permanência das Vazões Médias Mensais Afluentes ( ) 25

36 Figura 3.1-3: AHE Belo Monte Casa de Força Principal Queda Líquida Disponível - Base O regime de vazões afluentes à casa de força complementar é mais regular que o da casa de força principal, já que o mesmo é condicionado pelas vazões necessárias para manter a vazão ecológica necessária para o trecho de vazão reduzida. Para a hipótese estudada nesse trabalho, a mesma série de vazões utilizada e apresentada no EIA será utilizada como referência no dimensionamento hidrológico acrescido da influência do Rio Bacajá além da contribuição do próprio trecho de vazão reduzida Análise de Cheias Os estudos estatísticos de cheias desenvolvidos para os Estudos de Viabilidade do AHE Belo Monte tiveram como base o posto de Altamira, por possuir um extenso período de observação, com curva chave estável e bem definida. Em 1980, ocorreu na Amazônia Meridional evento meteorológico excepcional, concentrado na bacia vizinha ao rio Tocantins. À época, a cheia decorrente do evento teve sua recorrência, naquela bacia, avaliada em 100 anos. Considerando a excepcionalidade do fenômeno e o fato de existir em Altamira curto período de observação para realização de estudos estatísticos, foi efetuada a transposição do fenômeno meteorológico para a bacia do rio Xingu, através de correlação entre os postos das duas bacias. Tal metodologia conduziu a um valor de m³/s 26

37 para o pico da cheia de 1980 em Altamira, bastante superior ao efetivamente medido no posto, que foi de m³/s.[2] Realizados os estudos estatísticos utilizando o valor fruto da transposição em lugar do observado no posto, chegou-se à vazão de m³/s associada a um tempo de recorrência de anos. A distribuição adotada foi a log-normal. [2] Na 2ª etapa dos Estudos de Viabilidade do AHE Belo Monte, considerando a existência de um histórico razoável 32 anos de dados para se proceder a uma revisão dos estudos anteriores, foram levadas em conta quatro hipóteses, a saber:[2] (1) Atualização dos estudos anteriores om base na mesma metodologia então adotada; (2) Utilização da vazão de m³/s como marca de cheia, associada à sua recorrência devidamente atualizada 120 anos; (3) Adoção de estudo convencional baseado na série histórica de 32 anos do posto de Altamira; (4) Procedimento idêntico ao anterior, porém considerando uma série estendida com base em correlação dos picos de cheias com as respectivas médias mensais. A Figura apresenta os resultados dos estudos estatísticos realizados, enfatizando-se que na etapa anterior não foram contempladas as distribuições Exponencial, Gumbel Fatores e Gumbel Momentos. Figura 3.1-4: Picos de Cheias Decamilenares em Função das Hipóteses Estudadas e das Diversas Distribuições de Probabilidade Ponderando os resultados encontrados com os critérios adotados, selecionou-se a distribuição 27

38 exponencial ajustada aos valores da série de máximos estendida hipótese 4. Para definir a forma da onda da cheia foram realizadas análises estatísticas sobre séries de vazões médias de t dias consecutivos acumulados, as quais foram obtidas a partir de dados diários de descargas disponíveis em Altamira. Os gráficos a seguir apresentam as hidrógrafas de projeto relativas respectivamente a 50 e anos de recorrência obtidas no EIA. Esses gráficos mostram as alterações ocorridas devido à evolução dos estudos. Figura 3.1-5: Hidrograma Cheia de 50 anos Fonte: Estudos de Viabilidade CHE Belo Monte, ELETROBRÁS/ELETRONORTE,

39 Figura 3.1-6: Hidrograma Cheia de anos Fonte: Estudos de Viabilidade CHE Belo Monte, ELETROBRÁS/ELETRONORTE,

40 3.2 Topografia Os estudos topográficos a partir dos dados disponíveis do local compreendem: A determinação da queda bruta disponível no local; Levantamento do perfil do rio no trecho de interesse; Locação das estruturas; Locação do reservatório. A topografia utilizada nesse estudo e utilizada principalmente no estudo remanso foi baseada no Apêndice Seções na Volta Grande com Indicação do Nível d Água. [2] 3.3 Curvas-Chave A curva chave do canal de fuga do AHE Belo Monte foi obtida a partir do Hydrodata, que é uma base da dados atemporais que alimenta o simulador hidráulico Hydroexpert 2, que inicialmente foi constituída com dados oriundos do arquivo Hidr.dat e foi aprimorada com outros dados (Curvas Colina, Curvas de Operação dos Vertedouros, Polinômios e Níveis D Água Máximos e Mínimos para as usinas a fio d água, N.A. Máximo Maximorum, etc...) necessários à programação diária e às simulações horárias e em tempo real. Figura 3.3-1: Curva Chave Canal de Fuga do AHE Belo Monte Fonte: HydroExpert 2 HydroExpert: O HydroExpert é um sistema de suporte à decisão, sob licença freeware, aplicado à análise da Operação de Sistemas com Multi-Reservatórios. Ele é utilizado pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) para simulações do comportamento dos reservatórios do Sistema Interligado Nacional (SIN), para intervalos de discretização horária, diária, semanal e mensal. 30

