( PDF ) Estudo de grupos moto-bomba operando como grupos geradores em microcentrais hidrelétricas

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

MATEUS RICARDO

ESTUDO DE GRUPOS MOTO-BOMBA OPERANDO

COMO GRUPOS GERADORES EM MICROCENTRAIS

HIDRELÉTRICAS

Itajubá

2007

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MATEUS RICARDO

ESTUDO DE GRUPOS MOTO-BOMBA OPERANDO

COMO GRUPOS GERADORES EM MICROCENTRAIS

HIDRELÉTRICAS

Dissertação submetida ao Programa de

Pós-graduação em Engenharia da

Energia como parte dos requisitos para

obtenção do Título de Mestre em

Ciências em Engenharia da Energia.

Área de concentração: Geração de

energia

Orientador: Professor Doutor Augusto

Nelson Carvalho Viana

Itajubá

2007

Dedico esse trabalho à

Geraldo Lúcio Tiago Filho e

Augusto Nelson Carvalho Viana.

AGRADECIMENTOS

Aos professores Luiz Augusto Horta Nogueira e Carlos Roberto Rocha, pela

oportunidade.

Ao amigo Rafael Balbino Cardoso.

Ao Ministério de Minas e Energia, pelo convênio que possibilitou a realização dos

ensaios de campo apresentados nesse trabalho.

À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), pela

concessão de bolsa.

Ao professor Carlos Roberto Balarim, por gentilmente disponibilizar sua tese e

dissertação, utilizadas como referências.

Aos senhores Roberto Schneider e Cristiano Garcia (Schneider Motobombas),

Moacyr Hooper (Leon Heimer S.A.), Fábio Marinato de Viveiros e Suelen (WEG Sul

de Minas), Gustavo A. Massaro (IMBIL Bombas Hidráulicas), Antonio Carlos T.

Bettarello (Betta Hidroturbinas), à senhora Sônia Baranoski (Toyama do Brasil) pelo

fornecimento dos custos de bombas, motores e grupos geradores.

Aos amigos e amigas do Instituto de Recursos Naturais (IRN), Laboratório de

Etiquetagem de Bombas (LEB), Centro Nacional de Referência em Pequenas

Centrais Hidrelétricas (CERPCH), Laboratório Hidromecânico para Pequenas

Centrais Hidrelétricas (LHPCH), Júlio César dos Santos, Osvaldo de Melo

Rodrigues, Luan Marcel Guimarães, Adriano, Vandir, Levi Barbeto, Rodrigo

Amarante Santana, Helmo Lemos, Antônio Claret Gomes, Márcia Hipólito, Heloisa

Helena dos Santos, e Maria de Fátima Silva.

A todos os meus amigos.

RESUMO

O presente trabalho tem por objetivo avaliar em campo a utilização de bombas

funcionando como turbina (BFTs) e motores de indução operando como gerador

(MIGs), para a substituição de grupos geradores convencionais em microcentrais

hidrelétricas (MCHs), tendo como foco as BFTs. Para se atingir tal objetivo, foi

realizado o estudo de caso em uma microcentral hidrelétrica instalada na Serra da

Mantiqueira que, após reformada, recebeu um grupo gerador BFT/MIG. A pesquisa

é pioneira, sendo o primeiro caso documentado no Brasil de aplicação de BFTs e

MIGs em uma MCH real. Após ensaios para definição do rendimento, e comparação

com resultados teóricos e laboratoriais, concluiu-se que grupos geradores BFT/MIG

podem ser utilizados de forma eficaz na geração de energia elétrica, mediante

aplicação de metodologias adequadas para seleção e adaptações que otimizem sua

operação em reverso. Além dos aspectos técnicos, foram abordados também os

aspectos econômicos da tecnologia. Através de pesquisa de preços e composição

de custos, foi possível quantificar o benefício econômico de grupos BFT/MIG em

relação a grupos geradores convencionais, constatando-se que a tecnologia

estudada reduz de forma significativa os custos de implantação de microcentrais

hidrelétricas.

Palavras-chave: Microcentrais hidrelétricas. Grupos geradores. Conjuntos moto-

bomba.

ABSTRACT

The present work aims to evaluate the in site use of pumps working as turbines

(PATs) and induction engines operating as generators (MIGs), for the replacement of

conventional generating groups in micro hydropower plants (MHPs), focusing on

PATs. To achieve this goal, a case study was accomplished on a micro hydropower

plant installed in Mantiqueira Mountain that, after been rebuilded, received a

PAT/MIG generating group. It’s a pioneer research, being the first documented case

of implementation of PATs and MIGs in a real MHP in Brazil. After tests for defining

the efficiency, and the comparison with theoretical and laboratorial results, it was

concluded that PAT/MIG generating groups can be used effectively in electricity

generation, by the application of appropriate selection methodologies and

adjustments to optimize its operation in reverse. Besides the technical aspects, it was

also addressed the technology’s economic aspects. Through prices research and

costs composition, it was possible to quantify the economic benefit of PAT/MIG

groups over conventional generating groups, noting that the studied technology

reduces the micro hydropower plants deployment costs in a significant way.

Keywords: Micro Hydro Power Plants. Generating groups. Moto-pump groups.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

FIGURA 1 - Monjolo (fonte: ARAÚJO, 2000) ............................................................34

FIGURA 2 - Rodas d´água (fonte: TOASTER, 2006)................................................35

FIGURA 3 - Primeiro gerador idealizado por Faraday (fonte: FRIEDEL, 1981) ........36

FIGURA 4 - Cragside House (fonte: CRAGSIDE, 2007)...........................................38

FIGURA 5 - Microcentral hidrelétrica de Vulcan Street (fonte: FIRST, 2007)............38

FIGURA 6 - Usina de Marmelos (fonte: BRASILVIAGEM.COM, 2006).....................39

FIGURA 7 - Matriz elétrica brasileira (fonte: ANEEL, 2007)......................................40

FIGURA 8 - Composição da geração hidrelétrica brasileira (fonte: ANEEL, 2007)...42

FIGURA 9 - Arranjo típico de MCH (fonte: NATURAL RESOURCES CANADA, 2004)

..................................................................................................................................45

FIGURA 10 - Pré-seleção de turbinas hidráulicas (fonte: SOUZA, 1992) .................53

FIGURA 11 - Diagrama de Cordier (fonte: TIAGO FILHO, ca. 1990)........................54

FIGURA 12 - Turbina Francis (fonte: SOUZA et al., 1999) .......................................55

FIGURA 13 - Turbina Pelton com dois jatos (fonte: SOUZA et al., 1999) .................56

FIGURA 14 - Turbina Michell-Banki (fonte: SOUZA et al., 1999)..............................57

FIGURA 15 - Turbinas axiais (fonte: SOUZA et al., 1999) ........................................57

FIGURA 16 - Gerador de indução (fonte: UNESP, 2007) .........................................60

FIGURA 17 - Campo de funcionamento de bombas hidráulicas...............................61

FIGURA 18 - Rotores de simples e dupla sucção.....................................................62

FIGURA 19 - Bomba com três estágios ....................................................................62

FIGURA 20 - Rotores fechados, semi-abertos e abertos..........................................63

FIGURA 21 - Aspectos construtivos de uma bomba centrífuga (fonte: adaptado de

KSB, ca. 2005) ..........................................................................................................63

FIGURA 22 - Aspectos construtivos de um motor de indução (fonte: MARQUES et

al., 2006) ...................................................................................................................64

FIGURA 23 - Enrolamentos imbricado e ondulado (fonte: BORTONI e SANTOS, ca.

2000) .........................................................................................................................65

FIGURA 24 - Rotores tipo gaiola e bobinado (fonte: BORTONI; SANTOS, ca. 2000)

..................................................................................................................................65

FIGURA 25 - Força de Lorentz em um motor (fonte: BORTONI; SANTOS, ca. 2000)

..................................................................................................................................66

FIGURA 26 - Analogia entre bombas (pump) e turbinas (turbine) (fonte: CHAPALLAZ

et al., 1992b) .............................................................................................................68

FIGURA 27 - Bico injetor (turbinas Pelton) e distribuidor (Turbina Francis) (fonte:

Macintyre, 1983)........................................................................................................70

FIGURA 28 - Pré-seleção de BFTs (fonte: adaptado de CHAPALLAZ et al., 1992b)71

FIGURA 29 - Triângulo de velocidades de bomba centrífuga funcionando como

bomba .......................................................................................................................72

FIGURA 30 - Triângulo de velocidades de BFT ........................................................72

FIGURA 31 - Coeficientes de altura – Worthington...................................................79

FIGURA 32 - Coeficientes de vazão – Worthington ..................................................80

FIGURA 33 - Relação entre rendimentos de bombas e BFTs...................................81

FIGURA 34 - Coeficientes de Viana (fonte: adaptado de VIANA; NOGUEIRA, 1990)

..................................................................................................................................82

FIGURA 35 - Estimativa de rendimento de BFT (fonte: adaptado de CHAPALLAZ et

al., 1992b) .................................................................................................................86

FIGURA 36 - Coeficientes de altura de Chapallaz (fonte: adaptado de CHAPALLAZ

et al., 1992b) .............................................................................................................86

FIGURA 37 - Coeficientes de vazão de Chapallaz (fonte: adaptado de CHAPALLAZ

et al., 1992b) .............................................................................................................87

FIGURA 38 - Seleção de MIG (fonte: adaptado de CHAPALLAZ et al., 1990a) .......96

FIGURA 39 - Seleção de MIG – Dados extrapolados ...............................................96

FIGURA 40 - Relação experimental de senos (fonte: adaptado de CHAPALLAZ et

al., 1992a) .................................................................................................................98

FIGURA 41 - Relação experimental de senos – Extrapolação..................................98

FIGURA 42 - Microcentral do Projeto BFT/MIG ......................................................104

FIGURA 43 - Desfavoráveis condições do grupo gerador e casa de força.............105

FIGURA 44 - Georreferenciamento da central através de GPS de precisão...........105

FIGURA 45 - Levantamento topográfico utilizando estação total............................106

FIGURA 46 - Arranjo da MCH.................................................................................107

FIGURA 47 - Modelagem digital da bacia de contribuição da central .....................108

FIGURA 48 - Área de drenagem da MCH, plotada sobre folha topográfica e imagem

de satélite................................................................................................................109

FIGURA 49 - Hidrografia e rede de drenagem........................................................109

FIGURA 50 - Hidrograma de vazões médias mensais transpostas para a central..110

FIGURA 51 - Curva de permanência de vazões da central ....................................111

FIGURA 52 - Campanha hidrométrica ....................................................................112

FIGURA 53 - Reprojeto da câmara de carga ..........................................................114

FIGURA 54 - Planta da casa de força reformada....................................................114

FIGURA 55 - Referências geométricas para ensaio de turbinas de reação, segundo

NBR 11374..............................................................................................................120

FIGURA 56 - Referências geométricas para ensaio de turbinas de ação, segundo

NBR 11374..............................................................................................................122

FIGURA 57 - Medidor de vazão ultra-sônico Polysonics DCT7088 (fonte: THERMO,

2007) .......................................................................................................................125

FIGURA 58 - Medidor de espessura de conduto forçado Homis TT100 (fonte:

HOMIS, 2007) .........................................................................................................126

FIGURA 59 - Manômetro de Bourdon.....................................................................127

FIGURA 60 - Transdutores de pressão...................................................................127

FIGURA 61 - Medidor de grandezas elétricas Yokogawa CW140 (fonte: CLAMP-ON,

2007) .......................................................................................................................128

FIGURA 62 - Tacômetro digital ...............................................................................128

FIGURA 63 - Módulo SCXI-1125, National Instruments (fonte: SCXI-1125, 2007).129

FIGURA 64 - Bloco SCXI-1338, National Instruments (fonte: SCXI-1338, 2007)....130

FIGURA 65 - Módulo SCXI-1102, National Instruments (fonte: SCXI-1102, 2007).130

FIGURA 66 - Módulo SCXI-1600, National Instruments (fonte: USB, 2007) ...........131

FIGURA 67 - Esquema de medição e aquisição de dados do grupo BFT/MIG.......132

FIGURA 68 - Esquema de medição e aquisição de dados do grupo Michell-

Banki/Gerador .........................................................................................................132

FIGURA 69 - Transdutores do medidor de vazão ultra-sônico, entrada da BFT.....133

FIGURA 70 - Medidor ultra-sônico de vazão, entrada da turbina Michell-Banki......133

FIGURA 71 - Transdutor de pressão e manômetro de Bourdon, entrada da BFT ..133

FIGURA 72 - Transdutor de pressão e manômetro de Bourdon, entrada da turbina

Michell-Banki...........................................................................................................134

FIGURA 73 - Transdutor de pressão em poço tranqüilizador, canal de fuga ..........134

FIGURA 74 - Alicates para medição de grandezas elétricas ..................................134

FIGURA 75 - Medidor de grandezas elétricas.........................................................135

FIGURA 76 - Módulo de aquisição de dados ..........................................................135

FIGURA 77 - Computador laptop com o software LabVIEW...................................135

FIGURA 78 - Processo de seleção de BFTs e MIGs para cotação.........................139

FIGURA 79 - Custo índice de MCHs em função da bruta (fonte: adaptado de ESHA,

2005) .......................................................................................................................143

FIGURA 80 – Parâmetros hidráulicos, grupo BFT/MIG...........................................152

FIGURA 81 – Potências, grupo BFT/MIG ...............................................................153

FIGURA 82 – Parâmetros hidráulicos, grupo gerador com Michell-Banki – Leituras

diretas .....................................................................................................................155

FIGURA 83 – Parâmetros hidráulicos, grupo gerador com Michell-Banki – Dados

aquisitados ..............................................................................................................155

FIGURA 84 – Potências, grupo gerador com Michell-Banki – Leituras diretas .......156

FIGURA 85 – Potências, grupo gerador com Michell-Banki – Dados aquisitados ..156

FIGURA 86 – Comparação de rendimentos dos grupos geradores........................157

FIGURA 87 – Comparação de potências elétricas dos grupos geradores..............158

FIGURA 88 - Custo de BFTs em função da potência hidráulica líquida..................159

FIGURA 89 - Custo de BFTs em função da potência de eixo fornecida .................160

FIGURA 90 - Custo de BFTs em função da potência hidráulica líquida (queda líquida

entre 10 e 30 m)......................................................................................................161

FIGURA 91 - Custo de BFTs em função da potência hidráulica líquida (queda líquida

entre 30 e 50 m)......................................................................................................161

FIGURA 92 - Custo de BFTs em função da potência hidráulica líquida (queda líquida

entre 30 e 50 m)......................................................................................................162

FIGURA 93 - Custo de BFTs em função da potência hidráulica líquida (queda líquida

entre 50 e 70 m)......................................................................................................163

FIGURA 94 - Custo de BFTs em função da potência hidráulica líquida (queda líquida

entre 70 e 100 m)....................................................................................................163

FIGURA 95 - Custo de BFTs em função da potência de eixo fornecida (queda líquida

entre 10 e 30 m)......................................................................................................164

FIGURA 96 - Custo de BFTs em função da potência de eixo fornecida (queda líquida

entre 30 e 50 m)......................................................................................................164

FIGURA 97 - Custo de BFTs em função da potência de eixo fornecida (queda líquida

entre 50 e 70 m)......................................................................................................165

FIGURA 98 - Custo de BFTs em função da potência de eixo fornecida (queda líquida

entre 70 e 100 m)....................................................................................................165

FIGURA 99 - Custo índice de BFTs em função da queda líquida (de 10 a 20 m)...166

FIGURA 100 - Custo índice de BFTs em função da queda líquida (de 20 a 100 m)

................................................................................................................................167

FIGURA 101 - Custo de MIGs em função da potência nominal ..............................167

FIGURA 102 - Custo de MIGs em função da potência elétrica gerada...................168

FIGURA 103 - Custo índice de grupos geradores BFT/MIG em função da queda

líquida (entre 10 e 20 m) .........................................................................................169

FIGURA 104 - Custo índice de grupos geradores BFT/MIG em função da queda

líquida (entre 20 e 100 m) .......................................................................................169

FIGURA 105 - Custo índice de grupos geradores BFT/MIG em função da queda

líquida - Dólares (entre 10 e 20 m)..........................................................................170

FIGURA 106 - Custo índice de grupos geradores BFT/MIG em função da queda

líquida - Dólares (entre 20 e 100 m)........................................................................170

