estudos hidrolÓgicos e...

ESTUDOS HIDROLÓGICOS E ENERGÉTICOS

TE- 033TE- 033

Paulo Antunes da Rocha

Bruno van der Meer

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Objetivo

• Apresentar os aspectos dos estudos hidrológicos correspondentes aos projetos de PCHs

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

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Estudos Hidrológicos

A Hidrologia é fundamental para:

• Dimensionamento de obras hidráulicas;

• Aproveitamento de recursos hídricos;

• Controle de inundações – previsão de vazões • Controle de inundações – previsão de vazões máximas;

• Controle e previsão de secas - estudo das vazões mínimas;

• Controle de poluição.

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• Aproveitamento Hidrelétrico (mini e PCH) no Brasil.

• Fonte: Atlas de Energia Elétrica –Energia Elétrica –Aneel 2002.

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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.


uso de um aparelho denominado planímetro.

Fonte: www.ime.usp.br/~matemateca/i_planimetro.html

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Estudos Hidrológicos• Forma da Bacia - A forma da bacia influencia o

escoamento superficial e, consequentemente, o

hidrograma resultante de uma determinada chuva. • Fonte: http://www.grh.ufba.br/download/2005.2/Apostila(Cap2).pdf

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• Exemplos:

São

Francisco

Taquari Antas - RS

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• 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. Qto mais próximo de 1, maior será o potencial de picos elevados de enchentes na bacia.potencial de picos elevados de enchentes na bacia.

onde: P – perímetro da bacia;

A – área da bacia.

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• 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.

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• Declividade do rio - Quanto maior adeclividade, maior será a velocidade deescoamento; neste caso, os hidrogramas deenchente terão ascensão mais rápida e picos

Ponto mais baixo: 20 m

enchente terão ascensão mais rápida e picosmais elevados.

Ponto mais alto: 300 m

Comprimento drenagem = 7 km

Declividade = 0,04 m/m ou 40 m por km12

• 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


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).

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Estudos Hidrológicos• Posto fluviométrico ou fluviômetro consiste

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

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

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LiminímetroFonte: https://www.google.com.br/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fcaracoli

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•EXCEL•EXCEL

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Estudos HidrológicosAnálise de Consistência

Fonte: http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/consulta_publica/documentos/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)

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Fonte: http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/consulta_publica/documentos/RelatorioFinal_Parnaiba_Jequitinhonha_Doce_Vol%20I_Rev3.pdf 25

Estudos Hidrológicos• 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

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Fonte: http://www.mme.gov.br/documents/10584/1851074

No Excel usar a ferramenta Percentil para probabilidade acumulada

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Utilizado para determinação da potência a ser instalada

Estudos Hidrológicos• Nos estudos estatísticos devem ser utilizadas as distribuições

tradicionais. A de Gumbel é 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

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Estudos Hidrológicos• Estudo de Vazões mínimas - Para o controle e previsão de

secas. São os menores valores diários de cada ano.

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Fonte: http://www.mme.gov.br/documents/10584/1851073/Relatorio_RO_Consulta+publica_vFinal_dez2015.pdf/121bf265-c3fa-4a3e-bb4b-15640e564f42

Estudos Hidrológicos• 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

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• 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 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

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Estudos Hidrológicos Amortecimento de cheias

Fonte:

file:///C:/Documents%20and%20Settings/PAULO/Desktop/ControleDeCheias_CASTRO.pdf

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• Estudo de remanso -

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Estudos hidrológicos

Borda livre

• Borda livre normal

• Borda livre

mínimamínima

• Entradas

– Velocidade e duração do vento

– Fetch

– Profundidade– Largura,

Estrutura

Fonte: CARVALHO, David de (2016).


Borda livre

• Cálculos

complexos

Tabela 1 - Dados de Eletrobras e CBDB (2003) in PEREIRA, Geraldo Magela (2015).

Estrutura BL normal BL mínima

Barragem

de terra e

enrocament

Mínima de

3,0 m

1,0 m

acima do

NA máx. • Para PCHs,

fórmulas

empíricas e

tabelas

enrocament

o

NA máx.

moximorum

Barragem

de concreto

Mínima de

1,5 m

0,5 m

acima do

NA máx.

moximorum

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.


Borda livre

Fetch (km) BL normal (m) BL mínima (m)

< 1,60 (~1

milha)

1,22 0,91

Tabela 2 - USBR (2003) in PEREIRA, Geraldo Magela (2015).

milha)

1,60 1,52 1,22

4,02 1,83 1,52

8,05 2,44 1,83

16,1 3,05 2,13


Enchimento do reservatório

• Simular a evolução do nívelda água no reservatório aolongo do enchimento inicial,até os níveis de operação.até os níveis de operação.

• O volume acumulado écalculado com base nadiferença entre a vazão quechega e a que sai doreservatório em um intervalode tempo


Estudos sedimentológicos e

de vida útil

Assoreamento

• Redução da capacidade• Redução da capacidade

• Limita a vida útil

• Envolve fatores climáticos, geológicos e antrópicos

• Estudo apontou 30 reservatórios

Fonte: ANEEL (2000).


Estudos sedimentológicos e de

vida útil

Exemplo - Itaipu

Dst 30,8e6 t/ano

Er 86%

Tabela 3 - ANEEL (2000)

Fonte: Guia de Avaliação de Assoreamento de Reservatórios, ANEEL, 2000.

Er 86%

γap 1,13 t/m3

S 23,4e6 m3/ano

Vres

(morto)4,7e9 m3

T 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. 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.


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.)


Seleção do tipo de turbina

• A escolha do tipo de turbina é baseada na vazão e na altura na vazão e na altura da queda d'água.

• Os tipos mais comuns são Pelton, Francis, Kaplan e Bulbo.

• Engolimento mínimo pode limitar


Simulação energética

• Encontrar a produção produção média para diferentes níveis de motorização

• Baseada em dados hidrológicos


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.