41 Tabela 3.3-1: Polinômio Curva Chave AHE Belo Monte a 0 a 1 a 2 a 3 a 4 Ref. Jus. Q Mín. Q Máx E E E E E ,000.0 Fonte: HydroExpert 4. Estudos e Avaliações Ambientais 4.1 Vazões Médias Mensais Propostas para o TVR Visando a compatibilidade entre viabilidade comercial do empreendimento (geração de energia) e a proposição de um hidrograma que atendesse às condições mínimas ambientais, indicadas como fundamentais para o TVR, o EIA indica a adoção de um hidrograma de manutenção do ecossistema para o TVR em um determinado ano, admitindo que no ano seguinte o sistema não possa ser submetido a um estresse hídrico ainda maior. Tal hipótese pressupõe que o bioma possa ser submetido a um regime de maior restrição por no máximo um ano, hidrograma I, desde que no próximo ano vazões de pelo menos m³/s sejam liberadas, garantindo assim a produtividade mínima, mantendo sua sustentabilidade (hidrograma II. [2] Os hidrogramas ambientais para o TVR expostos no EIA são apresentados na tabela a seguir. Vazões Médias Mensais (m³/s) Hidrogramas Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez I II Tabela 4.1-1: Hidrograma Ambiental Vazões Médias Mensais Propostas para o TVR Conforme apresentado, as vazões liberadas à jusante da barragem do Sitio Pimental não são constantes e obedecem uma variação sazonal, acompanhando a variação natural do rio Xingu. O hidrograma I é o hidrograma mínimo liberado e tem vazão média mensal mínima de 700 m³/s e uma vazão máxima de m³/s. Uma vez praticado tal hidrograma, no ano seguinte a vazão média mensal deve atingir m³/s em pelo menos um mês, obedecendo à forma do hidrograma II ou pelo menos o volume anual desse. [2] A figura a seguir mostra a comparação entre os Hidrogramas I e II e o Hidrograma disposto no Estudo de Viabilidade. 31

42 Figura 4.1-1: Hidrograma ecológico proposto versus hidrograma considerado nos Estudos de Viabilidade Fonte: EIA de Belo Monte (ELETROBRÁS, 2006) A adoção do hidrograma proposto deveria implicar em: Inundação parcial dos pedrais visando a manutenção de parte dos habitats reprodutivos e tróficos, minimizando as perdas de espécies importantes para a pesca ornamental e consequente redução da perda de renda para os pescadores (com m³/s); Inundação da pequena parte das áreas de planícies aluviais, reduzindo a elevada magnitude do impacto de comprometimento da cadeia ambiental para as espécies de peixes e quelônios aquáticos que são consumidas pela população e fonte de renda também para pescadores (8.000 m³/s) Garantia da navegação para as populações ribeirinhas e indígenas nos períodos de estiagem, ainda que deva ocorrer aumento do percurso e dificuldades em alguns locais que devem ser monitoradas (700 m³/s) Proliferação dos vetores devido à formação de poças, em especial junto aos primeiros 10 km do trecho da Volta Grande do rio Xingu, onde está a comunidade de São Pedro (cerca de 80 pessoas), o que leva a proposição, no EIA, da inclusão de contingente no público alvo do Plano de Atendimento à População Atingida, com direito a reassentamento; 32

43 Alteração da qualidade das águas junto às comunidades de Ressaca e Ilha da Fazenda, devido ao aumento localizado do índice de coliformes fecais, conduzindo à proposição, também no bojo dos Planos, Programas e Projetos recomendados pelo EIA, da adequação da infraestrutura de saneamento nessas duas localidades. Conforme já apresentado no item 2.2.2, a aplicação dessa regra de operação descrita no EIA não impediu que alguns dos impactos citados acima ocorressem. 5. Novo Eixo 5.1 Definição do Novo Eixo Para a escolha do novo eixo a ser estudado no trecho de vazão reduzida, foi analisada a queda disponível entre a barragem da UHE Belo Monte e a Casa de Força Principal, conforme apresentado na figura a seguir. Figura 5.1-1: Perfil com a divisão de queda recomendada para o rio Xingu Fonte: EIA de Belo Monte (ELETROBRÁS, 2006) O trecho escolhido para posicionar o novo eixo é próximo ao local conhecido como Cachoeira Grande e fica situado ao final da Volta Grande do rio Xingu, no fim da região com predomínio dos pedrais e início da bacia sedimentar do amazonas. A seguir é apresentada uma fotografia da região. 33