FIGURA 107 - Custo índice de turbinas hidráulicas em função da queda líquida (de 5

a 40 m) ....................................................................................................................171

FIGURA 108 - Custo índice de grupos geradores convencionais em função da queda

líquida (de 5 a 40 m) ...............................................................................................171

FIGURA 109 - Custo índice de grupos geradores convencionais em função da queda

líquida - Dólares (de 5 a 40 m)................................................................................172

FIGURA 110 - Custo índice médio de BFTs e turbinas Michell-Banki e Pelton.......173

FIGURA 111 - Custo índice médio de BFTs em relação ao de turbinas Michell-Banki

e Pelton ...................................................................................................................173

FIGURA 112 - Custo índice médio de BFTs (considerando volante de inércia e tubo

de sucção) e turbinas Michell-Banki e Pelton..........................................................174

FIGURA 113 - Custo índice médio de BFTs (considerando volante de inércia e tubo

de sucção) em relação ao de turbinas Michell-Banki e Pelton ................................175

FIGURA 114 - Custo índice médio de grupos geradores BFT/MIG e grupos

geradores convencionais ........................................................................................177

FIGURA 115 - Custo índice médio de grupos BFT/MIG em relação a grupos

convencionais..........................................................................................................177

FIGURA 116 - Custo índice de microcentrais hidrelétricas com turbinas Michell-Banki

e convencionais – Dólares ......................................................................................179

FIGURA 117 - Custo índice de microcentrais hidrelétricas (grupo gerador BFT/MIG) -

Dólares....................................................................................................................179

FIGURA 118 - Custo índice médio de microcentrais hidrelétricas...........................180

FIGURA 119 - Custo índice médio de microcentrais hidrelétricas utilizando grupos

BFT/MIG em relação a grupos convencionais (turbina Michell-Banki)....................181

FIGURA 120 - Abaulamento das pás da BFT .........................................................185

FIGURA 121 - Planilha para definição de custos de MCHs ....................................215

FIGURA 122 - Capa de “L'architecture Hydraulique” (1737) (fonte: GALLICA, 2007)

................................................................................................................................230

FIGURA 123 - Curvas da bomba utilizada (fonte: KSB, 2006)................................231

FIGURA 124 - Especificações do motor utilizado (fonte: WEG,2007).....................232

FIGURA 125 - Características do motor utilizado, Modelo 4 pólos, 60 Hz, 45 kW

(fonte: WEG, 2007) .................................................................................................233

FIGURA 126 - Cotação de grupos geradores convencionais..................................236

FIGURA 127 - Cotação de motores de indução......................................................237

FIGURA 128 - Especificações do medidor ultra-sônico de vazão (THERMO, 2007)

................................................................................................................................238

FIGURA 129 - Especificações do medidor de espessura de conduto (HOMIS, 2007)

................................................................................................................................239

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 - Resultados experimentais de Viana ......................................................78

TABELA 2 - Principais parâmetros de projeto da MCH...........................................112

TABELA 3 - Parâmetros de seleção da BFT...........................................................115

TABELA 4 - Parâmetros de seleção do MIG...........................................................116

TABELA 5 - Características geométricas para ensaio do grupo BFT/MIG..............123

TABELA 6 - Características geométricas para ensaio do grupo gerador – Michell-

Banki .......................................................................................................................124

TABELA 7 - Custos índices de MCHs e previsão para 2010...................................144

TABELA 8 - Custos índices de MCHs, por equipamento ........................................144

TABELA 9 - Ensaios em BFTs Worthington............................................................203

TABELA 10 - Seleção de BFTs para simulação – Método de Viana.......................205

TABELA 11 - Seleção de BFTs para simulação – Método de Chapallaz................208

TABELA 12 - Cotação de BFTs e MIGs..................................................................209

TABELA 13 - Cotação de grupos geradores ...........................................................213

TABELA 14 - Simulação de custos índices de MCHs .............................................216

TABELA 15 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Valores médios ......................217

TABELA 16 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 1 ..................................217

TABELA 17 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 2 ..................................218

TABELA 18 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 3 ..................................218

TABELA 19 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 4 ..................................219

TABELA 20 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 5 ..................................220

TABELA 21 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 6 ..................................220

TABELA 22 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 7 ..................................221

TABELA 23 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 8 ..................................221

TABELA 24 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 9 ..................................222

TABELA 25 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 10.................................222

TABELA 26 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 11.................................222

TABELA 27 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 12.................................223

TABELA 28 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 13.................................223

TABELA 29 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 14.................................224

TABELA 30 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 15.................................225

TABELA 31 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 16.................................225

TABELA 32 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 17.................................226

TABELA 33 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 18.................................226

TABELA 34 – Ensaio do grupo gerador convencional – Leituras diretas................227

TABELA 35 – Ensaio do grupo gerador convencional – Dados aquisitados...........227

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica

BFB bomba funcionando como bomba

BFT bomba funcionando como turbina

BIG Banco de Informações de Geração

DNAEE Departamento Nacional de Águas e Energia Elétrica

EFEI Escola Federal de Engenharia de Itajubá

ELETROBRÁS Centrais Elétricas Brasileiras S.A. (ELETROBRÁS)

ESHA European Small Hydro Association (Associação Européia de

Pequenas Centrais Hidrelétricas)

GPS global positioning system (sistema de posicionamento global)

IDH índice de desenvolvimento humano

MCH microcentral hidrelétrica

MIG motor de indução operando como gerador

MME Ministério de Minas e Energia

NRCAN Natural Resources Canadá (Secretaria de Recursos Naturais do

Canadá)

PAC Programa de Aceleração do Crescimento (PAC)

PCH pequena central hidrelétrica

PNPCH Programa Nacional de Pequenas Centrais Hidrelétricas de

Pequenas Centrais Hidrelétricas

UNIFEI Universidade Federal de Itajubá

LISTA DE SÍMBOLOS

a diferença de nível entre a entrada da turbina/BFT e o manômetro (ou

transdutor de pressão)

A

3

área da entrada do tubo de sução

A

4

área da saída do tubo de sução

C

60

capacitância para excitação do MIG em 60 Hz

c

a

coeficiente de altura de Chapallaz

C

bc

custo de barragem de concreto

C

BFT/MIG

custo do grupo gerador BFT/MIG

C

bpa

custo de barragem de pedra argamasada

C

btva

custo da barragem de terra com vertedor em canal de alvenaria

C

btvt

custo da barragem de terra com vertedor em canal de terra

C

car

custo do canal de adução revestido de alvenaria

C

cc

custo da câmara de carga

C

cff

custo do conduto forçado de ferro dúctil

C

cfpvc

custo do conduto forçado de PVC

C

cl

custo do conduto livre de ferro dúctil

C

cm

custo da casa de máquinas

C

ct

custo do canal de adução de terra

CI custo índice

cos φ fator de potência

c

q

coeficiente de vazão de Chapallaz

C

rd

custo da rede de distribuição

C

ta

custo da tomada d´água

C

tbft

custo dos equipamentos eletromecânicos

C

tf

custo dos equipamentos eletromecânicos, turbina Francis

C

tmb

custo dos equipamentos eletromecânicos, turbina Michell-Banki

D

e

diâmetro do eixo

D

r

diâmetro do rotor

D

ts

diâmetro do tubo de sucção na seção considerada

D

1

diâmetro da entrada da turbina

D

3

diâmetro da entrada do tubo de sucção

D

3’

diâmetro da saída do tubo de sucção

F

min

distância entre a saída do tubo de sucção e o fundo do canal de fuga

f

q

fator de queda

g aceleração da gravidade

H

b

altura da bomba no ponto de melhor rendimento

H

b

altura da bomba

H

B

queda bruta

H

bc

altura da barragem de concreto

H

bc

altura da bomba corrigida para a rotação nominal

H

bpa

altura da barragem de pedra argamassada

H

btva

altura da barragem de terra com vertedor em canal de alvenaria

H

btvt

altura da barragem de terra com vertedor em canal de terra

H

L

queda líquida

H

nb

queda nominal da bomba

H

nt

queda nominal da BFT

H

P

perdas de carga

H

pmrb

altura da bomba no ponto de melhor rendimento

H

smáx

altura máxima de sucção

H

t

queda da BFT

H

t

queda da BFT no ponto de melhor rendimento

k coeficiente de BUTU 2;

k

a

coeficiente de altura/queda

k

a

coeficiente de altura de Viana

k

p

coeficiente de relação entre P

et

e P

ng

k

p1

coeficiente de relação entre P

et

e P

ng

extrapolada (entre 35 e 100 kW)

k

q

coeficiente de vazão

k

q

coeficiente de vazão de Viana

k

φ

relação experimental de senos

k

φ

relação experimental de senos

L comprimento do tubo de sucção

L

bc

comprimento da barragem de concreto

L

bpa

comprimento da barragem de pedra argamassada

L

btva

comprimento da barragem de terra com vertedor em canal de alvenaria

L

btvt

comprimento da barragem de terra com vertedor em canal de terra

L

car

comprimento do canal de adução revestido de alvenaria

L

cff

comprimento do conduto forçado de ferro dúctil

L

cfpvc

comprimento do conduto forçado de PVC

L

cl

comprimento do conduto livre de ferro dúctil

L

rd

comprimento da rede de distribuição

L

ct

comprimento do canal de adução de terra

n rotação da BFT

n rotação

n

11e

rotação de disparo do modelo da turbina, calculado em ensaio

n

e

rotação de disparo da turbina

n

nb

rotação nominal da bomba

n

nt

rotação nominal da BFT

n

qa

rotação específica no Sistema Internacional

n

qbt

rotação específica da bomba no Sistema Técnico

n

qt

rotação específica da BFT no Sistema Técnico

n

t

rotação da BFT

P potência instalada

P

a

potência ativa

P

1

pressão na entrada da turbina/BFT

P

e

potência de eixo da BFT

P

el

potência elétrica fornecida pelo MIG

P

elgc

potência elétrica nominal gerada pelo MIG

P

elm

potência elétrica demandada pelo motor

P

emig

potência de eixo absorvida pelo MIG

P

et

potência de eixo fornecida pela turbina ou BFT

P

HL

potência hidráulica líquida absorvida pela BFT

P

hnb

potência hidráulica nominal da bomba

P

hnt

potência hidráulica nominal da BFT

P

ht

potência hidráulica da BFT

P

inst

potência instalada da MCH

P

ng

potência nominal do motor (MIG)

P

ngc

potência nominal comercial do MIG

P

nt

potência nominal de eixo da BFT

P

t

potência de eixo da BFT

Q vazão de projeto ou vazão turbinada

Q

b

vazão da bomba ou vazão da bomba no ponto de melhor rendimento

Q

bc

vazão da bomba corrigida para a rotação nominal

Q

g

potência reativa do MIG

Q

m

potência reativa do motor

Q

nb

vazão nominal da bomba ou vazão estimada bomba

Q

nt

vazão nominal da BFT

Q

pmrb

vazão da bomba no ponto de melhor rendimento

Q

t

vazão da BFT ou vazão da BFT no ponto de melhor rendimento

S potência aparente

S

min

submergência ou afogamento mínimo do tubo de sução

v velocidade recomendável para o escoamento na seção

V tensão de linha

v

1

velocidade na entrada da turbina

v

3´

velocidade na saída do tubo de sucção

v

4

velocidade na saída do tubo de sucção

v

4a

velocidade na saída do tubo de sucção para altas quedas (nqt < 20)

v

4b

velocidade na saída do tubo de sucção para baixas quedas (nqt > 20)

z cota topográfica do nível mínimo do canal de fuga

z

1

cota da entrada da turbina/BFT

z

3

cota do nível d´água de jusante ou da saída do rotor (turbina Michell-

Banki)

φ

m

ângulo fasorial do motor

φ

mig

ângulo fasorial do gerador/MIG

η

BFT/MIG

rendimento do grupo gerador BFT/MIG

η

bmáx

rendimento máximo da bomba

η

m

rendimento do motor à plena carga

η

mig

rendimento do MIG

η

nb

rendimento nominal da bomba

η

nt

rendimento nominal da bomba

η

t

rendimento da turbina ou BFT

ρ massa específica da água

σ coeficiente de cavitação de Thoma, para turbinas Francis

τ

máxe

tensão máxima aplicada no eixo

τ

adm

tensão admissível do material do eixo

τ

máxe

tensão máxima aplicada no eixo

ω

st

coeficiente de BUTU 1;

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................30

1.1 OBJETIVOS.....................................................................................................32

1.1.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .....................................................................32

2 CONSIDERAÇÕES SOBRE HIDROELETRICIDADE............................................34

2.1 PEQUENO HISTÓRICO DA GERAÇÃO HIDRELÉTRICA..............................34

2.2 PANORAMA HIDRELÉTRICO BRASILEIRO ..................................................39

2.3 MICROCENTRAIS HIDRELÉTRICAS .............................................................43

2.3.1 COMPONENTES DE MCHS.....................................................................45

2.3.1.1 Barragens ...........................................................................................46

2.3.1.2 Tomada d´água ..................................................................................46

2.3.1.3 Sistema de adução em baixa pressão................................................46

2.3.1.4 Sistema de transição entre baixa e alta pressão ................................46

2.3.1.5 Sistema de adução em alta pressão...................................................47

2.3.1.6 Casa de força .....................................................................................48

2.3.1.7 Grupo gerador ....................................................................................48

2.3.1.8 Sistema de distribuição e transmissão ...............................................48

2.3.2 VANTAGENS E CONSIDERAÇÕES SOBRE MCHS ...............................48

2.4 TURBINAS HIDRÁULICAS..............................................................................52

2.4.1 TURBINAS FRANCIS ...............................................................................54

2.4.2 TURBINAS PELTON.................................................................................55

2.4.3 TURBINAS MICHELL-BANKI....................................................................56

2.4.4 TURBINAS AXIAIS....................................................................................57

2.5 GERADORES..................................................................................................58

2.5.1 GERADORES SÍNCRONOS.....................................................................58

2.5.2 GERADORES ASSÍNCRONOS OU DE INDUÇÃO ..................................59

3 BOMBAS HIDRÁULICAS E MOTORES DE INDUÇÃO .........................................61

3.1 BOMBAS HIDRÁULICAS ................................................................................61

3.2 MOTORES DE INDUÇÃO ...............................................................................64

4 BOMBAS FUNCIONANDO COMO TURBINA........................................................67

4.1 COMPORTAMENTO HIDRÁULICO ................................................................73

4.2 MÉTODOS DE SELEÇÃO DE BFTS...............................................................81

4.2.1 MÉTODO DE VIANA.................................................................................81

4.2.2 MÉTODO DE CHAPALLAZ.......................................................................84

4.3 RECOMENDAÇÕES PARA APLICAÇÃO PRÁTICA DE BFTS.......................88

4.3.1 TENSÃO MÁXIMA NO EIXO DA BFT.......................................................88

4.3.2 ROTAÇÃO DE DISPARO .........................................................................89

4.3.3 TUBO DE SUCÇÃO..................................................................................90

4.3.4 PRESSÃO NA CAIXA ESPIRAL ...............................................................92

5 MOTORES DE INDUÇÃO OPERANDO COMO GERADOR .................................94

5.1 SELEÇÃO DE MIGS........................................................................................94

6 APLICAÇÃO DE GRUPOS MOTO-BOMBA EM MCHS.......................................103

6.1 ANÁLISE DE VIABILIDADE TÉCNICA..........................................................103

6.1.1 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO.........................................104

