Centrais e Aproveitamentos Hidrelétricos

Esta obra tem por finalidade apresentar, de forma clara e bastante pormenorizada, os componentes principais de um aproveitamento hidrelétrico. A obra busca demonstrar equações, sem perder de vista o aspecto primeiro que é descrever os componentes do aproveitamento.
A obra compõe-se de análise descritiva dos componentes presentes em aproveitamentos hidrelétricos e traz dados de muitos aproveitamentos brasileiros. São demonstradas as equações básicas envolvidas no processo de determinação de valores, fazendo-se, sempre, acompanhar de exercícios numéricos resolvidos e amplamente comentados, e exercícios propostos de forma que, passo a passo, o leitor ambiente-se com máquinas hidráulicas, particularidades de aproveitamentos energéticos e valores numéricos dessas máquinas e desses aproveitamentos.

Índice

Capítulo 1 - Introdução ao Estudo da Geração Elétrica
1.1: Fundamentos
1.2: Tipos de Correntes Elétricas Geradas por Geradores Eletromecânicos
1.2.1: Aspectos Gerais
1.2.2: Geração em Corrente Contínua
1.2.3: Geração em Corrente Alternada
1.2.3.1: Considerações
1.3: Exercícios Resolvidos
1.3.1: Exercício Resolvido 1
1.3.2: Exercício Resolvido 2
1.4: Classificação dos Geradores de Corrente Alternada
1.4.1: Aspectos Gerais
1.5: Bibliografia Recomendada para o Capítulo

Capítulo 2 - Introdução ao Estudo das Máquinas Elétricas Síncronas
2.1: Fundamentos
2.1.1: Máquinas de Topologia Fechada
2.2: Introdução ao Estudo das Máquinas Elétricas Síncronas
2.2.1: Aspectos Gerais
2.2.2: Componentes Construtivos da Máquina Síncrona de Estator Liso e Rotor Saliente
2.2.2.1: Estator
2.2.2.2: Rotor
2.3: A Excitação das Máquinas Síncronas
2.3.1: Aspectos Gerais
2.3.2: Operação do Circuito de Excitação de Campo
2.3.3: Propriedades do Sistema de Excitação
2.3.4: Considerações
2.4: Aplicações Gerais da Máquina Síncrona
2.4.1: Aspectos Gerais
2.4.2: Geradores Síncronos
2.4.3: Motores Síncronos
2.5: Conclusões
2.6: Exercício Resolvido
2.7: Exercício Proposto
2.8: Referências Bibliográficas para o Capítulo


Capítulo 3 - Introdução ao Estudo das Máquinas Hidráulicas
3.1: Fundamentos
3.2: Turbina Hidráulica
3.3: Bomba Hidráulica
3.4: Pontos a Serem Analisados Quando da Instalação de uma Central Hidrelétrica
3.5: Disposição do Conjunto Turbina - Gerador
3.6: Exercício Resolvido
3.7: Bibliografia Recomendada para o Capítulo

Capítulo 4 - Aproveitamento Hidrelétrico
4.1: Fundamentos
4.2: Definições e Conceitos
4.2.1: Altura Topográfica (HTOP)
4.2.1.1: Altura Topográfica para Turbinas de Ação a Eixo Horizontal (HTOPA)
4.2.1.2: Altura Topográfica para Turbinas de Reação (HTOPR)
4.2.2: Altura Bruta de um Aproveitamento (HBR)
4.2.2.1: Definição
4.2.2.2: Equação de Bernoulli
4.2.2.3: Equacionamento
4.2.3: Altura Disponível de dm Aproveitamento (H)
4.2.4: Tomada de Água
4.2.5: Vazão Firme ou Vazão Efetiva de um Aproveitamento (Q)
4.2.6: Turbina Limite
4.2.7: Turbina Pneumática
4.2.8: Turbinas Geometricamente Semelhantes
4.2.9: Turbina Unidade
4.2.10: Velocidade Específica de uma Turbina ou de uma Família de Turbinas Geometricamente Semelhantes
4.2.11: Equações Empíricas para o Cálculo da Velocidade Específica de Turbinas Geometricamente Semelhantes
4.2.11.1: Turbinas Francis
4.2.11.2: Turbinas Kaplan
4.2.11.3: Turbinas Hélice
4.2.11.4: Turbinas Pelton
4.2.12: Velocidade Específica de Turbinas Geometricamente Semelhantes
4.3: Exercícios Resolvidos
4.3.1: Exercício Resolvido 1
4.3.2: Exercício Resolvido 2
4.4: Velocidade da Água à Saída do Injetor de uma Turbina Pelton
4.5: Potência Mecânico-hidráulica de um Aproveitamento Ideal
4.5.1: Aproveitamento Ideal
4.5.2: Equacionamento
4.5.3: Considerações
4.5.4: Potência de um Aproveitamento Hidráulico em Cavalos-Vapor
4.5.4.1: Aspectos Gerais
4.6: Velocidade do Eixo Motriz de uma Turbina Hidráulica
4.7: Exercícios Resolvidos
4.7.1: Exercício Resolvido 3
4.7.2: Exercício Resolvido 4
4.8: Exercícios Propostos
4.8.1: Exercício Proposto 1
4.8.2: Exercício Proposto 2
4.9: Bibliografia Recomendada para o Capítulo