44 Figura 5.1-2: Cachoeira Grande situada no final da região com predomínio dos pedrais Fonte: EIA de Belo Monte (ELETROBRÁS, 2006) A existência de algumas ilhas no local onde seria inserido o eixo do barramento contribui para a diminuição dos custos com ensecadeiras nas fases de construção do empreendimento, além de diminuir os gastos com o barramento. A seguir é apresentada seção correspondente ao local escolhido para a inserção do novo eixo, obtida através dos dados SRTM 3. Figura 5.1-3: Seção onde estará localizado o Novo Eixo Fonte: Elaboração a partir dos dados SRTM 3 SRTM: A Missão Topográfica Radar Shuttle (SRTM) é uma missão espacial para obter um modelo digital do terreno da zona da Terra, de modo a gerar cartas topográficas digitais terrestres de alta resolução. 34

45 6. Estudos Hidrológicos Os estudos hidrometeorológicos aqui avaliados tiveram o objetivo de levantar o potencial hídrico da bacia do rio Xingu no local do aproveitamento hidrelétrico a ser implantado no trecho de vazão reduzida do AHE Belo Monte, fornecendo subsídios para o dimensionamento das estruturas hidráulicas e para a realização dos estudos energéticos. Os estudos hidrológicos realizados para a alternativa do novo eixo se fundamentaram nos estudos hidrométricos da estação fluviométrica de Altamira. [2] 6.1 Série de Vazões Como se tratava de um trecho que tem suas contribuições de vazão regularizadas à montante, pela barragem de Sitio Pimental, uma simples correção por áreas de drenagem do posto de Altamira, utilizados no EIA, não seriam consistentes para o estudo. Logo, para a definição da série de vazões, foi inicialmente usada a alternativa da utilização da série de vazões turbinadas em Sitio Pimental. Porém, a série de dados disponibilizados pela ONS era muito curta, englobando apenas dois anos (2016 e 2017), o que não pode ser caracterizado como uma gama de dados suficientes para o estudo. Por fim, utilizou-se a própria série do Sítio Pimental, associada ao hidrograma ambiental apresentado na Tabela 4.1-1, subtraída da vazão máxima turbinada em Belo Monte e acrescida da contribuição das vazões do rio Bacajá, que é afluente ao TVR. Além disso, nos meses onde a vazão turbinada máxima em Belo Monte fosse inferior à vazão disponível na série decrescida da vazão ambiental a ser mantida no TVR, essa contribuição foi acrescentada à vazão liberada para o Novo Eixo. Q NOVO EIXO = Q HIDROGRAMA + A BACAJÁ A ALTAMIRA Q ALTAMIRA = Q HIDROGRAMA Q ALTAMIRA A seguir é apresentada a série gerada para o Novo Eixo. 35

46 Série de Vazões - Novo Eixo ANO Médias Máximas Mínimas Médias Máximas Mínimas Tabela 6.1-1: Vazões Médias Mensais (m³/s) Novo Eixo Fonte: Elaboração própria, a partir de dados do EIA de Belo Monte (ELETROBRÁS, 2006) 36

47 VAZÕES (M³/S) Quadro 6.1-1: Permanência das Vazões Médias Mensais da Alternativa do Novo Eixo Permanência Vazão (m³/s) 5,00% ,00% ,00% ,00% ,00% ,00% ,00% ,00% ,00% ,00% ,00% ,00% ,00% ,00% ,00% ,00% ,00% ,00% ,00% 700 Fonte: Elaboração própria, a partir de dados do EIA de Belo Monte (ELETROBRÁS, 2006) PERMANÊNCIA MENSAL - NOVO EIXO ,0% 20,0% 40,0% 60,0% 80,0% 100,0% 120,0% PERMANÊNCIA (%) Figura 6.1-1: Curva de Permanência de Vazões Médias Mensais Afluentes ao Novo Eixo Fonte: Elaboração própria, a partir de dados do EIA de Belo Monte (ELETROBRÁS, 2006) 37