6.1.2 REPROJETO E REFORMA DA MCH.....................................................105

6.1.3 SELEÇÃO DA BFT..................................................................................115

6.1.4 SELEÇÃO DO MIG .................................................................................116

6.1.5 ENSAIOS NO GRUPO GERADOR.........................................................117

6.1.5.1 Normatização dos ensaios ...............................................................117

6.1.5.2 Descrição teórica e parâmetros aquisitados.....................................118

6.1.5.2.1 Grupo gerador convencional – Turbina Michell-Banki................121

6.1.5.3 Caracterização do sistema ensaiado................................................123

6.1.5.3.1 Grupo gerador – Turbina Michell-Banki .....................................124

6.1.5.4 Equipamentos utilizados...................................................................124

6.1.5.4.1 Medidor de vazão ultra-sônico por tempo de trânsito ................124

6.1.5.4.2 Medidor de espessura de condutos forçados.............................125

6.1.5.4.3 Manômetro de Bourdon .............................................................126

6.1.5.4.4 Transdutores de pressão ...........................................................127

6.1.5.4.5 Medidor de grandezas elétricas .................................................128

6.1.5.4.6 Tacômetro digital........................................................................128

6.1.5.4.7 Sistema de aquisição de dados .................................................129

6.1.5.4.8 Software para aquisição de dados LabVIEW.............................131

6.1.5.5 Instrumentação e aquisição de dados ..............................................131

6.1.5.6 Execução dos ensaios – procedimentos ..........................................136

6.2 ANÁLISE DE BENEFÍCIOS ECONÔMICOS .................................................136

6.2.1 CUSTOS DE GRUPOS GERADORES ...................................................137

6.2.2 CUSTOS DE MICROCENTRAIS HIDRELÉTRICAS...............................142

7 RESULTADOS E DISCUSSÃO............................................................................152

7.1 VIABILIDADE TÉCNICA................................................................................152

7.1.1 ENSAIOS NO GRUPO BFT/MIG................................................................152

7.1.1.1 Análise dos resultados e comparação com os resultados teóricos

esperados.....................................................................................................153

7.1.2 ENSAIOS NO GRUPO GERADOR COM TURBINA MICHELL-BANKI ..154

7.1.2.1 Análise dos resultados e comparação com o grupo BFT/MIG..........157

7.2 BENEFÍCIOS ECONÔMICOS DA TECNOLOGIA.........................................159

7.2.1 CUSTO ÍNDICE DE GRUPOS BFT/MIG.................................................159

7.2.2 IMPACTO DA TECNOLOGIA BFT/MIG SOBRE O CUSTO DE GRUPOS

GERADORES ..................................................................................................172

7.2.3 CUSTO ÍNDICE DE MCHS UTILIZANDO BFTS/MIGS...........................178

7.2.4 IMPACTO DA TECNOLOGIA BFT/MIG SOBRE O CUSTO DE MCHS..180

8 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES...............................................................182

8.1 SUGESTÕES E FUTUROS ESTUDOS.........................................................184

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................187

BIBLIOGRAFIA CONSULTADA..............................................................................199

APÊNDICES............................................................................................................202

APÊNDICE A – Ensaios em BFTs Worthington ......................................................203

APÊNDICE B – Seleção de BFTs para simulação de custos Método de Viana.....205

APÊNDICE C – Seleção de BFTs para simulação de custos Método de Chapallaz

................................................................................................................................208

APÊNDICE D – Cotação de BFTs e MIGs..............................................................209

APÊNDICE E – Cotação de grupos geradores convencionais................................213

APÊNDICE F – Planilha para definição de custos de MCHs ..................................215

Apêndice G – Custos índices de MCHs ..................................................................216

Apêndice H – Resultados dos ensaios no grupo gerador BFT/MIG........................217

Apêndice I – Resultados dos ensaios no grupo gerador convencional (Turbina

Michell-Banki)..........................................................................................................227

ANEXOS .................................................................................................................229

ANEXO A - Capa de “L'architecture Hydraulique” (1737)........................................230

ANEXO B – Curvas da bomba utilizada no Projeto BFT/MIG .................................231

ANEXO C – Características do MIG utilizado..........................................................232

ANEXO D – Características elétricas do MIG utilizado ...........................................233

ANEXO E – Cotação do grupo BFT/MIG utilizado no projeto..................................234

ANEXO F – Cotação de grupos geradores convencionais......................................236

ANEXO G – Cotação de motores de indução .........................................................237

ANEXO H – Especificações do medidor ultra-sônico de vazão...............................238

ANEXO I – Especificações do medidor de espessura de conduto forçado.............239

30

1 INTRODUÇÃO

A energia sempre foi um elemento fundamental na vida e no desenvolvimento

do ser humano. No atual contexto mundial, esse insumo se tornou o centro das

atenções e dos esforços governamentais, pois ao mesmo tempo em que se torna

necessária a expansão da oferta para garantir o crescimento econômico dos países

diante do mercado globalizado, problemas ambientais como o aquecimento global

obrigam que essa expansão ocorra de forma sustentável, privilegiando as fontes

renováveis. Diante desse desafio, o Brasil encontra-se numa posição privilegiada.

Esforços para o aumento da matriz energética, sobretudo a elétrica, como aqueles

previstos no Programa de Aceleração do Crescimento (PAC), tornam-se possíveis

em função do enorme potencial hidráulico do país.

Além da questão econômica, a energia desempenha um importante papel

social, sobretudo em relação às populações rurais e isoladas. Para essas, a energia

é necessária não somente para a realização de atividades básicas, como iluminação

e refrigeração, mas também para ações nas áreas de saúde, educação, informação

e segurança. As economias e mercados locais muitas vezes dependem ou podem

ser impulsionados pela disponibilidade de energia elétrica.

Ciente dessa realidade, o Governo Federal instituiu o “Programa Nacional de

Universalização do Acesso e Uso da Energia Elétrica - Luz para Todos", através do

qual pretende levar energia elétrica até a parcela menos favorecida da sociedade

brasileira (encontrada majoritariamente em zonas rurais), através, principalmente, da

extensão das redes elétricas já existentes.

Sabe-se, porém, que sistemas de geração descentralizada individualizados,

ou por redes isoladas, são na maioria das vezes a melhor opção para o atendimento

31

a comunidades rurais e isoladas, sob o ponto de vista técnico e econômico, salvo

em situações onde tais localidades encontram-se geograficamente próximas às

redes. Nesse sentido, o Brasil dispõe de um enorme potencial ainda não

inventariado para a implantação de microcentrais hidrelétricas (MCHs). Essa

tecnologia, baseada em uma fonte renovável e tecnicamente dominada, ainda é

subexplorada nacionalmente, principalmente em função do seu custo inicial de

implantação, considerado alto em relação a outras fontes, sobretudo à geração a

Diesel.

Considerando o fato de que grande parte dos custos de uma MCH está

relacionada ao grupo gerador, vários pesquisadores se focaram nesse componente,

na busca por tecnologias mais baratas. Uma das principais alternativas encontradas

é a utilização de bombas funcionando como turbina (BFTs) e motores de indução

operando como gerador (MIGs). A vantagem econômica desses equipamentos

sobre grupos geradores convencionais reside na sua produção em massa, para

aplicações industriais, irrigação, saneamento, dentre outras, implicando numa

redução de seu custo.

Trabalhos como o de Viana (1987) comprovam, em laboratório, que a

utilização de BFTs e MIGs é viável. Pretende-se, com essa dissertação, analisar a

utilização dos grupos moto-bomba para a geração de energia em situações reais.

Para tanto, uma MCH localizada no alto da Serra da Mantiqueira foi repotenciada e

reformada para receber um grupo BFT/MIG, através de convênio entre a UNIFEI e o

Ministério de Minas e Energia. Os resultados dos ensaios realizados nesse grupo

BFT/MIG são apresentados ao longo do trabalho, bem como aspectos técnicos e

econômicos da utilização dessa tecnologia.

32

1.1 OBJETIVOS

O objetivo geral da pesquisa é analisar a utilização e aplicabilidade de BFTs e

MIGs na geração de energia elétrica em MCHs, valendo-se para isso não somente

de um forte embasamento teórico, mas também do estudo de um caso real. São

analisados os aspectos técnicos, através de ensaios no grupo gerador, cujos

resultados serão confrontados com aqueles disponíveis na literatura, e com os de

um grupo gerador convencional, utilizando turbina Michell-Banki.

Procura-se também, ao longo do trabalho, quantificar os impactos da

utilização de grupos BFT/MIG sobre os custos de MCHs, sendo a economia gerada

por essa tecnologia o principal fator motivante de sua aplicação.

1.1.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

São objetivos específicos da pesquisa:

• apresentar, através de uma revisão bibliográfica, os principais conceitos em torno

da geração descentralizada de energia elétrica através de microcentrais

hidrelétricas, bem como sobre grupos geradores, BFTs e MIGs;

• avaliar o comportamento de um grupo gerador BFT/MIG em campo, instalado

numa MCH real, através de ensaios;

• comparar os resultados dos ensaios de campo com os de laboratório,

desenvolvidos, entre outros, por Viana (1987), comprovando a viabilidade técnica

de grupos geradores BFT/MIG;

• comparar o desempenho do grupo BFT/MIG com o de um grupo composto por

33

turbina Michell-Banki e gerador convencional;

• avaliar os benefícios econômicos da tecnologia BFT/MIG, no contexto das

MCHs;

• propor aperfeiçoamentos e recomendações para a utilização prática desses

equipamentos.

34

2 CONSIDERAÇÕES SOBRE HIDROELETRICIDADE

Apresenta-se, neste capítulo, um panorama geral e conceitos básicos da

geração hidrelétrica, contextualizando-se a temática do trabalho.

2.1 PEQUENO HISTÓRICO DA GERAÇÃO HIDRELÉTRICA

Os primeiros registros da utilização da energia hidráulica pelo homem foram

obtidos na Europa e Ásia, a cerca de 2000 anos atrás (FRAENKEL et al., 2003).

Nessa época, a energia da água era utilizada, basicamente, para a moagem de

grãos, valendo-se para isso de sistemas rudimentares, como por exemplo os

monjolos.

FIGURA 1 - Monjolo (fonte: ARAÚJO, 2000)

Com o passar dos anos, a primitiva tecnologia foi dando lugar a equipamentos

35

mais elaborados, destacando-se as rodas d´água (figura 2). As primeiras rodas

d´água tinham eixo vertical e eram acopladas diretamente a moendas.

Aprimoramentos foram sendo feitos e as rodas, agora de eixo horizontal, passaram

a contar com sistemas de acoplamento indireto através de correias e engrenagens.

Percebe-se que, até então, tais sistemas realizavam apenas conversões

hidromecânicas de energia.

FIGURA 2 - Rodas d´água (fonte: TOASTER, 2006)

Em 1730, Daniel Bernoulli elaborou o teorema e a equação da conservação

de energia em fluidos, base da hidráulica moderna, que ficaram estabelecidos em

sua obra intitulada “Hidrodinâmica” (MACINTYRE, 1983).

A publicação do livro L'architecture Hydraulique (vide ANEXO A) pelo

engenheiro francês Bernard Forest de Bélidor, no ano de 1737, é considerada por

muitos como o primeiro marco tecnológico da geração hidrelétrica, no seu estágio

atual. Em seu trabalho, composto por 4 volumes, Bélidor descreve máquinas

hidráulicas de eixo vertical e horizontal, criando bases para o desenvolvimento das

bombas e turbinas hidráulicas modernas. Curiosamente, outra contribuição de

36

Bélidor, durante a elaboração de L'architecture Hydraulique, foi a inédita utilização

das teorias de cálculo integral para a resolução de problemas técnicos (BERNARD,

2006).

Já em 1754, Leonard Euler, inventor de uma roda de reação com distribuidor

fixo (considerada a verdadeira precursora das turbinas hidráulicas), desenvolveu a

equação que ainda hoje leva seu nome, através da qual pode-se descrever o

comportamento de máquinas de reação (MACINTYRE, 1983).

Quase um século depois, em 1831, o químico britânico Michael Faraday

descobriu e estudou o fenômeno da indução eletromagnética, sendo este o princípio

fundamental de operação de motores, geradores e transformadores. Uma década

depois, os primeiros geradores elétricos começavam a ser utilizados (FRIEDEL,

1981).

FIGURA 3 - Primeiro gerador idealizado por Faraday (fonte: FRIEDEL, 1981)

Inúmeras fontes norte-americanas consultadas, pelos mesmos e óbvios

motivos que as levam erroneamente a não reconhecer o pioneirismo brasileiro na

invenção do avião, e a considerar a Amazônia um território internacional, atribuem

aos Estados Unidos às primeiras experiências práticas de geração hidrelétrica.

37

Segundo estas, em 1880, a Michigan's Grand Rapids Electric Light and Power

Company produziu eletricidade para acender 16 lâmpadas, através do acoplamento

de um dínamo a uma turbina hidráulica. Um ano depois, nas Cataratas do Niagara,

outro sistema teria sido implantado, utilizando novamente um dínamo, desse vez

acoplado à turbina de uma fábrica de farinha, visando à iluminação pública (WIND,

2005).

Sabe-se, porém, que a energia hidrelétrica foi utilizada pela primeira vez na

Inglaterra, em 1878, na cidade de Rothbury, pelo industrial inglês William George

Armstrong (ELETRIC, 2006). Lorde Armstrong, como era conhecido, sempre se

interessou pela engenharia, especialmente por máquinas hidráulicas, tendo

inventado e projetado inúmeros equipamentos e estruturas. Como industrial,

Armstrong se dedicou inicialmente à produção de pontes e equipamentos

hidráulicos. Posteriormente, passou a atuar na indústria bélica, produzindo desde

armas até veículos de combate, tendo sido um dos principais fornecedores do

exército britânico durante a I Guerra Mundial. Foi também um dos fundadores da

Universidade de Newcastle. Com o passar do tempo, Armstrong começou a se

interessar por paisagismo e jardinagem, o que o levou a construir uma estupenda

mansão, chamada de Cragside House (WILLIAM, 2007). Lorde Armstrong barrou

alguns rios em sua propriedade, desviando a água para 5 pequenos reservatórios,

que lhe ofereciam uma queda bruta de aproximadamente 103 m. Com a instalação

de uma pequena casa de força, Cragside House se tornou o primeiro local no mundo

a utilizar energia hidrelétrica, no caso, para iluminação e aquecimento (NATIONAL,

2007).

38

FIGURA 4 - Cragside House (fonte: CRAGSIDE, 2007)

Em 1882, entra em operação a primeira usina hidrelétrica comercial do

mundo, a Vulcan Street Power Plant, construída rio Fox (Appleton - Winsconsin) com

uma potência instalada de 12,5 kW. A usina atendia a duas fábricas de papel e a

residência de seu proprietário (FIRST, 2007).

FIGURA 5 - Microcentral hidrelétrica de Vulcan Street (fonte: FIRST, 2007)

A primeira central hidrelétrica brasileira foi instalada em 1883, em um afluente

do rio Jequitinhonha, município de Diamantina - MG (HISTÓRIA, 2003). Em 1889

era inaugurada em Juiz de Fora a Usina de Marmelos, sendo considerada o grande

39

marco da hidroeletricidade brasileira.

FIGURA 6 - Usina de Marmelos (fonte: BRASILVIAGEM.COM, 2006)

Em 1908 começa a operar em Piraí - RJ a Usina Hidrelétrica Fontes Velha,

com 24 MW instalados, sendo uma das maiores do mundo na época.

2.2 PANORAMA HIDRELÉTRICO BRASILEIRO

O Brasil é conhecido mundialmente pela abundância de recursos naturais,

destacando-se nesse cenário, os recursos hídricos. A existência de grandes rios,

aliada aos antigos modelos políticos e setoriais, fizeram com que o país se tornasse

o detentor de uma das maiores matrizes elétricas baseadas em fontes renováveis do

planeta, através da geração hidráulica. A hidroeletricidade representa cerca de 70 %

da capacidade instalada nacional (TIAGO FILHO, 2006), correspondente a uma

potência de 75.949 MW. De acordo com a Agência Nacional de Energia Elétrica

(ANEEL), tem-se a seguinte distribuição entre as fontes empregadas no Brasil:

40

Matriz Elétrica Brasileira por Fonte - Porcentagem

70,6%

10,3%

4,3%

3,6%

1,9%

1,4%

0,2%

7,8%

Hidrelétrica

Gás

Petróleo

Biomassa

Nuclear

Carvão Mineral

Eólica

Importação

FIGURA 7 - Matriz elétrica brasileira (fonte: ANEEL, 2007)

A aptidão brasileira à hidroeletricidade vem passando por mudanças na sua

forma, mantendo, porém, a mesma intensidade. Apesar dos tão comentados

projetos das usinas de Belo Monte e do Rio Madeira, os grandes empreendimentos

vem cedendo espaço para as pequenas centrais hidrelétricas (PCHs). A explicação

para essa tendência reside, entre outros, no fato dos grandes aproveitamentos

remanescentes se localizarem em áreas afastadas dos grandes centros

consumidores do Sudeste/Sul, e, principalmente, na legislação ambiental vigente no

país, que inviabiliza esse tipo de empreendimento devido aos impactos ambientais

ocasionados pela formação de grandes reservatórios. São consideradas PCHs as

usinas hidrelétricas cuja potência instalada se encontra na faixa de 1

1

a 30 MW, e

cujos reservatórios tenham área inferior a 13 km² (ANEEL, 2003).

