Universidade Federal do CearáDepartamento de Engenharia Elétrica

Disciplina de Produção de Energia Elétrica

ESTUDO TÉCNICO E ECONÔMICO COMPARATIVO ENTRA A UTILIZAÇÃO DE HIDROGERADORES VERTICAIS ACIONADOS POR TURBINAS KAPLAN E HIDROGERADORES ACOPLADOS A TURBINA KAPLAN BULBO

Prof.: Dr. Paulo CarvalhoAlunos: Filipe Ribeiro Parente Garcia Caio Ribeiro

Objetivo

O estudo de viabilidade, comparando diversos parâmetros do funcionamento e construção de hidrogeradores de grande porte verticais ou horizontais, utilizando turbinas Kaplan.

Introdução

Rios de Planalto que proporcionam altas quedas d’água.- Aproveitamento energético quase máximo.

Rios largos e de Planície com baixas quedas d’água. - Disponibilidade para o aumento da eficiência no aproveitamento energético. - Hidrogeradores acoplados a turbinas do tipo Kaplan.

Fonte: [1]

Figura 01 - Esquemas de Turbinas Hidráulicas.

Turbinas Kaplan

Turbinas de Reação:- Turbinas em que o trabalho mecânico é obtido pela transformação da energia cinética e de pressão da água em escoamento através do rotor, onde as mesmas trabalham imersas na água.

Tipos de Turbinas Kaplan:- Turbina Kaplan Vertical.- Turbina Kaplan Horizontal ou Turbina Bulbo.

Figura 2 - Turbina Kaplan Vertical

Fonte [1]

Figura 3 - Turbina Kaplan Horizontal ou Turbina Bulbo

Fonte [2]

Modo de Análise

Comparação entre as Turbinas, analisando alguns fatores:

• Eficiência Hidráulica• Impacto Ambiental• Custos na construção civil• Tempo de Montagem• Acesso para a manutenção

Eficiência Hidráulica

Fonte [3] Fonte [4]

Figura 4 – Turbina Kaplan Vertical Figura 5 – Turbina Bulbo

Impacto Ambiental

UsinaÁrea do

Reservatório[km²]

Potência [MW] Área Reservatório/Potência da Usina[km²/MW]]

Balbina2360 250 9,44

Samuel584 217 2,69

Manso387 210 1,84

Tucuruí (Francis)

1a. Etapa2414 4000 0,61

2a. Etapa 8000 0,3

Jirau (Bulbo)258 3300 0,08

Santo Antônio (Bulbo)

271 3150 0,086

Tabela 1 – Usinas Hidroelétricas da Região Amazônica – Área do reservatório VS Potência

Fonte [5]

Custos na Construção Civil Análise da Construção da Casa de Força para duas Turbinas

Kaplan Vertical e para duas Turbinas Bulbo: - Kaplan Vertical: V = 42,43 m X 48,0 m X 69,5 m = 141,55 m³ - Bulbo: V = 37,94 m X 33,2 m X 70,3 m = 88,55 m³ - Diferença de Volume = 53 m³ ; Redução Volumétrica = 37,44 %

Kaplan Vertical[%] Bulbo[%}

Turbina + Aço para estruturas hidráulicas 23 22

Gerador + Equipamentos elétricos 23 22

Trabalho Civil (Casa de Força) 44 40

Custo de investimento, planej. e superv. 10 10

Casa de força completa 100 94

Tabela 2 – Custo da construção da Casa de Força simplificado

Fonte [6]

Tempo de Montagem

Tipo de máquina Tempo médio de montagem

Máquina Bulbo 9 Meses

Kaplan Vertical 12 Meses

Tabela 3 – Tempo de Montagem

Fonte [6]

Y= Tarifa de Valor do KWh.KWh= Energia Produzida no Período de 3 meses.M= Retorno financeiro para 3 meses de adiantamento da operação.

M = Y x KWh

Acesso para Manutenção Turbina Kaplan Vertical:

• Geralmente, todas as peças do Gerador precisam ser removidas para acessar a Turbina.

• Tempo elevado para desmontagem e para a remontagem.• Controles dimensionais rígidos nas operações de desmontagem e

remontagem.• Custos elevados para a manutenção.

Turbina Bulbo:

• Por ser horizontal, possui duas aberturas, sendo uma para o acesso da turbina e outra para o gerador.

• Não exige a desmontagem do Gerador para o acesso da Turbina.• Tempo curto exigido para a manutenção.• Custos baixos para a manutenção, comparando-se com o Hidrogerador Bulbo.

Conclusão Vantagens da utilização dos Hidrogeradores do tipo Bulbo

em comparação a utilização da Kaplan Vertical:

• Maior eficiência hidráulica, devido ao fluxo de água na horizontal, e menor perda de carga, resultando em maior produção anual.

• Menor Impacto Ambiental.• Menores Custos na Construção.• Menor tempo de montagem.• Melhor acesso para a manutenção de peças da Turbina.

Bibliografia• [1] – Leão, R.P.S., Apostila de Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica, DEE-

UFC .

• [2] - Disponível em: http://pt.made-in-china.com/co_xinyihydro/product_Bulb-Water-Turbine_hurersyyn.html

• [3] – Disponível em: http://www.renewablesfirst.co.uk/hydro-learning-centre/kaplan-turbines/

• [4] – Disponível em: https://equipo2fae.wordpress.com/turbina-tipo-bulbo/

• [5] - Dziedzic, M. “Pareceres dos Consutores sobre o Estudo de Impacto Ambiental do Projeto para Aproveitamento Hidrelétrico de Santo Antônio e Jirau, Rio Madeira - RO” Parecer Técnico sobre Tecnologia Hidráulica de 2005.

• [6] Passalacqua, R.L.A., Estudo Técnico e Econômico comparativo entre a utilização de Hidrogeradores verticais acionados por Turbinas Kaplan e Hidrogeradores acoplados a Turbina Kaplan Bulbo, XXII SNPTEE.

Universidade Federal do CearáDepartamento de Engenharia Elétrica

Disciplina de Produção de Energia Elétrica

ESTUDO TÉCNICO E ECONÔMICO COMPARATIVO ENTRA A UTILIZAÇÃO DE HIDROGERADORES VERTICAIS ACIONADOS POR TURBINAS KAPLAN E HIDROGERADORES ACOPLADOS A TURBINA KAPLAN BULBO

Prof.: Dr. Paulo CarvalhoAlunos: Filipe Ribeiro Parente Garcia Caio Ribeiro