48 6.2 Cheias de Projeto Para o dimensionamento do sistema extravasor do AHE Belo Monte foi utilizada uma vazão de referência de ,00 m³/s, oriunda dos estudos estatísticos de vazões extremas, associada ao tempo de recorrência de anos, conforme citado no EIA. Para a definição da vazão de dimensionamento do vertedouro da alternativa sugerida nesse estudo foi utilizada essa mesma vazão utilizada no dimensionamento do sistema extravasor de Sitio Pimental corrigida pela área de drenagem do trecho de vazão reduzida e pelo rio Bacajá, que é um rio afluente ao trecho em questão. Área de drenagem do TVR: km² Área de drenagem Bacajá: km² Área de drenagem Altamira: km² Vazão de projeto do sistema extravasor de Belo Monte: Q BELO MONTE = ,00 m³/s (TR anos) Vazão de projeto corrigida para o empreendimento localizado no TVR: Q NOVO EIXO = ,00 m³/s. 6.3 Estudo de Remanso Para o cálculo do nível d água a montante do reservatório do novo eixo será usado o modelo matemático unidimensional HEC-RAS River Analysis Sistem. Esse programa permite que seja calculado o perfil da superfície livre para escoamentos permanentes e não-permanentes em canais naturais e artificiais, considerando condições de fluxo supercrítico e subcrítico, além de simular efeitos de estruturas de controle situadas no trecho simulado, como pontes, bueiros, barragens, etc. No trecho compreendido entre o local do Eixo da Ilha da Serra e a foz do rio Bacajá, com uma extensão de aproximadamente 44 km, foram levantadas 18 seções topobatimétricas, sendo 13 no período de 2000 a 2001 no âmbito dos Estudos de Viabilidade (ELETROBRÁS/ELETRONORTE, 2002) e 5 seções em março de

49 A Figura apresenta a locação de tais seções, que foram utilizadas para caracterizar o trecho que sofreria redução de vazão. As seções indicadas como seções nova correspondem aos resultados dos levantamentos realizados em 2007/2008. Essas mesmas seções foram aproveitadas no presente estudo para caracterizar o Trecho de Vazão Reduzida e simular o remanso a partir do modelo HEC-RAS. A seção localizada no novo eixo estudado neste trabalho foi estimada a partir dos dados SRTM, conforme citado no capítulo 5. A partir dele conseguimos estimar as coordenadas das ombreiras do barramento. Como o vertedouro foi calculado para uma lâmina d água de 10,0 m, a altura do barramento foi considerada igual à coordenada obtida pelo SRTM decrescida de 10,0 m. A cota do fundo da seção foi estimada pela curva chave do canal de fuga de Belo Monte, que pode ser aproximada como sendo a mesma curva chave do canal de fuga correspondente ao novo eixo, já que se trata de um trecho plano. Foram interpoladas 3 seções entre o barramento e a seção 7. A estimativa da rugosidade do leito e das margens foi baseada na tabela extraída do Critérios de Projeto Civil de Usinas Hidrelétricas da Eletrobrás e apresentado na Figura

50 Figura 6.3-1: Locação das Seções Topobatimétricas Fonte: EIA de Belo Monte (ELETROBRÁS, 2006) 40

51 Figura 6.3-2: Coeficientes de Rugosidade Fonte: Critérios de Projeto Civil de Usinas Hidrelétricas da Eletrobrás A geometria do trecho simulado é apresentada a seguir. Figura 6.3-3: Geometria utilizada no HEC-RAS para a simulação do TVR As simulações foram feitas para as seguintes vazões representativas: Q TR 2 ANOS = 8902,00 m³/s; Q TR 25 ANOS = 37946,70 m³/s; Q TR ANOS = 69482,01 m³/s. A Tabela apresenta os resultados obtidos após a simulação. A partir dela, podemos verificar, para a seção 3 do trecho 1 e a seção 3 do trecho 2, seções consideradas críticas, 41

52 pois estão posicionadas nas proximidades de onde hoje em dia fica localizado o barramento do AHE Belo Monte. as elevações de nível d água apresentadas na Tabela Tabela 6.3-1: Resultados das Simulações no HEC-RAS 42

53 Tabela 6.3-2: Elevações do Nível d Água nas Seções de Interesse Vazão Elevação do Nível Trecho d Água (m³/s) (m) Trecho (TR 2 anos) Trecho (TR 25 anos) Trecho (TR anos) Trecho (TR 2 anos) Trecho (TR 25 anos) Trecho (TR anos) O objetivo desse estudo de remanso era verificar os impactos causados no barramento localizado em Sitio Pimental ao inserirmos o Novo Eixo. A Casa de Força do Sitio Pimental encontra-se na cota 95,44 m. Conforme pode ser verificado na Tabela 6.3-2, para o trecho 2 essas cotas são superadas para as vazões correspondentes aos tempos de recorrência de 25 e anos. O que significa que, a alternativa do Novo Eixo, segundo esse estudo, inundaria a Casa de Força de Sitio Pimental. Sobre a barragem de Sitio Pimental, que tem sua crista localizada na cota 100,0 m, verificamos que, para a cheia decamilenar, no pior caso verificado (trecho 2) a borda livre seria de aproximadamente 0,70 m (100 99,29). Considerando que, a cheia decamilenar é um evento extremo, o resultado pode ser considerado aceitável. Porém, por ser muito 43