1

Faixa de potência adotada no Brasil. Na Europa, por exemplo, os limites de potência para PCH´s são de 500 e 10.000 kW

(EUROPEAN SMALL HYDRO ASSOCIATION, 2006).

41

A implantação do novo modelo institucional do setor elétrico brasileiro,

baseado num mercado competitivo, e a necessidade de se garantir um aumento da

oferta de eletricidade, capaz de sustentar o desenvolvimento econômico do país, fez

com que a geração de energia elétrica se tornasse um negócio milionário e

estratégico, envolvendo agentes privados e estatais. A eminência de uma nova crise

no fornecimento de energia já em 2008 tende a impulsionar o mercado de PCHs,

que constituem uma boa opção para a expansão do sistema, devido ao já citado

potencial hidrelétrico brasileiro e ao estado da arte, permitindo uma complementação

aos grandes empreendimentos.

Concomitantemente aos números do mercado, o Governo Federal tem lidado

com índices igualmente surpreendentes em relação ao fornecimento de energia

elétrica para a parcela menos favorecida da população. Segundo dados do

“Programa Luz Para Todos”, aproximadamente 10 milhões de brasileiros não tem

acesso à eletricidade, estando cerca de 90 % deles localizados em áreas rurais com

baixos índices de desenvolvimento humano (IDH) (IBGE, 2000

2

apud MME, 2007). A

situação se torna ainda mais grave quando considerado o fato de que grande parte

das comunidades isoladas encontra-se na Amazônia, onde as características

naturais quase sempre impossibilitam a extensão das redes existentes, obrigando

qualquer esforço de universalização a se basear em sistemas de geração

descentralizada.

Em termos de pequena geração descentralizada, as centrais hidrelétricas

mostram novamente sua versatilidade, através das minicentrais, com potência

instalada entre 100 e 1.000 kW, e as microcentrais (MCHs), com capacidade inferior

a 100 kW (ELETROBRÁS, 1999). Esse tipo de usina, amplamente difundido no

2

INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA. Censo 2000. Brasília: IBGE, 2000.

42

exterior, ainda é subexplorado no Brasil, onde poderia contribuir para o

desenvolvimento de pequenos centros de produção agrícola e para a melhoria da

qualidade de vida de comunidades isoladas.

A figura 8 apresenta a composição do parque hidrelétrico brasileiro, de acordo

com os tipos de centrais:

Geração Hidrelétrica Brasileira

MCHs; 0,002%

PCHs; 2,122%

UHEs; 97,735%

Mini; 0,141%

MCHs Mini PCHs UHEs

FIGURA 8 - Composição da geração hidrelétrica brasileira (fonte: ANEEL, 2007)

Um dos principais entraves à disseminação das microcentrais hidrelétricas no

Brasil é o seu custo inicial de instalação, relativamente alto quando comparado, por

exemplo, com os geradores a Diesel, opção atualmente predominante no país.

Porém, quando se avalia todo o ciclo de vida de uma microcentral hidrelétrica,

percebe-se que o inconveniente do alto investimento inicial é suprimido por várias

vantagens, tanto de ordem econômica, quanto ambientais e operacionais, que serão

abordados ao longo desse trabalho. Outro empecilho à expansão das MCHs é a

43

atual legislação do setor elétrico brasileiro, que dificulta a comercialização de

energia gerada em centrais com capacidade inferior a 1 MW

3

, tornando este tipo de

empreendimento pouco atrativo para investidores privados.

A soma desses e outros fatores implicam no não aproveitamento de inúmeros

potenciais para microgeração hidrelétrica, que ao contrário dos potenciais maiores,

não são sequer inventariados. Esse descaso ou falta de interesse recai até mesmo

sobre as MCHs já existentes. Dados do Banco de Informações de Geração (ANEEL,

2007) apontam a existência de apenas 27 centrais com potência inferior a 100 kW

em todo o Brasil, quando na realidade, são conhecidas, pelo menos, 187 (TIAGO

FILHO, 2006).

2.3 MICROCENTRAIS HIDRELÉTRICAS

As primeiras iniciativas brasileiras em prol das MCHs ocorreram na década de

80, com o lançamento do Programa Nacional de Pequenas Centrais Hidrelétricas

(PNPCH), pelo extinto Departamento Nacional de Águas e Energia Elétrica

(DNAEE), e a publicação dos manuais de pequenas, mini e microcentrais, feita em

parceria pelo DNAEE e as Centrais Elétricas Brasileiras S.A. (ELETROBRÁS). De

acordo com Souza (2005)

4

, os principais objetivos do PNPCH eram:

• Disseminação da energia elétrica de forma simples, com baixos custos e

impactos ambientais, utilizando tecnologia brasileira;

3

As MCHs devem atender a critérios para interligação ao sistema, o que pode inviabilizar economicamente o projeto.

4

Diretrizes estabelecidas pela Portaria nº 109 de 1982, do extinto Departamento Nacional de Água e Energia Elétrica

(DNAEE).

44

• Apoiar projetos de baixo custo;

• Incentivar a geração, distribuição, transmissão e comercialização independentes

de energia;

• Aplicação de mini e microcentrais priorizando o atendimento de propriedades

rurais, agroindústrias, cooperativas e comunidades isoladas;

Passados mais de 20 anos, as diretrizes do PNPCH, no tocante às MCHs,

ainda soam como atualidades, indo de encontro, principalmente, aos esforços do

governo na busca pela universalização da energia elétrica, conforme comentado na

seção 2.2.

Tecnicamente, o projeto de uma MCH deve partir do pressuposto da

simplicidade. Apesar de vários aspectos em comum, esse tipo de central não pode

ser encarado levianamente como uma usina hidrelétrica em escala reduzida, dadas

as especificidades e particularidades de cada uma.

Uma central hidrelétrica pode ser, basicamente, de três tipos (SOUZA,1992):

• Central de represamento: a queda bruta é obtida através da construção de uma

barragem com grandes dimensões, estando a casa de força, geralmente,

instalada na sua base. É um tipo pouco usual de MCH, dados os altos custos

associados ao barramento;

• Central de desvio: é o tipo mais comum de MCH, no qual se aproveita o desnível

natural do terreno, sendo a água captada e restituída no mesmo curso d´água.

Constitui uma vantagem ambiental, uma vez que, por quase sempre ser instalada

junto a cachoeiras (naturalmente intransponíveis para a ictiofauna), não

interferem na rota migratória de peixes durante a piracema;

45

• Central de derivação: tem características semelhantes às de centrais de desvio,

sendo a água, porém, devolvida em um rio diferente daquele onde foi captada.

A figura 9 ilustra um arranjo típico de microcentrais hidrelétricas de desvio,

sendo seus principais componentes (NRCAN, 2004): tomada d´água e extravasor

(A); sistema de adução em baixa pressão (B); sistema de transição entre alta e baixa

pressão (C), sistema de alta pressão e blocos - de apoio e ancoragem - (D); casa de

força, grupo gerador e painel de controle (E); canal de fuga (F); sistema de

distribuição (G).

FIGURA 9 - Arranjo típico de MCH (fonte: NATURAL RESOURCES CANADA, 2004)

2.3.1 COMPONENTES DE MCHS

É apresentado a seguir um resumo descritivo dos principais componentes de

MCHs.

46

2.3.1.1 Barragens

Estrutura construída transversalmente ao curso d´água, com a função de

acumular água ou simplesmente elevar o seu nível. Em MCHs, geralmente assume

o papel de soleira (pequena mureta, galgável, sobre a qual ocorre vertimento), com

dimensões reduzidas, tendo a função de manter o afogamento necessário da

tomada d´água ou produzir uma regularização diária de vazões.

2.3.1.2 Tomada d´água

Componente responsável pela captação da água no curso d´água. Deve ser

equipada com uma comporta para manutenção do sistema de adução, extravasor,

grade para retenção corpos flutuantes e desarenador, para eliminação de

sedimentos.

2.3.1.3 Sistema de adução em baixa pressão

Pode ser constituído por um canal de adução ou conduto livre, sendo que, em

ambos os casos, o escoamento ocorre sob pressão atmosférica. Transporta a água

até o sistema de alta pressão, devendo para isso, acompanhar as curvas de nível do

terreno.

2.3.1.4 Sistema de transição entre baixa e alta pressão

A escolha do sistema de transição se dá em função das características do

47

sistema de baixa pressão. Quando este é composto por um canal de adução, a

transição é feita por uma estrutura denominada câmara de carga.

A câmara de carga apresenta aspectos construtivos extremamente

semelhantes aos da tomada d´água, tendo a função de manter o afogamento do

conduto forçado (selo hidráulico), aliviar o efeito de um possível golpe de aríete

5

, e

armazenar um volume suficiente para a partida das turbinas.

No caso da adução em baixa pressão ocorrer através de um conduto livre,

utiliza-se na transição uma chaminé de equilibro, sendo sua principal função o

amortecimento do golpe de aríete.

2.3.1.5 Sistema de adução em alta pressão

É representado pelo conduto forçado, cuja função é alimentar a turbina

hidráulica. Os condutos, quando não enterrados, são sustentados por blocos de

apoio e ancoragem. Os blocos de apoio (ou selas) são instalados em toda extensão

do conduto, de forma a suportar principalmente os esforços verticais provenientes do

peso da tubulação, podendo esta, inclusive, apresentar movimento relativo em

relação às selas (por exemplo, no caso de dilatação térmica). Sempre que ocorre

mudança na direção, vertical ou horizontal, dos condutos, bem como no seu início e

final, são instalados os blocos de ancoragem, envolvendo totalmente a tubulação.

Ao contrário dos blocos de apoio, o conduto não pode se movimentar dentro dos

blocos de ancoragem, devendo, com isso, serem previstas juntas de dilatação entre

blocos consecutivos.

5

Surto de pressão ocasionado pelo interrompimento brusco do escoamento no conduto forçado.

48

2.3.1.6 Casa de força

A casa de força é o local reservado para a instalação e abrigo do grupo

gerador. Deve ser projetada levando-se em consideração aspectos como ventilação,

iluminação, facilidade de acesso e movimentação de equipamentos.

É também na casa de força onde se instala o canal de fuga, responsável pela

restituição da vazão turbinada ao curso d´água.

2.3.1.7 Grupo gerador

É formado pelo acoplamento de uma turbina hidráulica a um gerador elétrico,

através dos quais ocorrem os processos de conversão do potencial hidráulico em

potência elétrica. Pode-se Incluir no grupo gerador sistemas de regulação de

velocidade (volantes de inércia, por exemplo).

2.3.1.8 Sistema de distribuição e transmissão

Leva a energia gerada até as cargas. MCHs normalmente se restringem à

distribuição em curtas distâncias, uma vez que a extensão de longas linhas e o custo

de transformadores de maior porte quase sempre inviabilizam o empreendimento.

2.3.2 VANTAGENS E CONSIDERAÇÕES SOBRE MCHS

As microcentrais hidrelétricas constituem a forma de geração isolada, em

pequena escala e baseada em fontes renováveis, cuja tecnologia encontra-se mais

49

disseminada e dominada em termos mundiais. Em relação aos investimentos para

implantação, quando consideradas somente fontes renováveis, geralmente

representam a alternativa mais viável. Mesmo quando isso não ocorre, as muitas

vantagens que esse tipo de central fornece às comunidades atendidas e ao meio

ambiente justificam subsídios governamentais (KHENNAS e BARNETT, 2000). A

Natural Resources Canada (2004) enumera os seguintes benefícios inerentes às

microcentrais hidrelétricas:

• A fonte energética das MCHs, a água, é praticamente gratuita

6

, embora seu

custo de implantação geralmente seja superior ao de sistemas que geram

eletricidade utilizando combustíveis fósseis ou gás natural;

• Sistemas hidrelétricos são “à prova de inflação”, uma vez que não dependem de

combustíveis, cujos preços, além de seguirem tendências inflacionarias,

geralmente apresentam alta volatilidade, por exemplo, por questões geopolíticas;

• A vida útil de sistemas hidrelétricos encontra-se na faixa de 20 a 30 anos, muito

superior a da maioria dos outros sistemas;

• Em se tratando de uma fonte renovável, uma microcentral hidrelétrica não

depende de óleo, carvão ou outro combustível fóssil para operar. Esse fato,

juntamente à reduzida escala desse tipo de empreendimento, contribui para a

auto-sustentabilidade da central, uma vez que os impactos ambientais e sociais

das grandes centrais são praticamente eliminados.

• As microcentrais eliminam a necessidade de implantação ou extensão de longas

linhas de transmissão.

6

Com o avanço da política nacional de recursos hídricos e o desenvolvimento dos mecanismos de outorga e cobrança pelo

uso, deve-se tomar tal afirmação como uma meia-verdade, ainda que os valores envolvidos sejam irrisórios quando

comparados ao da compra de combustíveis.

50

São várias as vantagens, em termos ambientais, das MCHs, a começar pela

não formação de grandes reservatórios. Dessa forma, é evitado o alagamento de

áreas produtivas ou de mata nativa, além do deslocamento de populações. O

impacto ocasionado pela instalação das estruturas, como canais, condutos e casa

de força, é extremamente localizado, dispensando, muitas vezes, o desmatamento.

Quando este é necessário, ocorre em proporções reduzidas, podendo ser facilmente

compensado pelo plantio de outras árvores em locais adjacentes.

A utilização de soleiras ao invés de barragens propriamente ditas geralmente

dispensa a instalação de mecanismos de transposição de peixes, uma vez que estas

se assemelham aos obstáculos naturais ultrapassados pelas espécies em suas rotas

migratórias. Quando estes mecanismos se fazem necessários, apresentam

dimensões extremamente reduzidas, devido ao pequeno desnível a ser superado.

Além disso, as soleiras influem muito menos no transporte de sedimentos do rio,

retendo, em grande parte, apenas material de maior granulometria.

Finalmente, a não utilização de combustíveis fósseis evita a emissão de

gases de efeito estufa. Numa época onde o mundo volta suas atenções para o

problema do aquecimento global, as fontes renováveis devem ser prioridade tanto

dos governos quanto de investidores privados, no tocante à eletrificação de áreas

rurais e isoladas. Um GWh de eletricidade produzido a partir de pequenas e

microcentrais hidrelétricas corresponde a uma redução média de 480 toneladas na

emissão de CO

2

(ESHA, 2006), em relação à queima de combustíveis fósseis.

Do ponto de vista socioeconômico, a energia produzida por uma MCH, em

uma comunidade rural e/ou isolada, permite a expansão das atividades produtivas

locais, geralmente associadas à agricultura e ao extrativismo, incrementando a

renda de sua população. Além disso, a eletricidade dá suporte ao desenvolvimento

51

de programas de saúde, educação e saneamento, melhorando sensivelmente a

qualidade de vida dos moradores.

No âmbito tecnológico, apesar da maturidade técnica envolvendo as MCHs,

muitos avanços ainda são possíveis em relação ao estado da arte. Nesse sentido,

muitos dos esforços atuais se concentram na busca pela redução dos custos de

implantação (principal benefício da tecnologia BFT/MIG, foco deste trabalho) e na

automatização das usinas. Segundo a European Small Hydro Association (ESHA,

2005), as principais tendências tecnológicas na área de microcentrais hidrelétricas

são:

• Padronização e otimização de turbinas, geradores e estruturas civis;

• Pesquisas para ampliar a faixa de operação de turbinas Francis, mantendo

rendimentos regulares;

• Desenvolvimento de sistemas de controle computacionais, ao invés dos

eletrônicos, atualmente utilizados;

• Utilização de barragens móveis;

• Desenvolvimento de novos materiais.

O aprimoramento e desenvolvimento de turbinas para baixa queda e

hidrocinéticas constituiu uma outra linha de pesquisa muito promissora, sendo

necessária não somente para a expansão das micro e mini, mas também das

pequenas centrais hidrelétricas.

52

2.4 TURBINAS HIDRÁULICAS

Existem basicamente dois tipos de turbinas hidráulicas (TIAGO FILHO, ca.