Capítulo 5 - Turbinas de Ação
5.1: Fundamentos
5.2: As Turbinas Pelton
5.2.1: Aspectos Gerais
5.2.2: Operação de uma Turbina Pelton
5.2.2.1: Orgãos Componentes de uma Turbina Pelton
5.2.3: Disposição de Eixo das Turbinas Pelton
5.2.3.1: Aspectos Gerais
5.2.3.2: Turbinas a Eixo Vertical
5.3: Conclusões
5.4: Exercício Resolvido
5.5: Exercício Proposto
5.6: Bibliografia Recomendada para o Capítulo

Capítulo 6 - Turbinas de Reação
6.1: Aspectos Gerais
6.1.1: Definição
6.1.2: O Rotor de Founeyron
6.1.3: O Rotor Francis
6.1.4: O Rotor Oblíquo
6.1.5: O Rotor Hélice Fixa
6.1.6: O Rotor Kaplan
6.1.7: O Rotor Dériaz
6.2: A Turbina Francis
6.2.1: Aspectos Gerais
6.2.2: Evolução do Rotor Francis
6.2.3: Turbina em Caracol Empregando Rotor Francis
6.2.3.1: Pás Diretoras Fixas
6.2.3.2: Pás Diretoras Móveis ou Distribuidor de Pás Móveis
6.2.3.3: Velocidade Específica do Rotor Francis
6.2.3.4: Considerações
6.3: A Turbina Hélice Fixa
6.3.1: Aspectos Gerais
6.3.2: Turbinas Hélice Fixa Operando sem Caracol
6.3.2.1: Válvula Borboleta
6.3.3: Turbinas Hélice Fixa Operando com Caracol
6.3.3.1: Aspectos Gerais
6.3.3.2: Considerações
6.4: A Turbina Kaplan
6.4.1: Aspectos Gerais
6.4.2: Turbinas Kaplan Operando com Caracol
6.4.3: Considerações
6.5: Rendimento Comparativo das Turbinas da Família Hélice
6.5.1: Aspectos Gerais
6.5.2: Rendimento Comparativo das Turbinas da Família Hélice
6.6: Rendimento Comparativo das Turbinas
6.7: Conclusões
6.8: Exercícios Resolvidos
6.8.1: Exercício Resolvido 1
6.8.2: Exercício Resolvido 2
6.9: Exercícios Propostos
6.9.1: Exercício Proposto 1
6.9.2: Exercício Proposto 2
6.10: Bibliografia Recomendada para o Capítulo

Capítulo 7 - Tubo de Aspiração das Turbinas de Reação
7.1: Aspectos Gerais
7.2: Aspectos Teóricos
7.3: Fórmula de Thoma
7.4: Aspectos Limitantes para o Projeto do Tubo de Aspiração
7.5: Exercícios Resolvidos
7.5.1: Exercício Resolvido 1
7.5.2: Exercício Resolvido 2
7.5.3: Exercício Resolvido 3
7.6: Considerações Finais
7.7: Exercícios Propostos
7.7.1: Exercício Proposto 1
7.7.2: Exercício Proposto 2
7.8: Bibliografia Recomendada para o Capítulo