54 próximo e por ter sido um estudo que por muitas vezes se mostrou sem muitos dados disponíveis, gerando uma necessidade grande de estimativas, essa borda livre não representa uma folga consistente. 7. Estudos Energéticos do Novo Eixo Os estudos energéticos realizados nesta fase tiveram por objetivo determinar a potência ótima e definir o número de unidades geradoras a serem instaladas na usina, através de análises econômicas, estabelecendo, ao final, os parâmetros energéticos definitivos da alternativa do novo eixo. Uma vez escolhida a potência da usina, as análises energéticas finais foram feitas considerando-se a Garantia Física que, além das indisponibilidades, inclui também as perdas elétricas até a conexão e o consumo próprio da usina. 7.1 Dados Básicos e Critérios Adotados Como se trata de um estudo preliminar, onde ainda não foi estabelecida a geometria definitiva do circuito de adução, foram aplicados nos itens a seguir valores típicos consultados em Estudos Energéticos de outros aproveitamentos hidrelétricos e baseados em bibliografia publicada pela EPE. [17] Dados Hidrológicos A Tabela apresentado no capítulo de estudos hidrológicos, mostra a série de vazões médias mensais do rio Xingu no local onde será inserido o novo eixo, no período de 1931 a O citado capítulo apresenta também, na Figura 6.1-1, a curva de permanência dessa série de vazões médias mensais no local do aproveitamento, acompanhado de quadro com os valores característicos de permanência desta série. Quedas Inicialmente, a queda líquida para os estudos de potência instalada, foi calculada como a diferença entre as cotas do nível d água (NA) do reservatório e do nível normal do canal de fuga, subtraindo-se ainda as perdas hidráulicas estimadas no circuito. 44

55 Para os estudos energéticos foram adotadas perdas hidráulicas do circuito estimadas em 0,50 m,. Os níveis d água de jusante foram calculados a partir da curva-chave do canal de fuga de Belo Monte. Taxas de Indisponibilidade A Taxa de Indisponibilidade Programada, correspondente às paralisações para manutenção preventiva, foi estimada em 1,3%. Para a Taxa de Indisponibilidade Forçada, correspondente às perdas por saídas acidentais da usina, adotou-se um valor igual a 2,0%, valor usualmente utilizado nesses tipos de estudo. Tipos de turbina e rendimentos Para o aproveitamento em análise, tendo em vista a queda disponível, optou-se pelo emprego de turbinas Kaplan. Foi considerado nas análises energéticas um rendimento nominal de 91,0% para as turbinas e 97,0% para os geradores, resultando em um rendimento de 88,27% para o grupo turbina-gerador. 7.2 Definição da Potência Instalada da Usina A potência a ser instalada na usina foi definida a partir da fórmula expressa a seguir. P = 9,81 η Q H L Para a estimativa dos rendimentos foram utilizados rendimentos típicos de turbinas e geradores, sendo o rendimento do conjunto adotado igual a 0,8827. As perdas Hidráulicas Nominais foram adotas igual a 0,5 m. P = 9,81 0,8827 Q H L A vazão utilizada nesse estudo foi a vazão média do período crítico ( ), que de acordo com a série apresentada na Tabela é igual a m³/s. Logo, a potência instalada pode ser igual a: P = 9,81 0, (50 3 0,5) = 982 MW 45

56 7.3 Fator de Capacidade e Garantia Física O montante de garantia física de energia, solicitado nos termos do art. 3 da Portaria 463/2009, pode ser calculado pela fórmula explicitada a seguir. n 1 GF E = ( n min{q i (q r + q u ) 9,81 (H b h) η tg ; P} ) (1 Perdas con ) i=1 (1 TEIF) (1 IP) C int Onde: GF E = Montante de Garantia Física de Energia (MWmédio) i = Índice do mês n = Quantidade de meses do histórico de vazões Q i = Vazão média do mês i (m³/s) q r = Vazão remanescente do aproveitamento (m³/s) q u = vazão de usos consuntivos (m³/s) H b = Queda bruta nominal (m) h = Perdas hidráulicas nominais η tg = Rendimento do conjunto turbina-gerador P = Potência instalada total (kw) Perdas con = Perdas elétricas até o ponto de conexão (%) TEIF = Taxa Equivalente de Indisponibilidade Forçada (%) IP = Indisponibilidade Programada (%) 46