1990):

• Turbinas de ação: a conversão da energia hidráulica em mecânica ocorre com o

escoamento no rotor à pressão constante;

• Turbinas de reação: a pressão no rotor varia durante a conversão hidromecânica

de energia.

A seleção da turbina para um aproveitamento hidrelétrico se dá a partir de

dois parâmetros: vazão de projeto (Q) e queda líquida (H

L

), sendo está última obtida

subtraindo-se as perdas de carga (H

P

) no sistema de adução da queda topográfica

ou bruta (H

B

). A partir de Q e H

L

, obtém-se uma grandeza adimensional,

denominada rotação específica

7

(n

qA

), cujos valores são característicos para cada

tipo de turbina. O n

qa

é expresso pela seguinte equação:

( )

4

3

L

3

qA

g.H

Q.n.10

n = (1)

onde:

n

qA

rotação específica no Sistema Internacional [1];

n rotação [rps];

Q vazão de projeto [m³/s];

H

L

queda líquida [m];

7

Fisicamente, o n

qA

representa a rotação que a turbina teria sob uma queda de 1 m e escoando uma vazão de 1 m³/s.

53

g aceleração da gravidade [m/s²].

As figuras 10 e 11 permitem a pré-seleção do tipo de turbina, em função da

vazão, queda e n

qA

:

FIGURA 10 - Pré-seleção de turbinas hidráulicas (fonte: SOUZA, 1992)

54

FIGURA 11 - Diagrama de Cordier (fonte: TIAGO FILHO, ca. 1990)

2.4.1 TURBINAS FRANCIS

São máquinas de reação, operando sob uma variada faixa de vazões e

quedas. São constituídas basicamente das seguintes partes:

• Caixa: pode ser na forma de caracol, fechada, ou do tipo aberta, quando o rotor é

instalado diretamente em um poço ou câmara;

• Distribuidor: componente formado por uma série de pás móveis que, além de

direcionarem o fluxo (juntamente ao pré-distribuidor), permitem a regulagem da

vazão turbinada em função da demanda;

• Rotor: composto de pás especiais, pode ser de vários tipos (lento, normal,

rápido), em função das características do aproveitamento;

55

• Tubo de sucção: restitui a vazão turbinada pelo canal de fuga, além de recuperar

parte da energia cinética da água que sai do rotor.

FIGURA 12 - Turbina Francis (fonte: SOUZA et al., 1999)

2.4.2 TURBINAS PELTON

As turbinas Pelton são máquinas de ação, indicadas para altas quedas e

baixas vazões. Seu distribuidor é denominado injetor, ou bico injetor, sendo a vazão

controlada por um componente chamado de agulha. Para MCHs são utilizadas

turbinas Pelton com 1 e 2 jatos, existindo fabricantes que oferecem bicos injetores

sem controle de vazão por questão de custos, sendo estes denominados setias.

56

FIGURA 13 - Turbina Pelton com dois jatos (fonte: SOUZA et al., 1999)

2.4.3 TURBINAS MICHELL-BANKI

É um dos tipos de turbina mais empregados em microaproveitamentos

hidrelétricos, dada sua simplicidade construtiva e baixo custo (SOUZA et al., 1999).

É uma máquina de ação, cujo rotor se assemelha a uma roda d´água, sendo

movimentado por um jato d´água largo.

57

FIGURA 14 - Turbina Michell-Banki (fonte: SOUZA et al., 1999)

2.4.4 TURBINAS AXIAIS

As turbinas axiais são aplicadas em aproveitamentos que possuam alta vazão

e baixas quedas. Os rotores axiais são compostos por pás fixadas a um cubo,

podendo estas ser fixas ou móveis. Quando as pás são fixas, denomina-se o

rotor/turbina como hélice; sendo as pás móveis, o equipamento é chamado de

Kaplan. Existem variações nos tipos de turbina empregando rotores axiais, sendo os

principais as turbinas tubulares, bulbo e straflo. Em MCHs, as turbinas axiais mais

utilizadas são aquelas que não possuem controle de vazão no distribuidor e no rotor,

por apresentarem menor custo.

FIGURA 15 - Turbinas axiais (fonte: SOUZA et al., 1999)

58

2.5 GERADORES

As máquinas elétricas (geradores e motores) funcionam de acordo com o

princípio da indução eletromagnética, descoberto por Michael Faraday em 1831. A

indução eletromagnética é o fenômeno através do qual uma força eletromotriz, ou

tensão, é gerada quando um corpo é exposto a um campo magnético variável,

sendo a tensão proporcional à variação do campo. Quando esse corpo é um

condutor, surge juntamente à tensão, uma corrente induzida (FITZGERALD et al.,

1975).

Os geradores elétricos utilizados em centrais hidrelétricas são basicamente

de dois tipos: síncronos ou assíncronos (SOUZA et al., 1999).

2.5.1 GERADORES SÍNCRONOS

Os geradores síncronos operam com velocidade constante, sincronizada à

freqüência da tensão alternada aplicada em seus terminais. A variação do campo

magnético necessária à indução eletromagnética é obtida através da rotação do

componente denominado rotor, constituído de material ferromagnético envolto em

um enrolamento. Esse enrolamento é chamado de enrolamento de campo, tendo a

função de produzir um campo magnético constante que irá interagir com o campo

produzido pelo enrolamento do estator (excitação). Este, por sua vez, é montado, de

forma fixa, entorno do rotor, sendo também constituído de material ferromagnético

envolto em um conjunto de enrolamentos distribuídos ao longo de sua

circunferência. Os enrolamentos do estator são alimentados por tensões alternadas.

O gerador síncrono recebe energia mecânica (potência de eixo) vinda da

59

turbina, cuja rotação deve ser constante e controlada, uma vez que a freqüência da

tensão trifásica é função dessa velocidade. Como já mencionado, o enrolamento de

campo do rotor deve ser alimentado por uma fonte de tensão contínua, de forma

que, ao girar, o campo magnético gerado pelos pólos do rotor tenha um movimento

relativo aos condutores dos enrolamentos do estator. Esse movimento relativo

produz a variação do campo magnético necessária à indução de tensão em seus

terminais, de acordo com a lei de Faraday (FITZGERALD et al., 1975).

2.5.2 GERADORES ASSÍNCRONOS OU DE INDUÇÃO

Os geradores de indução trabalham com rotações um pouco diferentes da

rotação síncrona. Podem possuir rotores bobinados, com anéis e escovas, ou do

tipo gaiola de esquilo, sendo este último preferido por questões de manutenção e

robustez (SOUZA et al., 1999). Para que o gerador de indução possa converter a

potência de eixo em potência ativa, é necessário fornecê-lo potencia reativa, uma

vez que ele é desprovido de enrolamento de campo, propriamente dito. Essa

potência reativa pode ser fornecida pela rede, no caso de um sistema interligado, ou

por um banco de capacitores. Quando se deseja operar com tensão e freqüência

constante, porém com velocidade variável, deve-se utilizar um gerador de indução

bobinado, conseguindo-se a excitação através de um cicloconversor (CHAPALLAZ

et al., 1992).

60

FIGURA 16 - Gerador de indução (fonte: UNESP, 2007)

61

3 BOMBAS HIDRÁULICAS E MOTORES DE INDUÇÃO

3.1 BOMBAS HIDRÁULICAS

As bombas hidráulicas são classificadas em três tipos, sendo estes definidos

pela geometria do rotor e, conseqüentemente, pelo seu campo de operação. São

elas, de acordo com Viana et al. (2001):

• Bombas centrífugas ou radiais: o escoamento ocorre, predominantemente, num

plano perpendicular ao eixo. Aplicadas para baixas vazões e grandes alturas;

• Bombas de fluxo misto: o escoamento ocorre, simultaneamente, no sentido axial

e radial. Operam com vazões e alturas médias;

• Bombas axiais: a direção do escoamento é predominantemente paralela ao eixo.

A geometria do rotor, assim como nas turbinas hidráulicas, é definida pelo

n

qA

8

, apresentado na equação 1. A figura abaixo ilustra o campo de aplicação dos

três tipos de bombas hidráulicas, em função do n

qA

:

FIGURA 17 - Campo de funcionamento de bombas hidráulicas

8

No caso de bombas, deve-se substituir na expressão do n

qA

, o parâmetro H

L

pela altura total de elevação.

62

As bombas podem ser classificadas também como de simples ou dupla

sucção. As bombas de dupla sucção, cujo rotor é dito gêmeo, tem a função de

dobrar a vazão recalcável, para uma mesma altura de elevação, de forma análoga a

uma associação de bombas duas bombas iguais em paralelo.

FIGURA 18 - Rotores de simples e dupla sucção

Quando se necessita fornecer mais pressão ao sistema, para uma mesma

vazão, pode-se utilizar bombas de vários estágios, que consistem na combinação de

vários rotores em uma mesma máquina. O resultado obtido é semelhante ao de uma

associação de bombas em série, conforme figura a seguir:

FIGURA 19 - Bomba com três estágios

63

Os rotores podem ainda ser do tipo fechado, semi-aberto e aberto, sendo os

dois últimos utilizados em aplicações específicas, como por exemplo, em situações

onde o fluído recalcado possua material sólido em suspensão.

FIGURA 20 - Rotores fechados, semi-abertos e abertos

A figura 21 ilustra os principais componentes e detalhes construtivos de uma

bomba centrífuga, sendo eles: corpo espiral (1), anel de desgaste (2 e 3), anel

centrifugador (4), indicador de nível de óleo (5), rolamento (6), tampa de mancal (7),

tampa de sucção (8), rotor (9), chaveta (10), luva protetora do eixo (11), eixo (12),

suporte de mancal (13) e anel de junta radial do eixo (14).

FIGURA 21 - Aspectos construtivos de uma bomba centrífuga (fonte: adaptado de KSB, ca. 2005)

64

3.2 MOTORES DE INDUÇÃO

Motores de indução são máquinas que apresentam aspectos construtivos

extremamente semelhantes ao de geradores de indução, realizando, porém, o

processo oposto de conversão (MARQUES et al., 2006). Funcionam normalmente

com velocidade constante, que varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao

eixo. Devido a sua grande simplicidade, robustez e baixo custo, é o tipo de motor

mais utilizado, sendo adequado para quase todos os tipos de máquinas e aplicações

práticas (BORTONI, 2006).

FIGURA 22 - Aspectos construtivos de um motor de indução (fonte: MARQUES et al., 2006)

Assim como um gerador, é composto basicamente de duas partes: o estator

(parte fixa) e o rotor (parte móvel). O espaço entre o estator e o rotor é denominado

entreferro. O estator é composto de chapas finas de material ferromagnético,

tratadas termicamente para reduzir ao mínimo as perdas por correntes parasitas e

65

histerese. Estas chapas têm o formato de um anel com ranhuras internas de tal

maneira que possam ser alojados enrolamentos, os quais por sua vez, quando em

operação, deverão criar um campo magnético no estator. O rotor também é

composto de chapas finas de aço magnético tratadas termicamente, com o formato

também de anel, e com os enrolamentos alojados longitudinalmente (BORTONI,

2006).

FIGURA 23 - Enrolamentos imbricado e ondulado (fonte: BORTONI e SANTOS, ca. 2000)

FIGURA 24 - Rotores tipo gaiola e bobinado (fonte: BORTONI; SANTOS, ca. 2000)

O motor de indução funciona a partir da formação de um campo girante,

obtido quando os enrolamentos do estator (separados espacialmente por ângulos de

66

120°) são percorridos por correntes elétricas defasadas temporalmente de 120°. O

movimento relativo do campo girante sobre os enrolamentos do rotor estacionário

faz com que apareça uma tensão induzida neste enrolamento (segundo a Lei de

Faraday), gerando uma corrente que irá circular pelo rotor. A interação do campo

girante com a corrente induzida no rotor, por sua vez, dá origem à Força de Lorentz

(BORTONI, 2006), conforme a figura 25:

FIGURA 25 - Força de Lorentz em um motor (fonte: BORTONI; SANTOS, ca. 2000)

À medida que a velocidade aumenta, as velocidades do rotor e do campo

girante tendem a se igualar, anulando o movimento relativo que induz a tensão no

rotor e, consequentemente, a força de Lorentz. Para isso, é necessário que o motor

de indução seja assíncrono, ou seja, opere com uma pequena diferença entre a

velocidade operativa e a síncrona, garantindo a ocorrência dos fenômenos citados

(BORTONI, 2006).

67

4 BOMBAS FUNCIONANDO COMO TURBINA

O grupo gerador, formado por uma turbina hidráulica, gerador e regulador de

velocidade, é um dos componentes mais importantes de uma central hidrelétrica,

podendo representar até 40 % de seu custo global (TIAGO FILHO, ca. 1990). Dessa

forma, quando se pretende reduzir os custos de implantação de uma MCH, o grupo

gerador passa a constituir um importante objeto de estudo.

O alto custo dos grupos geradores recai principalmente sobre as turbinas

hidráulicas, devido à existência de poucos fabricantes nacionais, e pelas

especificidades de cada aproveitamento. Na maioria dos casos, as turbinas são

produzidas individualmente, de acordo com os parâmetros de projeto da central

considerada.

Por outro lado, bombas hidráulicas são equipamentos produzidos em série,

utilizadas amplamente na agricultura (irrigação), saneamento e indústria.

Conseqüentemente, o custo de uma bomba tende a ser inferior ao de uma turbina,

com potências e dimensões semelhantes.

Analisando-se os aspectos construtivos e hidráulicos de bombas e turbinas,

percebe-se que estes equipamentos são bastante semelhantes, desempenhando,

porém, processos opostos. Bombas são máquinas geratrizes, ou seja, convertem a

energia mecânica (de eixo), fornecida pelo motor, primeiramente em energia cinética

(de velocidade) e, finalmente, em energia de pressão. Já uma turbina realiza o

processo oposto, convertendo a energia hidráulica disponível em potência de eixo,

sendo considerada uma máquina motriz, conforme figura 26:

68

FIGURA 26 - Analogia entre bombas e turbinas (fonte: CHAPALLAZ et al., 1992b)

Motivados pelos fatores apresentados anteriormente, alguns pesquisadores

passaram a estudar a utilização de bombas funcionando como turbina (BFTs), para

a substituição de turbinas convencionais, principalmente em centrais hidrelétricas de

pequeno porte. Essa alternativa, apesar de ainda pouco difundida, já é conhecida há

várias décadas como comprovam, por exemplo, os trabalhos Kittredge

9

(1961 apud

VIANA, 1987). No Brasil, os primeiros estudos sobre BFTs foram desenvolvidos por

Viana (1987), na então Escola Federal de Engenharia de Itajubá (EFEI), atual

Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI).

Chapallaz et al. (1992b) e Willians (2003) enumeram uma série de vantagens

da utilização de BFTs em substituição às turbinas convencionais, sendo elas:

• Vantagens econômicas: como já mencionado, bombas são mais baratas que

turbinas, uma vez que seu mercado consumidor é muito amplo, ocorrendo,

portanto, produção em massa, o que não acontece com turbinas;

• Disponibilidade: a disponibilidade de bombas e suas peças de reposição é muito

9

KITTREDGE, C. P. Centrifugal pumps used as hydraulic turbines. Journal of Engeneering for Power, [S. l.], jan. 1961.

69

maior do que de turbinas, principalmente em países em desenvolvimento;

• Construção: bombas são simples e robustas, não exigindo conhecimento técnico

altamente qualificado para sua manutenção;

• Bombas e motores podem ser adquiridos em conjunto, formando um grupo

gerador completo;

• Bombas apresentam uma ampla faixa de tamanhos e potências, atendendo aos

mais diversos tipos de aproveitamento hidrelétrico;

• O tempo de entrega de bombas é infinitamente menor que o de turbinas;

• A instalação de grupos moto-bomba é mais simples que a de grupos geradores

convencionais;

• Grupos moto-bomba, com acoplamento direto, reduzem as perdas na

transmissão de potência através de correias, por exemplo.

O fato das bombas hidráulicas não serem produzidas especificamente para a

geração de energia (operação em reverso) impõe alguns problemas quando estas

são usadas como turbinas. O principal inconveniente é a não existência de sistemas

de regulação de vazão. Esses sistemas têm a finalidade de manter a velocidade

(rotação) do grupo gerador praticamente constante, mesmo quando a carga

(demanda) da rede à qual o grupo está conectado varia.

