ESTUDOS HIDROLÓGICOS E ENERGÉTICOS TE- 033 Paulo Antunes da Rocha Bruno van der Meer 1
Objetivo Apresentar os aspectos dos estudos hidrológicos correspondentes aos projetos de PCHs 2
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
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
Aproveitamento Hidrelétrico (mini e PCH) no Brasil. Fonte: Atlas de Energia Elétrica Aneel 2002. 5
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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: www.ime.usp.br/~matemateca/i_planimetro.html 7
Forma da Bacia -A forma da bacia influencia o escoamento superficial e, consequentemente, o hidrogramaresultante de uma determinada chuva. Fonte: http://www.grh.ufba.br/download/2005.2/apostila(cap2).pdf 8
Exemplos: Estudos Hidrológicos São Francisco Taquari Antas - RS 9
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
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
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
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
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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Como determinar a curva-chave do rio Paraíba a partir dos pares cota-descarga pela tabela Excel? Fonte: Calischonn& Tassi Introduzindo Hidrologia 20
Liminímetro Fonte: https://www.google.com.br/imgres?imgurl=http%3a%2f%2fcaracoli 21
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EXCEL 23
Análise de Consistência Fonte: http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/consulta_publica/documento 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
Fonte: http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/consulta_publica/documentos/relatoriofinal_parnaiba_jequitinhonha_doce_v ol%20i_rev3.pdf 25
Estudo de vazões extremas são usadas para projetos das estruturas dos vertedouros e de desvio do rio. Fonte: http://www.epe.gov.br/geracao/documents/evtes/adendo%20n1_r2%20%20pires.pdf 26
Fonte: http://www.mme.gov.br/documents/10584/1851074 No Excel usar a ferramenta Percentil para probabilidade acumulada Utilizado para determinação da potência a ser instalada 27
Nos estudos estatísticos devem ser utilizadas as distribuições tradicionais. A de Gumbelé preferida quando a assimetria da distribuição é <= 1,5. Fonte: http://www.epe.gov.br/geracao/documents/evtes/adendo%20n1_r2%20- %20EVTE%20UHE%20Teles%20Pires.pdf 28
Estudo de Vazões mínimas - Para o controle e previsão de secas. São os menores valores diários de cada ano. Fonte: http://www.mme.gov.br/documents/10584/1851073/relatorio_ro_consulta+publica_vfinal_dez2015.pdf/121bf 265-c3fa-4a3e-bb4b-15640e564f42 29
Regularização de descargas reservatórios para armazenar água para, quando necessário, transformá-la em energia elétrica. Fonte: http://www.epe.gov.br/geracao/documents/nota%20t%c3%a9cnica%20epe-dea-dee- RE-0012015-R0.compressed.pdf 30
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
Amortecimento de cheias Fonte: file:///c:/documents%20and%20settings/paulo/desktop/controledecheias_castro.pdf 32
Estudo de remanso - 33
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).
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
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.
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
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
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).
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, 2000. V res (morto) T 4,7e9 m 3 200 anos
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.
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.)
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
Estudos energéticos e econômicos Simulação energética Encontrar a produção média para diferentes níveis de motorização Baseada em dados
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
Referências CARVALHO, David de. Barragens -Uma introdução para graduandos. Disponível em: http://professor.pucgoias.edu.br/sitedocente/admin/arquivosupload/15030/material/puc_barragens_04_terra01.pdf. Acesso em 20/03/2016. PEREIRA, Geraldo Magela. Projetos de Usinas Hidroelétricas - Passo a Passo. Editora Oficina de textos, 2015. Complexo Hidrelétrico de Belo Monte -Estudos de Viabilidade. Eletronorte. Novembro, 2001. Disponível em: http://philip.inpa.gov.br/publ_livres/dossie/bm/docsof/viab/compl_2002/cdc1/doc_compl_codif/108_hidrologia/bel-v-10-108-0018-re.doc. Acesso em 20/03/2016. Guia de Avaliação de Assoreamento de Reservatórios. ANEEL, 2000. Disponível em: http://www2.aneel.gov.br/biblioteca/downloads/livros/guiaasso.pdf. Acesso em 20/03/2016.