57 C int = Consumo interno (MWmédio) A garantia física também pode ser escrita como: GF E = EM (1 Perdas con ) (1 TEIF) (1 IP) C int Onde: EM = Energia média (MWmédio) EM = n i=1 min{q i (q r + q u ) 9,81 (H b h) η tg ; P} 1000n O fator de capacidade pode ser determinado pela fórmula expressa a seguir. Fator de Capacidade = Garantia Física Potência Instalada O quadro a seguir apresenta os parâmetros energéticos de dimensionamento da usina. Série Hidrológica Janeiro/1931 a Dezembro/2000 Tipo de Turbina Kaplan Potência Instalada Total (MW) 982 Número de Unidades Geradoras 2 Nível de Água Normal de Jusante (m) 3,00 Queda Bruta (m) 47,00 Perda de Carga (m) 0,5 Queda Líquida Nominal (m) 46,50 Rendimento Nominal Turbina (%) 0,91 Rendimento Nominal Gerador (%) 0,97 Indisponibilidade Programada (%) 1,3 Indisponibilidade Forçada (%) 2,0 Consumo Interno (MW) 0,42 Vazão Ecológica (m³/s) 0,00 Os resultados obtidos na simulação energética encontram-se no Quadro apresentado a seguir. 47

58 Quadro 7.3-1: Resultados Energéticos do Estudo de Potência Potência (MW) Energia Média (MW-médio) Garantia Física (MW-médio) Fator de Capacidade (%) ,7 534,9 54,5 8. Dimensionamento das Estruturas 8.1 Vertedouro O vertedouro é a estrutura do aproveitamento hidrelétrico responsável por extravasar o volume das cheias que excedem o armazenamento do reservatório, protegendo assim a barragem contra galgamento. Essa estrutura evita que o nível de água máximo maximorum do reservatório seja ultrapassado Dimensionamento Hidráulico O dimensionamento hidráulico determina a largura (L) ou comprimento efetivo da crista da estrutura e a altura da carga hidráulica sobre a crista, que para vertedouros controlados, é a altura da comporta, ou maior quando se permite sobrelevação do nível do reservatório nas grandes enchentes. A capacidade de vazão de uma soleira vertente não controlada é dada pela equação abaixo: Q = C 0 L H 3 2 Onde: Q = descarga total (m³/s); C 0 = coeficiente de vazão variável; L = comprimento efetivo da crista (m); H = carga hidráulica (m). 48

59 Figura 8.1-1: Croqui ogiva padrão Fonte: Pereira, G. M.; Projeto de Usinas Hidrelétricas Passo a Passo A carga de projeto H 0 é a carga utilizada para definir o perfil de jusante da soleira, como indicado na figura acima. A carga hidráulica pode ser igual, menor ou maior que H 0. Para H > H 0, o coeficiente de descarga aumenta e ocorrem pressões negativas na face do vertedouro. Na determinação do comprimento líquido da crista vertente (L ), deve-se considerar o efeito da contração dos pilares (K p ) e dos muros extremos (K a ). L = L + 2(N K p + K a )H 0 Onde: L = comprimento efetivo da crista (m); L = comprimento líquido da crista (m) N = número de pilares; K p = coeficiente de contração nos pilares; K a = coeficiente de contração dos muros extremos do vertedouro Perfil do Quadrante de Montante Com os valores da tabela 111-2/1 do Hydraulic Design Criteria e considerando que não há sobrelevação (H = H d ), para H d = 10,0 m, obtém-se: 49

60 Figura 8.1-2: Perfil do Quadrante de Montante Fonte: Hydraulic Design Criteria Onde: x 1 = 0,1750 H d y 1 = 0,0316 H d z 1 = 0,5 H d x 2 = 0,2760 H d y 2 = 0,1153 H d z 2 = 0,2 H d x 3 = 0,2818 H d y 3 = 0,1360 H d z 3 = 0,04 H d Como H d = 10,0 m, temos: x 1 x 2 x 3 y 1 y 2 y 3 z 1 z 2 z 3 1,750 2,760 2,818 0,316 1,153 1,360 5,00 2,00 0, Perfil do Quadrante de Jusante O perfil de jusante é definido pela equação: x 1,85 = 2,0 H d 0,85 y Que de acordo com a tabela do Hydraulic Design Criteria e com o valor H d = 9,6 m obtém-se: 50

61 Figura 8.1-3:Perfil do Quadrante de Jusante x 1,85 = 2,0H d 0,85 y y = Fonte: Hydraulic Design Criteria x 1,85 = 0, x1,85 2,0 100,85 X Y 0,00 0,000 0,50 0,020 1,00 0,071 1,50 0,150 2,00 0,255 2,50 0,385 3,00 0,539 5,00 1,387 7,00 2,585 10,00 5,000 15,00 10,586 20,00 18,025 25,00 27,237 30,00 38,163 35,00 50,757 40,00 64,980 45,00 80,800 51

62 Y(M) Figura 8.1-4: Coordenadas do Ponto de Tangência Fonte: Hydraulic Design Criteria Ponto de tangência: Definindo um ponto de tangência conveniente, onde o quadrante de jusante começa a se mostrar aproximadamente linear (x = 35,0; y = 50,76), chegamos pela tabela acima apresentada num valor de a igual a aproximadamente 0,375. QUADRANTE DE JUSANTE X(M) 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,