A constância na velocidade do grupo gerador é uma necessidade tanto

hidráulica (evitando, por exemplo, o disparo da turbina durante uma rejeição brusca

da carga), quanto elétrica, uma vez que a rede e os equipamentos a ela interligados

possuem uma freqüência padrão. Segundo Macintyre (1983), um sistema de

regularização de velocidade é composto basicamente por:

70

• Um órgão operador, que atua diretamente sobre o agente motor (no caso, a

água). Em turbinas Francis e axiais, o órgão operador corresponde ao

distribuidor, e em turbinas Pelton, ao bico injetor e agulha;

• Um regulador propriamente dito, que detecta a variação da velocidade e emite o

comando para o mecanismo de transmissão;

• Um mecanismo de transmissão, que atua sobre o órgão operador. Em função

dos grandes esforços necessários à movimentação dos distribuidores e agulhas,

são empregados servo motores hidráulicos na transmissão.

FIGURA 27 - Bico injetor (turbinas Pelton) e distribuidor (Turbina Francis) (fonte: Macintyre, 1983)

A inexistência do sistemas de regulação de velocidade em BFTs faz com que

o equipamento, teoricamente, seja obrigado a operar com potência constante, não

admitindo variações de carga (a não ser que se utilize um regulador de carga). Além

disso, deve-se tomar cuidado especial durante os estudos hidrológicos do

aproveitamento para a definição da vazão de projeto, uma vez que o rendimento de

BFTs cai drasticamente quando estas não operam sob as condições para as quais

elas foram selecionadas. Nesse sentido, considerando o fato de que microcentrais

hidrelétricas quase sempre operam em sistemas isolados, a vazão de projeto deve

71

ser aquela que permita à central operar com um fator de capacidade próximo a

100%, considerando não somente a demanda e a sazonalidade das vazões, mas

também, a faixa operativa da BFT. Uma forma de se atender a aproveitamentos cuja

variação da vazão apresenta grande amplitude ao longo do ano hidrológico é a

utilização de várias BFTs operando em paralelo.

Para a partida e parada de uma BFT, recomenda-se a instalação de uma

válvula borboleta na entrada (VIANA, 2002).

A figura a seguir ilustra o campo de aplicação dos diferentes tipos de bombas

para a operação como turbina, na faixa de 1 a 1.000 kW, permitindo a pré-seleção

em função da vazão e queda:

FIGURA 28 - Pré-seleção de BFTs (fonte: adaptado de CHAPALLAZ et al., 1992b)

72

Quando ocorre a inversão do escoamento para que uma bomba funcione

como turbina, os triângulos de velocidade se invertem. As figuras 29 e 30

apresentam uma comparação entre o escoamento em rotores de bombas e BFTs:

FIGURA 29 - Triângulo de velocidades de bomba centrífuga funcionando como bomba

FIGURA 30 - Triângulo de velocidades de BFT

73

Nas figuras, β

2

representa os ângulos de entrada do escoamento na BFT e de

saída na bomba funcionando com bomba, para a mesma rotação e em direções

opostas. Quando a bomba passa a operar como turbina, a inversão dos triângulos

de velocidade ocasionará choques do fluxo nas pás do rotor, provocando redução do

rendimento da BFT, para a mesma rotação. Para se compensar a queda do

rendimento, devem-se adotar procedimentos específicos no momento da seleção de

uma BFT, sendo estes abordados a seguir.

4.1 COMPORTAMENTO HIDRÁULICO

São várias as abordagens e os autores que investigaram o comportamento

hidráulico de BFTs, visando a definição de padrões que possibilitassem a seleção

destes equipamentos para aplicação prática em centrais hidrelétricas. De forma

geral, todos os trabalhos convergem para os seguintes pontos:

• O rendimento de uma BFT é inferior, ou no máximo, igual

10

ao da bomba

funcionando como tal;

• A BFT deve operar com vazão e queda superior aos valores nominais da bomba

(com a mesma rotação), para se obter o mesmo rendimento.

Estudos teóricos de Stepanoff (1962)

11

indicam que a vazão e queda de BFTs

atendem às seguintes relações:

10

Nos trabalhos experimentais de Viana (1987), em determinadas condições, as BFTs apresentaram rendimentos superiores

ao da operação como bomba.

11

STEPANOFF, A. T. Centrifugal and axial flow pumps. Nova Iorque: John Wiley & Sons, 1957. ISBN 471-82137-3.

74

nb

nt

H

η

= (2)

nb

nt

Q

η

= (3)

sendo:

H

nt

queda nominal da BFT [m];

H

nb

queda nominal da bomba [m];

η

nb

rendimento nominal da bomba [%];

Q

nt

vazão nominal da BFT [m³/s];

Q

nb

vazão nominal da bomba [m³/s].

O termo “nominal” diz respeito aos pontos de maior eficiência. Ensaios mais

recentes demonstram que as relações de Stepanoff (1962) apresentam grande

discrepância, não devendo ser utilizadas em projetos (CHAPALLAZ et al., 1992b).

Chapallaz et al. (1992b) cita um outro método, empírico, desenvolvido

experimentalmente no México, denominado BUTU (abreviação de bomba

funcionando como turbina, em espanhol). Neste, as relações entre potências de

bombas funcionando como bombas e como turbinas foram correlacionadas,

obtendo-se, por regressão, as seguintes equações:

205,0.2

P

5,9

nb

hnt

hnb

+η= (4)

385,0.85,0

H

5

nb

nt

nb

+η= (5)

75

3

nbnt

−η=η (6)

com:

P

hnb

potência hidráulica nominal da bomba [W];

P

hnt

potência hidráulica nominal da BFT [W];

η

nt

rendimento nominal da BFT [%];

η

nt

rendimento nominal da bomba [%];

Para operação fora do ponto de melhor rendimento, a metodologia impõe as

seguintes equações:

( )

4

5

nt

st

H.g.60

P

.n..2

ρ

π

=ω

(7)

( )

13,02,0.96,0

1

k

92,0

ST

+−ω

−

=

−

(8)

( )













+













−=

nt

t

2

nt

t

nt

t

Q

.k

Q

.k1

P

(9)

1

37,0

1e

P

1

P

.37,0

hnt

ht

nt

t

+

−

=













−

(10)

onde:

ω

st

coeficiente de BUTU 1;

k coeficiente de BUTU 2;

n

nt

rotação nominal da BFT [rps];

76

P

nt

potência de eixo nominal da BFT [W];

ρ massa específica da água [kg/m³];

g aceleração da gravidade [m/s²];

H

nt

queda nominal da BFT [m];

P

t

potência de eixo da BFT [W];

Q

t

vazão da BFT [m³/s];

Q

nt

vazão nominal da BFT [m³/s];

P

ht

potência hidráulica da BFT [W];

P

hnt

potência hidráulica nominal da BFT [W];

Segundo Chapallaz et al. (1992b), o método BUTU pode apresentar erros da

ordem de 10 % em relação aos rendimentos determinados.

Willians (2003) apresenta uma metodologia simples, desenvolvida na Índia,

para a seleção de BFTs, sendo que o rendimento da BFT se iguala ao rendimento

máximo da bomba operando como bomba, quando obedecidas as seguintes

condições:

8,0

bmáx

pmrb

t

Q

η

= (11)

2,1

bmáx

pmrb

t

H

η

= (12)

sendo:

Q

t

vazão da BFT [m³/s];

Q

pmrb

vazão da bomba no ponto de melhor rendimento [m³/s];

η

bmáx

rendimento máximo da bomba [%];

77

H

t

queda da BFT [m];

H

pmrb

altura da bomba no ponto de melhor rendimento [m];

Percebe-se que as três metodologias até então apresentadas se baseiam na

relação entre os parâmetros hidráulicos (vazão e queda) e o rendimento de bombas

e BFTs. Em 1961, Kittredge deu início a pesquisas em torno da influência da rotação

específica sobre a eficiência de BFTs, sendo este tipo de estudo desenvolvido

posteriormente, também, por Shafer e Agostinelli (1981)

12

, Bonadé (1980)

13

, Buse

(1981)

14

, entre outros. Viana (1987), citando Shafer e Agostinelli (1981) e Bonadé

(1980), diz que “[...] na operação da bomba centrífuga como turbina, na mesma

rotação, a vazão e altura aumentam com relação ao funcionamento como bomba,

para se obter o mesmo rendimento.”. Ainda, segundo Viana (1987), “A comparação

entre os resultados de Shafer e Agostinelli (1981) com os de Bonadé (1980),

mostram que o aumento da altura e da vazão é função do tipo de bomba, ou seja, da

rotação específica.”.

Pioneiro no estudo de BFTs no Brasil, Viana (1987) ensaiou bombas

funcionando como bomba e como turbina, com rotações de 1400 e 1650 rpm,

buscando obter coeficientes de ajuste de vazão e queda, nos mesmos moldes dos

trabalhos de Buse (1981), Bonadé (1981) e Kittredge (1961). Os coeficientes,

calculados conforme as equações abaixo, foram obtidos da correlação entre vazões

e alturas/quedas nos pontos de melhor rendimento, tanto da bomba, quanto da BFT.

12

SHAFER, L.; AGOSTINELLI, A. Using pumps as small turbines. Water power & dam construction. [S.l.], 1981.

13

BONADÉ, A. Microcentrales hydroélectriques, techniques de l´engenieur: Pompe centrifuge fonctionnant em turbine.

[S.l.: s.n.], 1980.

14

BUSE, F. Using centrifugal pumps as hydraulic turbines. Chemical engineering, [S.l.], jan. 1981.

78

t

b

a

H

k = (13)

t

b

q

Q

k = (14)

com:

k

a

coeficiente de altura/queda [1];

H

b

altura da bomba no ponto de melhor rendimento [m];

H

t

queda da BFT no ponto de melhor rendimento [m];

k

q

coeficiente de vazão [1];

Q

b

vazão da bomba no ponto de melhor rendimento [m³/s];

Q

t

vazão da BFT no ponto de melhor rendimento [m³/s].

A tabela abaixo compara os resultados dos experimentos dos autores citados,

conforme o trabalho de Viana (1987):

TABELA 1 - Resultados experimentais de Viana

Buse

Viana

1400 rpm

Viana

1650 rpm

Bonadé Kittredge

n

qa

(bomba) 75 138 138 180 195

n

qa

(turbina) 64 88 95 - 187

k

a

0,704 0,629 0,526 0,741 0,700

k

q

0,807 0,873 0,816 0,714 0,641

Fonte: adaptado de Viana (1987)

Nos ensaios de Viana (1987), o ponto de melhor rendimento da bomba

79

apresentou uma eficiência de 65% (para 1650 rpm). Surpreendentemente, o

rendimento para BFT, a 1400 rpm, foi de 72%.

No ano de 1982, a fabricante de bombas Worthington publicou um documento

no qual apresentava os ensaios de inúmeras bombas de sua linha funcionando

como turbina (WORTHINGTON GROUP, 1982). Extraindo-se dados das curvas do

documento citado (vide apêndice A), levantaram-se os coeficientes de vazão e altura

para BFT (através dos pontos de melhor rendimento das bombas e BFTs), seguindo

a mesma metodologia de Viana (1987). Os resultados são condensados nos gráficos

abaixo:

Coeficientes de Altura - Worthington

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00

nqa [1]

ka [1]

FIGURA 31 - Coeficientes de altura – Worthington

80

Coeficientes de Vazão - Worthington

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00

nqa [1]

kq [1]

FIGURA 32 - Coeficientes de vazão – Worthington

Dos ensaios da Worthington (1982), obtém-se um coeficiente de altura médio

de 0,74, com desvio padrão de 0,101. A média dos coeficientes de vazão é 0,69,

para um desvio padrão de 0,052. Percebe-se uma extrema semelhança entre esses

valores e aqueles apresentados na tabela 1. Ainda utilizando os dados da

Worthington (1982), tentou-se estabelecer uma relação linear entre os máximos

rendimentos das bombas funcionando como bomba (BFB) e BFTs, conforme a figura

33. Na figura, percebe-se que o rendimento das bombas operando como turbina, na

mesma rotação, foram sempre inferiores aos da bomba operando como tal. As BFTs

alcançaram um rendimento médio 6,1 % inferior ao das respectivas BFBs. O pior

desempenho das BFTs ensaiadas foi 11 % inferior, e o melhor, 1,5 %.

81

Rendimentos Máximos BFB x BFT

Rt = 0,74.Rb + 0,1655

R

2

= 0,4826

75%

77%

79%

81%

83%

85%

87%

80% 82% 84% 86% 88% 90% 92%

Rendimento BFB [%]

Rendimento BFT [%]

FIGURA 33 - Relação entre rendimentos de bombas e BFTs

4.2 MÉTODOS DE SELEÇÃO DE BFTS

São apresentadas a seguir, duas metodologias práticas para a seleção de

BFTs.

4.2.1 MÉTODO DE VIANA

O método de seleção de BFTs desenvolvido por Viana (1987) consiste na

definição da altura e vazão de bombas comerciais para operar em reverso, através

da utilização de coeficientes obtidos experimentalmente pelo autor, e nos trabalhos

de Kittredge (1961) e Buse (1981), sendo estes relacionados ao n

qA

da BFT. O

método é aplicável para n

qA

na faixa de 40 a 200, sendo os coeficientes obtidos na

82

figura 34:

Coeficientes de Altura e Vazão - Método de Viana

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

40 60 80 100 120 140 160 180 200

nqa [1]

ka e kq [1]

ka kq

FIGURA 34 - Coeficientes de Viana (fonte: adaptado de VIANA; NOGUEIRA, 1990)

Dadas a vazão de projeto (Q

t

) e a queda líquida do aproveitamento (H

L

),

calcula-se o n

qA

, através da Equação (1), utilizando-se inicialmente a rotação (n

t

) de

3600 rpm

15

. Caso a rotação específica não se encontre dentro da faixa de 40 a 200,

recalcula-se o n

qA

utilizando n

t

= 1800 rpm. Com o n

qA

, determinam-se na figura 34

os coeficientes de altura (k

a

) e vazão (k

q

). De posse dos coeficientes, seleciona-se,

em gráficos fornecidos pelo fabricante, a BFT para o aproveitamento, sendo:

aLb

k.HH = (15)

15

As rotações de 3600 e 1800 rpm são adotadas prioritariamente por questões econômicas: quanto maior a rotação, mais

barato será o grupo BFT/MIG. Em função das características do aproveitamento, pode-se adotar rotações síncronas inferiores.

83

qtb

k.QQ = (16)

sendo:

H

b

altura da bomba [m];

H

L

queda líquida da BFT [m];

k

a

coeficiente de altura de Viana [1];

Q

b

vazão da bomba [m³/s];

Q

t

vazão de projeto da BFT [m³/s];

k

q

coeficiente de vazão de Viana [1];

Como as bombas geralmente operam com rotações um pouco diferentes de

1800 e 3600 rpm, deve-se corrigir a altura e vazão encontradas para a rotação

nominal da bomba, com as fórmulas de afinidade:

b

2

t

nb

bc

H.

n

H













= (17)

b

t

nb

bc

Q.

n

Q = (18)

onde:

H

bc

altura da bomba corrigida para a rotação nominal [m];

n

t

rotação da BFT [ preferencialmente 1800 ou 3600 rpm];

n

nb

rotação nominal da bomba [rpm];

H

b

altura da bomba [m];

Q

bc

vazão da bomba corrigida para a rotação nominal [m³/s];

Q

b

vazão da bomba [m³/s].

84

O rendimento da BFT será, teoricamente, o mesmo da bomba no ponto

selecionado. Finalmente, para se evitar os efeitos da cavitação

16

, deve-se estipular a

altura máxima de sucção da BFT, de acordo com as seguintes fórmulas, extraídas

de Souza (1992):

qa

n.00833,0

e.0245,0=σ

(19)

Lsmáx

H.z.00122,010H σ−−= (20)

com:

σ coeficiente de cavitação de Thoma, para turbinas Francis [1];

n

qa

rotação específica da BFT [1];

H

smáx

altura máxima de sucção [m];

z cota topográfica do nível mínimo do canal de fuga [m];

H

L

queda líquida [m].

4.2.2 MÉTODO DE CHAPALLAZ

A metodologia proposta por Chapallaz et al. (1992b) assemelha-se à de Viana

(1987), sendo, porém, aplicável a uma faixa maior de rotações específicas.