Capítulo 8 - Perdas nos Órgãos Adutores de uma Turbina
8.1: Aspectos Gerais
8.2: Tomada de Água
8.2.1: Definição
8.2.2: Formas de Aduzir
8.3: Câmara de Carga
8.3.1: Definição
8.3.2: Componentes
8.4: Finalidades da Tomada de Água
8.5: Perda Energética nos Órgãos Adutores
8.5.1: Analogia entre Fenômenos Elétricos e Hidráulicos
8.5.2: Considerações
8.6: Perdas Energéticas na Tomada de Água de um Aproveitamento Hidráulico
8.6.1: Aspectos Gerais
8.6.2: Perdas Energéticas na Tomada de Água
8.6.2.1: Perdas no Bocal da Tomada de Água
8.6.2.2: Perdas nas Grades de Proteção
8.6.2.3: Considerações
8.7: Perda de Carga em Canais a Céu Aberto
8.7.1: Aspectos Gerais
8.7.2: Perda de Carga em Canais a Céu Aberto
8.8: Fórmulas para a Determinação da Perda de Carga em Canais a Céu Aberto
8.8.1: Aspectos Gerais
8.8.1.1: Área Molhada ou Seção Molhada de um Escoamento
8.8.1.2: Perímetro Molhado de Canal ou de uma Tubulação
8.8.1.3: Raio Hidráulico de um Canal ou de uma Tubulação
8.8.1.4: Diâmetro Hidráulico de um Canal ou de uma Tubulação
8.8.1.5: Comentários
8.9: Exercício Resolvido 1
8.10: Exercício Resolvido 2
8.11: Número de Reynolds - Escoamentos Laminares e Escoamentos Turbulentos
8.12: Exercício Resolvido 3
8.13: Exercício Resolvido 4
8.14: Fórmula de Bazin para a Determinação do Coeficiente C do Material de que é Feito o Canal ou a Tubulação
8.15: Fórmula de Chézy para a Determinação da Velocidade Média do Escoamento
8.16: Exercícios Resolvidos
8.16.1: Exercício Resolvido 5
8.16.2: Exercício Resolvido 6
8.17: Exercícios Propostos
8.17.1: Exercício Proposto 1
8.17.2: Exercício Proposto 2
8.18: Fórmula de Hazen-Williams para Condutos Livres
8.18.1: Fundamentos
8.18.2: Fórmula de Hazen-Williams para Condutos Livres
8.19: Exercícios Propostos
8.19.1: Exercício Proposto 3
8.19.2: Exercício Proposto 4
8.20: Bibliografia Recomendada para o Capítulo

Capítulo 9 - Perdas de Carga na Tubulação de Pressão e na Tubulação Forçada de uma Turbina
9.1: Aspectos Gerais
9.2: Tubulação de Pressão
9.3: Chaminé de Equilíbrio
9.3.1: Aspectos Gerais
9.3.2: Necessidade da Instalação da Chaminé de Equilíbrio
9.3.3: Chaminé de Equilíbrio e Perda de Carga
9.3.4: Chaminé de Equilíbrio - Considerações
9.4:Tubulação Forçada
9.4.1: Fundamentos
9.4.2: Equacionamento
9.4.2.1: Fórmula de Scobey para Tubulações de Pressão
9.4.2.2: Fórmula de Hazen-Williams para Condutos Livres
9.4.2.3: Fórmula de Hazen-Williams para Condutos Livres
9.5: Considerações
9.6: Exercícios Resolvidos
9.6.1: Exercício Resolvido 1
9.6.2: Exercício Resolvido 2
9.7: Exercício Proposto
9.7.1: Exercício Proposto 1
9.8: Bibliografia Recomendada para o Capítulo

Capítulo 10 - Golpe de Aríete - Tubulação Forçada de uma Turbina
10.1: Aspectos Gerais
10.2: Método de Allievi
10.2.1: Carga Hidráulica sobre uma Tubulação
10.2.2: Sobrepressão em uma Tubulação Forçada
10.3: Exercício Resolvido 1
10.4: Espessura Mínima das Paredes de uma Tubulação Forçada
10.4.1: Aspectos Gerais
10.4.2: Espessura Mínima de Tubulação de Aço
10.5: Exercício Resolvido 2
10.6: Exercícios Propostos
10.6.1: Exercício Proposto 1
10.6.2: Exercício Proposto 2
10.6.3: Exercício Proposto 3
10.7: Bibliografia Recomendada para o Capítulo

Capítulo 11 - Cavitação nas Turbinas e Válvulas
11.1: Aspectos Gerais
11.2: Bibliografia Recomendada para o Capítulo

Apêndice A - Perdas Energéticas em uma Tubulação
A.1: Aspectos Gerais
A.2: Relação entre Potência e Altura de Coluna de Água
A.3: Exercício Resolvido
A.4: Bibliografia Proposta para Pesquisa

Apêndice B - Geração Assíncrona - Geradores de Indução
B.1: Aspectos Gerais
B.2: A Máquina Assíncrona de Indução Operando como Gerador
B.3: A Máquina Assíncrona de Indução Auto-Excitada Operando como Gerador
B.4: A Máquina Assíncrona de Indução Auto-Excitada Operando como Gerador - Equacionamento
B.5: Exercício Resolvido
B.6: Bibliografia Proposta para Pesquisa

Apêndice C - Classificação das Centrais Hidrelétricas
C.1: Aspectos Gerais
C.2: Classificação das Plantas Elétricas
C.2.1: Plantas Energéticas de Serviços Gerais
C.2.2: Plantas de Base ou Primárias
C.2.3: Plantas Secundárias
C.2.4: Plantas Emergenciais
C.3: Usinas Hidrelétricas Primárias e Secundárias
C.3.1: Usinas de Acumulação e Represamento
C.3.2: Usinas a Fio de Água
C.3.3: Usinas Reversíveis
C.3.4: Usinas Maremotrizes
C.4: Bibliografia Proposta para Pesquisa