63 Determinação do Perfil da Linha d Água De acordo com o Hydraulic Design Criteria, tabela , o perfil da linha d água no centro do vão terá, para o caso estudado com H/H d = 1,00, as seguintes relações: Figura 8.1-5: Determinação do Perfil da Linha d Água Fonte: Hydraulic Design Criteria Fonte: Hydraulic Design Criteria 53

64 Curvas de Vazão H/H d = 1,00 x(m) y(m) -10,00-9,500-8,00-9,400-6,00-9,290-4,00-9,300-2,00-9,250 0,00-7,790 2,00-6,510 4,00-5,450 6,00-4,250 8,00-2,850 10,00-1,210 12,00 0,670 14,00 2,860 16,00 5,210 18,00 7,790 As curvas de vazão foram determinadas considerando-se a operação sem controle de comportas Operação sem Controle A vazão vertida é determinada pela expressão: Q = C L H 3/2 Onde: Q = vazão (m³/s) C = coeficiente de descarga (m0,5/s) L = largura útil da soleira (m) H = carga sobre a crista (m) 54

65 Onde o valor de C é tomado da tabela do Hydraulic Design Criteria. Figura 8.1-6: Determinação do Coeficiente de Descarga Fonte: Hydraulic Design Criteria Com H/H d = 1,00, C = 4,00 em unidades inglesas, valor que corresponde a 2,21 em unidades métricas. Com todos os restantes valores conhecidos, o valor de L = Q 3/2 C H = , ,00 = e 2,21 103/2 2,21 31,62 = 994,21 m Para um vertedouro livre e com a vazão máxima. 8.2 Casa de Força A casa de força tem a finalidade de alojar as máquinas e os equipamentos, possibilitar sua montagem ou eventual desmontagem e a sua operação e manutenção. Todo o projeto deve visar, por isso, a futura operação com o fim de facilitá-la e simplifica-la. 55

66 A casa de força pode ser a céu aberto com superestrutura que suporte o teto e as vigas para os trilhos das pontes rolantes (tipo fechado) ou sem superestrutura e com guindaste-pórtico em lugar das pontes rolantes (tipo semi-aberto), ou subterrânea, em caverna ou aterrada. Em todos esses casos, o arranjo típico da casa de força é condicionado pelo tipo de turbina e gerador. Esses equipamentos elétricos e mecânicos são selecionados e dimensionados conforme apresentado nos itens a seguir Turbinas Hidráulicas As turbinas hidráulicas podem ser divididas em 2 tipos com relação ao escoamento do fluxo, ou seja: de impulsão e de reação. As turbinas de impulsão são aquelas que se caracterizam por apresentar rotor que recebe um jato continuo de água incidindo sobre conchas que desviam este jato causando uma impulsão deste dispositivo solidário a um rotor que gira em torno de um eixo, provocando um torque sobre o mesmo. [8] As turbinas de reação são aquelas que se caracterizam por apresentar rotor imerso dentro da massa d água, recebendo um fluxo contínuo através de um dispositivo chamado distribuidor que direciona e controla este fluxo sobre as pás do rotor que gira em torno de um eixo, provocando um torque sobre o mesmo. Os rotores das turbinas de impulsão trabalham sempre sob a ação da pressão atmosférica, enquanto que os rotores de reação trabalham sob pressão maior que a pressão atmosférica. [8] As turbinas de reação ainda podem ser divididas em fluxo tangencial de entrada e de fluxo axial de entrada, conforme a direção de incidência do fluxo sobre o rotor. A transferência de energia de pressão e energia cinética do fluído é feita simultaneamente sobre o rotor da turbina de reação, enquanto que na turbina de impulsão só há transferência de energia cinética sobre o rotor. [8] Quanto ao fluxo, estas são basicamente as diferenças entre as turbinas hidráulicas, e quanto ao tipo de máquina podemos enumerar atualmente 12 tipos de turbinas, ou seja: Pelton, Turgo, Francis, Banki, Diagonal (Dériaz), Hélice, Kaplan, Bulbo, Tubular-Axial-Esse, Poço, Strafo e Sifão. 56

67 As turbinas apresentadas anteriormente, tem cada uma a sua aplicação, isto é, elas podem ser classificadas quanto a queda a que está submetida. A tabela abaixo foi feita seguindo orientação para melhor atendimento prático, uma vez que a turbina hidráulica tem como característica principal a queda ou a pressão que está submetida. Tabela 8.2-1: Tipos de Turbina Turbina Altura de Queda Tipo Pelton 200 a 2000 m de impulsão Turgo 60 a 140 m de impulsão Banki 20 a 50 m de impulsão Francis 20 a 600 m de reação Diagonal 60 a 200 m de reação Kaplan 13 a 60 m de reação Hélice 20 a 40 m de reação Bulbo 5 a 23 m de reação Strafo 4 a 15 m de reação Esse 6 a 14 m de reação Poço 6 a 13 m de reação Sifão 1 a 4 m de reação Fonte: Conceitos para Projetos de PCH Eletromecânica (Comitê Brasileiro de Barragens) 57