Adotando-se a rotação da BFT de 1800 rpm

17

, define-se sua rotação específica no

sistema técnico (n

qt

):

16

Formação e implosão de bolhas, quando a pressão absoluta em determinado ponto (por exemplo, no tubo de sucção), atinge

a pressão de vapor da água, produzindo vibração e desgaste (erosão cavital) nos equipamentos.

17

Assim como no método de Viana, as rotações de 3600 e 1800 rpm são adotadas por questões econômicas, podendo ser

reduzidas em função das características do aproveitamento.

85

4

3

L

tqt

H

Q

.nn = (21)

sendo:

n

qt

rotação específica da BFT no sistema técnico [1];

n

t

rotação da BFT [rpm];

Q vazão de projeto da BFT [m³/s];

H

L

queda líquida do aproveitamento [m].

Determina-se a rotação específica da bomba, conforme a equação abaixo:

89,0

n

qt

qbt

= (22)

onde:

n

qbt

rotação específica da bomba no sistema técnico [1];

n

qt

rotação específica da BFT no sistema técnico [1].

Estima-se então a vazão da bomba:

3,1

Q

t

nb

= (23)

com:

Q

nb

vazão nominal estimada da bomba [m³/s];

Q

t

vazão de projeto da BFT [m³/s];

Com a vazão da bomba e sua rotação específica, estima-se o rendimento

teórico da BFT, com auxílio da figura 35:

86

FIGURA 35 - Estimativa de rendimento de BFT (fonte: adaptado de CHAPALLAZ et al., 1992b)

Utilizando-se a n

qbt

e o rendimento teórico, interpolam-se nas figuras 36 e 37

os coeficiente de altura e vazão:

Coeficientes de Altura - Método de Chapallaz

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

0 20 40 60 80 100 120

nqbt

ca

55% 70% 80% 86%

FIGURA 36 - Coeficientes de altura de Chapallaz (fonte: adaptado de CHAPALLAZ et al., 1992b)

87

Coeficientes de Vazão - Método de Chapallaz

1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2

0 20 40 60 80 100 120

nqbt

cq

55% 70% 80% 86%

FIGURA 37 - Coeficientes de vazão de Chapallaz (fonte: adaptado de CHAPALLAZ et al., 1992b)

Determinam-se, então, a altura e vazão da bomba, através das expressões:

a

L

b

c

H

H = (24)

q

t

b

c

Q

Q =

(25)

sendo:

H

b

altura da bomba [m];

H

L

queda líquida do aproveitamento [m];

c

a

coeficiente de altura de Chapallaz [1];

Q

b

vazão da bomba [m³/s];

Q

t

vazão de projeto da BFT [m³/s];

88

c

q

coeficiente de vazão de Chapallaz [1];

Quando necessário, corrigi-se a altura e a vazão estipuladas pelas equações

24 e 25 para a rotação nominal da bomba, de acordo com as leis de afinidades,

estipuladas nas equações 17 e 18. Com os valores corrigidos, obtém-se no gráfico

do fabricante o rendimento real da BFT, considerado igual ao da bomba no ponto

determinado.

Assim como no método de Viana, deve-se definir a altura máxima de sucção

da BFT, para se evitar a cavitação, através das equações 19 e 20.

4.3 RECOMENDAÇÕES PARA APLICAÇÃO PRÁTICA DE BFTS

Conforme apresentado na seção 4.1, a seleção de uma bomba para funcionar

como turbina consiste basicamente num subdimensionamento da mesma em

relação aos parâmetros do aproveitamento. Dessa maneira, para que um

equipamento com características padronizadas comercialmente possa operar sem

nenhuma alteração em sua estrutura, deve se realizar algumas verificações. Além

disso, deve-se valer de alguns artifícios para suprir a ausência do sistema de

regulação de velocidade. Descrevem-se, a seguir, as principais verificações e

artifícios utilizados para a utilização prática de BFTs.

4.3.1 TENSÃO MÁXIMA NO EIXO DA BFT

A operação da BFT implica num aumento de sua potência de eixo, quando

comparado ao funcionamento como bomba. Sendo assim, Viana (1987) propõe a

89

verificação da máxima solicitação do eixo, através da inequação abaixo:

admmáxe

τ<τ (26)

sendo:

τ

máxe

tensão máxima aplicada no eixo [N/m²];

τ

adm

tensão admissível do material do eixo [N/m²].

A τ

máxe

pode ser calculada pela equação 27:

³D.n

P

.81,0

e

máxe

=τ (27)

onde:

τ

máxe

tensão máxima aplicada no eixo [N/m²];

P

e

potência de eixo da BFT [W];

n rotação da BFT [rps];

D

e

diâmetro do eixo [m].

4.3.2 ROTAÇÃO DE DISPARO

Rotação de disparo é a máxima rotação atingida por uma turbina hidráulica

trabalhando em vazio (sem fornecer potência), com o distribuidor totalmente aberto e

sem atuação do sistema de regulação de velocidade (SOUZA, 1992). A importância

de seu cálculo reside na necessidade de se verificar a rotação manipulada pelo

mancal. Souza et al. (1999) recomenda que a rotação de disparo de uma turbina

hidráulica, no caso BFT, seja determinada, de forma prática, pela equação 28:

90

r

L

e11e

D

H

.nn =

(28)

com:

n

e

rotação de disparo da turbina [rps];

n

11e

rotação de disparo do modelo da turbina, calculado em ensaio [rps];

H

L

queda líquida do aproveitamento [m];

D

r

diâmetro do rotor [m].

4.3.3 TUBO DE SUCÇÃO

Além de permitir que o escoamento atinja o nível de jusante de maneira

uniforme, o tubo de sucção, quando em formato tronco-cônico, permite a

recuperação de parte da energia cinética do fluído que deixa o rotor. Segundo

Chapallaz et al. (1992b), a parcela recuperada dessa energia varia de 5 a 50 %.

O comprimento do tubo de sucção deve ser estimado em função do arranjo

da casa de força e da altura máxima de sucção.

Macintyre (1983) recomenda que, para turbinas lentas e normais, a

velocidade de saída seja a metade da velocidade de entrada. Com isso, os

diâmetros de saída e entrada do tubo de sucção podem ser obtidos pela

manipulação da equação da continuidade:

v.

Q.4

D

ts

π

= (29)

sendo:

D

ts

diâmetro do tubo de sucção na seção considerada [m];

91

Q vazão turbinada pela BFT [m³/s];

v velocidade recomendável para o escoamento na seção [m/s].

O mesmo Macintyre (1983) propõe uma fórmula geral para a velocidade na

saída do tubo de sucção de turbinas Francis, apresentada a seguir:

L

4

H.

H

04,0

008,0.g.2v













+=

(30)

onde:

v

4

velocidade na saída do tubo de sucção [m/s];

g aceleração da gravidade [m/s²];

H

L

queda líquida [m].

Considerando BFTs, especificamente, Chapallaz et al. (1992b) propõe as

seguintes relações para um dimensionamento econômico do tubo de sucção:

La4

H.05,0.g.2v =

(31)

Lqb4

H.f.g.2v = (32)

com:

v

4a

velocidade na saída do tubo de sucção para altas quedas (nqt < 20) [m/s];

v

4b

velocidade na saída do tubo de sucção para baixas quedas (nqt > 20) [m/s];

f

q

fator de queda, variando entre 0,01 e 0,03 [1];

H

L

queda líquida [m].

92

3

D.9L ≤ (33)

sendo:

L comprimento do tubo de sucção [m];

D

3

diâmetro da entrada do tubo de sucção [m].

34

A.4A ≤ (34)

onde:

A

4

área da saída do tubo de sução [m²];

A

3

área da entrada do tubo de sução [m²].

]m[3,0S

min

≥ (35)

com:

S

min

submergência ou afogamento mínimo do tubo de sução [m].

4min

D.6,0F ≥ (36)

sendo:

F

min

distância entre a saída do tubo de sucção e o fundo do canal de fuga [m].

4.3.4 PRESSÃO NA CAIXA ESPIRAL

A pressão hidrostática máxima não deve ser superior a 1,5 vezes a pressão

admissível da bomba (VIANA, 1987).

93

4.3.5 CONTROLE E OPERAÇÃO

A partida de uma BFT ocorre de forma semelhante à de uma turbina

convencional, sendo realizada através da válvula de controle ao invés do distribuidor

(VIANA, 2002).

Quanto à regulação de velocidade, essa é conseguida de duas formas: pelo

controle da vazão turbinada ou pelo controle das cargas. No caso típico de geração

em um sistema isolado, a possibilidade de se regular a vazão manualmente, através

do estrangulamento da válvula de controle existe, apesar de não se mostrar prática.

A utilização de reguladores eletrônicos de carga juntamente a cargas de lastro

é viável, apresentando o inconveniente de não se atuar na vazão utilizada.

94

5 MOTORES DE INDUÇÃO OPERANDO COMO GERADOR

A utilização de motores de indução operando como gerador (MIGs) ocorre de

forma análoga à de BFTs. Assim como nos processos de conversão hidromecânicos

realizados por bombas e turbinas, os motores e geradores desempenham funções

exatamente opostas no que diz respeito à conversão eletromecânica. Além disso,

essas máquinas apresentam aspectos construtivos extremamente semelhantes.

Sendo assim, os MIGs se tornam o complemento ideal às BFTs na formação de um

grupo gerador para MCHs.

As vantagens da utilização de MIGs são praticamente as mesmas de BFTs,

sendo a principal, o custo reduzido em relação a geradores convencionais.

Da mesma forma do que o exposto anteriormente em relação aos geradores

de indução propriamente ditos, segundo Rezende et al. (2001) o motor de indução

“[...] funcionando como gerador não tem a capacidade de gerar potência reativa [...]”.

Essa potência reativa vem da rede, no caso da geração interligada, ou de um banco

de capacitores, por exemplo, para sistemas isolados.

5.1 SELEÇÃO DE MIGS

Chapallaz et al. (1992a) desenvolveu um método empírico para a seleção de

MIGs, baseando-se em ensaios por ele realizados. Vale salientar que tais ensaios

foram realizados com motores de 4 pólos e freqüência de 50 Hz. Aplicações práticas

demonstram, porém, que sua extensão para a freqüência de 60 Hz pode ser feita,

implicando em erros aceitáveis. Inicialmente, deve-se calcular a potência de eixo

fornecida pela BFT (P

et

):

95

tLtet

.H.Q.g.P ηρ= (37)

onde:

P

et

potência de eixo fornecida pela turbina ou BFT [W];

ρ massa específica da água [kg/m³];

g aceleração da gravidade [m/s²];

Q

t

vazão de projeto da turbina ou BFT [m³/s];

H

L

queda líquida [m];

η

t

rendimento da turbina ou BFT [%].

Calculada a P

et

, define-se pela figura 38 a sua relação com a potência

nominal do MIG (P

ng

). Visando abranger toda a faixa de potência inerente às MCHs,

extrapolou-se a relação para potências de eixo entre 35 e 100 kW. A extrapolação

foi feita por regressão linear, utilizando-se os dados entre 5 e 35 kW, através dos

quais obteve-se a seguinte relação:

06,1P.002,0k

et1p

+= (38)

com:

k

p1

coeficiente de relação entre P

et

e P

ng

extrapolada (entre 35 e 100 kW) [1];

P

et

potência de eixo fornecida pela turbina ou BFT, entre 5 e 100 kW [kW];

96

Seleção de MIG

0,92

0,94

0,96

0,98

1

1,02

1,04

1,06

1,08

1,1

1,12

1,14

0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30 32,5 35

Pet [kW]

kp [1]

FIGURA 38 - Seleção de MIG (fonte: adaptado de CHAPALLAZ et al., 1990a)

Seleção de MIG - Extrapolação de Dados

0,92

0,96

1

1,04

1,08

1,12

1,16

1,2

1,24

1,28

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Pet [kW]

kp [1]

Dados originais Dados extrapolados

FIGURA 39 - Seleção de MIG – Dados extrapolados

97

Com a relação k

p

obtida nas figuras 38 e 39 define-se a potência nominal do

MIG, com a equação 39:

p

et

ng

k

P

P = (39)

sendo:

P

ng

potência nominal do motor (MIG) [kW];

P

et

potência de eixo fornecida pela turbina/BFT [kW];

k

p

coeficiente de relação entre P

et

e P

ng

[1];

Definida a P

ng

, seleciona-se o modelo comercial, através de catálogos

fornecidos por fabricantes de motores. De acordo com a disponibilidade, deve-se

selecionar o modelo com a P

ng

imediatamente superior àquela calculada pela

equação 39.

Parte-se então, para a especificação do banco de capacitores que permitirá a

excitação do MIG. Para tanto, utiliza-se novamente um método empírico proposto

por Chapallaz et al. (1992a). De posse de P

ng

, determina-se, no gráfico abaixo o

fator k

φ

, definido pela equação 40:

m

mig

sen

k

φ

=

φ

(40)

com:

k

φ

relação experimental de senos [1];

φ

mig

ângulo fasorial do gerador/MIG [°];

φ

m

ângulo fasorial do motor [°].

98

Relação Experimental de Senos

1,2

1,25

1,3

1,35

1,4

1,45

0 5 10 15 20 25 30 35

Png [kW]

k

φ

[1]

FIGURA 40 - Relação experimental de senos (fonte: adaptado de CHAPALLAZ et al., 1992a)

Verifica-se na figura 40 uma clara tendência à estabilização da curva a partir

de 25 kW, no valor de 1,25. Assumindo-se essa tendência como verdadeira,

extrapola-se a curva até 100 kW:

Relação Experimental de Senos - Extrapolação

1,2

1,25

1,3

1,35

1,4

1,45

1,5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Png [kW]

k

φ

[1]

Dados originais Dados extrapolados

FIGURA 41 - Relação experimental de senos – Extrapolação

99

Com os dados fornecidos pelo catálogo do fabricante, ou na placa do motor,

define-se seu rendimento (η

m

) e fator de potência (cos φ). O fator de potência,

numericamente igual ao cosseno do ângulo fasorial, é expresso por:

S

P

cos

a

=φ (41)

sendo:

cos φ fator de potência [1];

P

a

potência ativa

18

[W];

S potência aparente

19

[VA].

Sendo assim, o ângulo fasorial do motor é obtido através do arco cosseno de

seu fator de potência. A potência elétrica demandada pelo motor (P

elm

) é dada por:

m

ng

elm

P

η

= (42)

onde:

P

elm

potência elétrica demandada pelo motor [W];

P

ng

potência nominal do motor (MIG) [kW];

η

m

rendimento do motor à plena carga [%].

Determina-se então a potência reativa

20

(Q

m

) do motor:

18

A potência ativa pode ser entendida como a real capacidade de se produzir trabalho, ou seja, a potência útil.

19

A potência aparente é obtida a partir da multiplicação da tensão pela corrente do sistema.

20

Teoricamente, a potência reativa representa a energia armazenada que é devolvida à fonte durante cada ciclo de corrente

alternada.

100

melmm

tg.PQ φ= (43)

com:

Q

m

potência reativa do motor [kVAr];

P

elm

potência elétrica demandada pelo motor [kW];

φ

m

ângulo fasorial do motor [°].

Com o coeficiente k

φ

extraído da figura 40 ou 41, obtém-se a potência reativa

do MIG (Q

g

):

mg

Q.kQ

φ

= (44)

sendo:

Q

g

potência reativa do MIG [kVAr];

Q

m

potência reativa do motor [kVAr];

k

φ

relação experimental de senos [1];

Calcula-se então a capacitância para excitação do MIG (C

60

), para uma

freqüência de 60 Hz, pela equação:

9

g

60

10.

.²V.300

Q

.6944,0C

π

=

(45)

onde:

C

60

capacitância para excitação do MIG em 60 Hz [µF/fase];

Q

g

potência reativa do MIG [kVAr];

V tensão de linha [V].

101

Finalmente, deve-se estimar a potência elétrica produzida pelo MIG. Uma vez

que k

φ

e φ

m

são conhecidos, obtém-se, da equação 40, o sen φ

mig

, e através de seu

arco seno, φ

mig

. Substituindo-se os dados na equação 46, tem-se:

m

mig

m

ng

el

cos

.

P

φ

η

= (46)

com:

P

el

potência elétrica fornecida pelo MIG [kW];

P

ng

potência nominal do motor (MIG) [kW];

η

m

rendimento do motor à plena carga [%].