68 8.2.2 Definição da Turbina para o Novo Eixo O tipo de turbina foi definido a partir do Anexo A, contido no Manual de Inventário Hidrelétrico de Bacias Hidrográficas, edição 2007, conforme apresentado na Figura Para a queda bruta de 47,00 m, o tipo de turbina mais indicado é a turbina tipo Kaplan, conforme pode ser observado a seguir.. Figura 8.2-1: Seleção do Tipo de Turbina Fonte: Manual de Inventário de Bacias Hidrográficas,

69 8.2.3 Resultados A partir da planilha de turbinas tipo Kaplan com caixa espiral de concreto, disponível no Manual de Inventário de Bacias Hidrográficas, edição de 2007, podemos definir os seguintes parâmetros para a Casa de Força. Queda Bruta Máxima: 47 m Perda de Carga Total: 0,5 m Queda Líquida Máxima: 46,5 m Potência Total do Conjunto de Turbinas: kw Número de Unidades Geradoras: 6 Potência de uma Unidade Geradora: 164 MW Potência Instalada: 984 MW Potência de uma Turbina: kw Vazão Turbinada Máxima de cada 382,14 m³/s Turbina: Dimensões da Turbina, da Caixa Espiral, do Gerador e do Tubo de Sucção B C D F G R S X Y H 1 ' U N vs 13,61 m 9,07 m 11,34 m 12,47 m 9,83 m 9,07 m 34,78 m 22,68 m 20,03 m 3,02 m 1,70 m 2 unidades Fonte: Elaboração própria, a partir da planilha de turbinas Kaplan com Caixa Espiral de Concreto (Manual de Inventário de Bacias Hidrográficas, 2007) 59

70 Figura 8.2-2: Dimensões da turbina, da caixa espiral, do gerador e do tubo de sucção Fonte: Planilha de turbinas Kaplan com Caixa Espiral de Concreto (Manual de Inventário de Bacias Hidrográfica, 2007) Dimensões da Casa de Força Largura do bloco da unidade 24,64 m Largura total da casa de força 149,82 m Largura da área montagem dos equipamentos 55,43 m Fonte: Elaboração própria, a partir da planilha de turbinas Kaplan com Caixa Espiral de Concreto (Manual de Inventário de Bacias Hidrográficas, 2007) 8.3 Barragem A barragem é a estrutura que tem a função de represar a água, visando, com a elevação do nível d água do rio, possibilitar a alimentação da tomada d água. No caso de locais de baixa queda, a barragem tem também a função de criar o desnível necessário à produção da energia desejada. A prática atual em projetos de aproveitamentos hidrelétricos tem adotado preferencialmente os seguintes tipos de barragens: de terra com seção homogênea em solo; de enrocamento e de concreto convencional compactado a rolo (CCR), com seção tipo gravidade. No estudo do novo eixo a ser implantado no Trecho de Vazão Reduzida de Belo Monte, foi definida uma barragem do tipo gravidade em concreto massa. A cota da crista foi estimada a partir do modelo digital do terreno, gerado a partir do SRTM, conforme apresentado no Capítulo 4, e pode ser considerada igual a 60,00 m. 60

71 Figura 8.3-1: Seção representativa do Novo Barramento A linha vermelha indica a extensão do barramento e a linha laranja indica onde poderiam ser necessários alguns diques. 8.4 Estudo de Desvio As escolha de como subdividir a construção em fases e como desviar o rio depende das condições topográficas e geológicas do local da obra, do tipo da usina e dos regimes hidrológicos e fluviométricos, principalmente da vazão máxima que deve ser esperada durante a construção da fase correspondente. Em geral, será suficiente avaliar essa vazão igual à de uma enchente com cerca de 5% de probabilidade (ou com recorrência de 20 anos). A obras de desvio são provisórias e devem ser, pelo menos, parcialmente destruídas ou fechadas depois de seu uso. Seu custo pode ser diminuído nos casos em que podem ser utilizadas em definitivo. Geralmente a construção da casa de força, a montagem do equipamento e os testes das máquinas representam a parte mais demorada da obra e determinam a data de operação comercial da usina. Por isso a construção da casa de força deve ser incluída na primeira fase. Neste caso estudado, as ilhas existentes no barramento auxiliariam a fase de desvio, diminuindo o custo com ensecadeiras. 61