φ

mig

ângulo fasorial do gerador/MIG [°];

φ

m

ângulo fasorial do motor [°].

A potência de eixo absorvida pelo MIG é dada pela seguinte expressão:













−

η

+= 1

1

.PPP

m

ngelemig

(47)

sendo:

P

emig

potência de eixo absorvida pelo MIG [kW];

P

el

potência elétrica fornecida pelo MIG [kW];

P

ng

potência nominal do motor (MIG) [kW];

η

m

rendimento do motor à plena carga [%].

O rendimento do MIG é dado pela equação 48:

102

emig

el

mig

P

=η

(48)

onde:

η

mig

rendimento do MIG [%];

P

el

potência elétrica fornecida pelo MIG [kW];

P

emig

potência de eixo absorvida pelo MIG [kW].

103

6 APLICAÇÃO DE GRUPOS MOTO-BOMBA EM MCHS

Este capítulo apresenta o estudo de caso e as metodologias utilizadas para a

verificação do comportamento de um grupo gerador BFT/MIG em condições reais,

bem como para a quantificação dos benefícios econômicos da tecnologia.

6.1 ANÁLISE DE VIABILIDADE TÉCNICA

No final do ano de 2005, foi firmado entre a Universidade Federal de Itajubá e

o Ministério de Minas e Energia (MME), através de sua Coordenação-Geral de

Fontes Alternativas, o Convênio de Cooperação Técnica-Financeira 12/2005, tendo

como objetivo a avaliação do comportamento de BFTs e MIGs em campo, de forma

que a tecnologia pudesse ser agregada aos esforços de universalização da energia

elétrica promovidos pelo governo.

Os resultados dos trabalhos de Viana (1987) e de outros pesquisadores

estrangeiros, as bem sucedidas experiências internacionais e, principalmente, as

enormes vantagens econômicas da tecnologia foram os fatores motivadores da

parceria, que resultou no Projeto BFT/MIG.

De acordo com o cronograma previsto, o projeto dividiu-se em algumas

etapas:

• Seleção de um aproveitamento para instalação do grupo gerador BFT/MIG;

• Projeto e construção da MCH;

• Ensaios no grupo BFT/MIG;

104

• Análise dos resultados.

A importância do projeto reside nos testes do grupo BFT/MIG numa situação

real, sem o controle e as facilidades inerentes aos ensaios de laboratório. A análise

dos resultados e acompanhamento da operação da MCH constitui a última etapa

para que a tecnologia possa ser popularizada, beneficiando principalmente

comunidades rurais e isoladas, sendo esta a intenção do MME.

6.1.1 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO

O aproveitamento escolhido para o projeto encontra-se no município de

Delfim Moreira – MG, numa fazenda localizada no alto da Serra da Mantiqueira,

cujas principais atividades são o turismo e a piscicultura. Existia no local uma MCH

em péssimas condições de conservação e manutenção, operando muito abaixo de

sua capacidade instalada (25 kW), devido à deterioração de equipamentos e

estruturas. A figura 42 apresenta uma visão geral da MCH:

FIGURA 42 - Microcentral do Projeto BFT/MIG

105

FIGURA 43 - Desfavoráveis condições do grupo gerador e casa de força

6.1.2 REPROJETO E REFORMA DA MCH

Para que o Projeto BFT/MIG pudesse ser desenvolvido no aproveitamento

escolhido, foi necessário o reprojeto e reforma da MCH existente. Os trabalhos se

iniciaram com o georreferenciamento e levantamentos topográficos na área da

central.

FIGURA 44 - Georreferenciamento da central através de GPS de precisão

106

FIGURA 45 - Levantamento topográfico utilizando estação total

Do levantamento topográfico e manipulação dos dados em computador,

definiu-se a queda bruta da MCH, de 22,85 m, além de seu arranjo, típico de uma

central de desvio. A barragem vertedoura possui aproximadamente 7 metros de

comprimento, e 30 cm de altura média. Junto a essa localiza-se a tomada d´água,

em formato e com acessórios clássicos. O canal de adução, de seção retangular,

tem extensão aproximada de 35 m, com área molhada em torno de 1 m², sendo

finalizado por uma câmara de carga. O conduto forçado possui diâmetro externo de

350 mm, em quase 40 metros de comprimento. A figura 46 ilustra o arranjo descrito.

107

FIGURA 46 - Arranjo da MCH

108

1500 1600 1700 1800 1900 2000

Altitude [m]

FIGURA 47 - Modelagem digital da bacia de contribuição da central

O georreferenciamento permitiu obter a área de drenagem do aproveitamento,

109

de 36,4 km², sendo a tomada d´água localizada no Córrego Boa Vista, um dos

principais afluentes do Rio de Bicas (Bacia do Rio Sapucaí).

FIGURA 48 - Área de drenagem da MCH, plotada sobre folha topográfica e imagem de satélite

FIGURA 49 - Hidrografia e rede de drenagem

110

Com base na área de drenagem, partiu-se para os estudos hidrológicos,

visando determinar a vazão disponível para a geração. Foi necessária a

transposição de dados hidrológicos para o local do aproveitamento, devido à

inexistência de estação fluviométrica no local. Os dados foram transpostos a partir

da série da PCH REPI, em Wenceslau Braz – MG, segundo os trabalhos de Ricardo

(2005). Cabe salientar que todos os estudos hidroenergéticos foram desenvolvidos

considerando apenas 40 % de toda a vazão disponível no curso d´água, de forma a

se manter todo o equilíbrio biótico no trecho de vazão reduzida e os aspectos

paisagísticos do local. As figuras 50 e 51 sintetizam os resultados dos estudos

hidrológicos.

Vazões Médias Mensais

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

Vazão [m³/s]

Mínimas

0,51 0,53 0,72 0,48 0,47 0,36 0,36 0,19 0,18 0,28 0,34 0,51

Médias

1,55 1,57 1,48 1,19 1,01 0,88 0,76 0,68 0,68 0,76 0,94 1,25

Máximas

5,50 5,22 4,00 3,62 3,09 2,97 2,98 2,93 2,93 3,17 3,08 3,82

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

FIGURA 50 - Hidrograma de vazões médias mensais transpostas para a central

111

Curva de Permanência de Vazões

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Permanência [%]

Vazão [m³/s]

CPV 40% . CPV

FIGURA 51 - Curva de permanência de vazões da central

A vazão média de longo termo da central, de 1,0 m

3

/s apresentou-se próxima

à vazão com permanência de 50 % (Q

50

), da ordem de 0,98 m

3

/s. A vazão com

duração de 95 % (Q

95

), por vezes utilizada como vazão de projeto de MCHs, é de

0,50 m

3

/s.

Para se comprovar a coerência dos estudos hidrológicos, e, principalmente,

da transposição de dados hidrológicos, realizaram-se algumas campanhas

hidrométricas no local, tendo as vazões instantâneas medidas apresentado

variações inferiores a 5% em relação à vazão média mensal do mês considerado,

confirmando a validade dos dados transpostos.

112

FIGURA 52 - Campanha hidrométrica

A potência instalada na central, com o grupo gerador BFT/MIG, foi definida

através de um levantamento de todas as cargas da fazenda, e simulação da

situação mais crítica, com utilização simultânea de todos os equipamentos. A

demanda máxima, nessa situação, é de 38 kW. Decidiu-se instalar uma potência de

43 kW, 5 kW superior à demanda calculada, de forma a atender o aumento de

cargas previsto para o local. Após simulação hidráulica das perdas de carga no

sistema de adução, e adotando-se os rendimentos da BFT e MIG de 82 % e 90 %,

respectivamente, definiram-se os parâmetros de projeto, apresentados na tabela 2:

TABELA 2 - Principais parâmetros de projeto da MCH

Parâmetro Valor

Vazão de projeto [m³/s] 0,273

113

Parâmetro Valor

Queda bruta [m] 22,85

Queda líquida [m] 21,80

Potência elétrica [kW] 43,0

Fator de capacidade

21

[%] 100

Fonte: autoria própria

De posse dos parâmetros do aproveitamento, realizou-se o reprojeto da

central, englobando as seguintes etapa:

• Reforma e reestruturação das estruturas civis;

• Substituição dos componentes hidromecânicos;

• Ampliação da câmara de carga;

• Instalação de um novo conduto forçado para o grupo BFT/MIG;

• Reforma e ampliação da casa de força.

As figuras 53 e 54 ilustram o reprojeto da câmara de carga e da casa de

força, respectivamente:

21

O fator de capacidade expressa a relação entre a energia média gerada (kW

médios

) e a potência instalada (kW).

114

FIGURA 53 - Reprojeto da câmara de carga

FIGURA 54 - Planta da casa de força reformada

115

6.1.3 SELEÇÃO DA BFT

Utilizou-se para a seleção da BFT o método de Chapallaz, uma vez que o n

qA

se mostrou superior a 200 (n

qA

= 3 . n

qt

), inviabilizando a aplicação do método de

Viana . Os parâmetros de seleção são apresentados na tabela 3:

TABELA 3 - Parâmetros de seleção da BFT

Parâmetro Valor

Vazão de projeto [m³/s] 0,273

Queda líquida [m] 21,8

Rotação da BFT [rpm] 1.800

n

qt

[1] 93,21

n

qbt

[1] 104,73

Vazão estimada da bomba [m³/s] 0,210

Rendimento estimado da BFT [%] 83,5

Coeficiente de altura [1] 1,500

Coeficiente de vazão [1] 1,325

Altura da bomba [m] 14,54

Vazão da bomba [m] 0,206

Rotação nominal da bomba [rpm] 1.750

Altura da bomba corrigida p/ 1.750 rpm [m] 13,74

Vazão da bomba corrigida p/ 1.750 rpm [m³/s] 0,200

Rendimento real da BFT [%] 83,5

Fonte: autoria própria

116

As curvas da bomba selecionada, fornecidas pelo fabricante, podem ser

visualizadas no Anexo B.

6.1.4 SELEÇÃO DO MIG

A seleção do MIG também ocorreu segundo o método proposto por Chapallaz

et al. (1992a), detalhado anteriormente, de acordo com os seguintes parâmetros:

TABELA 4 - Parâmetros de seleção do MIG

Parâmetro Valor

Potência de eixo fornecida pela BFT [kW] 48,6

Coeficiente de relação entre potência de eixo e potência nominal do motor [1] 1,14

Potência nominal do motor [kW] 42,6

Potência nominal comercial do motor [kW] 45,0

Rendimento do motor [%] 93,0

Fator de potência do motor [1] 0,87

Relação experimental de senos [1] 1,22

Potência elétrica demandada pelo motor [kW] 48,3

Ângulo fasorial do motor [°] 29,5

Potência reativa do motor [kVAr] 27,3

Potência reativa do MIG [kVAr] 33,3

Capacitância para excitação do MIG a 60 Hz [µF/fase]

507

Potência reativa para excitação do MIG a plena carga a 60 Hz [kVAr] 22,7

Ângulo fasorial do MIG [°] 36,9

117

Parâmetro Valor

Fator de potência do MIG [1] 0,8

Potência elétrica gerada pelo MIG [kW] 44,0

Potência de eixo demandada pelo MIG [kW] 47,3

Rendimento do MIG [%] 93,0

Fonte: dados do Projeto BFT/MIG

Os dados do MIG, fornecidos pelo fabricante, são apresentados nos anexos C

e D.

6.1.5 ENSAIOS NO GRUPO GERADOR

Visando determinar o desempenho do grupo gerador BFT/MIG, no tocante ao

seu rendimento, realizaram-se ensaios no mesmo. Nestes, a BFT é considerada

hidraulicamente semelhante a uma turbina de reação do tipo Francis, sendo toda a

instrumentação e equacionamento realizados com base nessa premissa.

6.1.5.1 Normatização dos ensaios

A norma brasileira que rege, de forma geral, os ensaios em turbinas

hidráulicas é a NBR 11374 (Turbinas hidráulicas: ensaio de campo). Essa norma é

baseada no documento internacional IEC 60041 (Field acceptance tests to

determine the hydraulic performance of hydraulic turbines, storage pumps and pump-

turbines). Segundo Souza (1999), pode-se constatar algumas diferenças entre a

NBR 11374 e a IEC 60041:

118

• enquanto a NBR 11374 propõe que as medições ocorram de forma clássica,

através de medições diretas com equipamentos analógicos, a IEC 60041 permite

o uso de

softwares

para aquisição de dados através de transdutores de pressão,

por exemplo;

• a IEC 60041 inclui, entre os métodos aplicáveis para medição de vazão, a

utilização de equipamentos ultra-sônicos. Nesse sentido, a NBR 11374 prevê a

possibilidade de utilização de métodos ainda não aceitos universalmente, em

casos especiais mediante acordo entre as partes (contratante e executor dos

ensaios).

Os ensaios realizados no grupo gerador BFT/MIG estudado seguiram o

equacionamento e as recomendações previstas na NBR 11374, agregando

recomendações da IEC 60041, principalmente no tocante à aquisição de dados

através de pacotes computacionais e utilização de técnicas modernas de medição

de vazão, conforme apresentado a seguir.

6.1.5.2 Descrição teórica e parâmetros aquisitados

O objetivo específico do ensaio é determinar o rendimento do grupo gerador

BFT/MIG como um todo (sem a discretização dos rendimentos individuais da BFT e

do MIG). Para tanto, vale-se da seguinte equação:

100.

P

HL

el

MIG/BFT

=η (49)

onde:

η

BFT/MIG

rendimento do grupo gerador BFT/MIG [%];

119

P

el

potência elétrica fornecida pelo MIG [kW];

P

HL

potência hidráulica líquida absorvida pela BFT [kW].

A potência elétrica é obtida diretamente, através da instalação e leitura de um

medidor de grandezas elétricas. Já a potência hidráulica é quantificada de forma

indireta, através da equação 50:

LHL

H.Q.g.P ρ=

(50)

sendo:

P

HL

potência hidráulica líquida absorvida pela BFT [W];

ρ massa específica da água [kg/m³];

g aceleração da gravidade [m/s²];

Q vazão turbinada [m³/s];

H

L

altura de queda líquida [m].

A massa específica da água (ρ) é considerada 1.000 kg/m³, uma vez que

tabelas disponíveis para sua correção em função da altitude, latitude e temperatura

são válidas para água destilada (ABNT, 1990). A aceleração da gravidade (g), para

uma latitude aproximada de 22º S e altitude média de 1.500 m foi interpolada em

9,7819 m/s² (média das acelerações da gravidade p/ 20º de latitude e altitudes de

1.000 e 2.000 m) (ABNT, 1990). A vazão turbinada (Q) é medida.

A altura de queda líquida (H

L

) é calculada indiretamente, segundo

equacionamento para turbinas de reação de eixo horizontal presente na NBR 11374

(ABNT, 1990):

120

FIGURA 55 - Referências geométricas para ensaio de turbinas de reação, segundo NBR 11374

( )













−

+

ρ

+−+=

g.2

vv

g.

P

zazH

2

´3

2

11

31L

(51)

onde:

H

L

queda líquida [m];

z

1

cota da entrada da turbina/BFT [m];

a diferença de nível entre a entrada da turbina/BFT e o manômetro (ou

transdutor de pressão [m];

z

3

cota do nível d´água de jusante [m];

P

1

pressão na entrada da turbina/BFT [Pa];

ρ massa específica da água [kg/m³];

g aceleração da gravidade [m/s²];

v

1

velocidade na entrada da turbina/BFT [m/s];

v

3´

velocidade na saída do tubo de sucção [m/s].

121

Na figura 55, a referência (cota zero) corresponde ao nível do transdutor de

pressão instalado no canal de fuga, através do qual se obtém as medidas da cota z

3

.

A partir da referência, definem-se as cotas fixas da entrada da turbina (z

1

) e do

manômetro/transdutor de pressão nessa seção (a). A pressão na entrada da turbina

(P

1

) é lida ou aquisitada por manômetro ou transdutor de pressão, respectivamente.

Conhecendo-se os diâmetros de entrada (D

1

) e do tubo de sucção (D

3’

), e medindo-

se a vazão turbinada (Q), obtêm-se as velocidades na entrada (v

1

) e saída (v

3’

), a

partir da equação da continuidade adaptada:

2

1

D.

Q.4

v

π

= (52)

2

'3

D.

Q.4

v

π

= (53)

com:

v

1

velocidade na entrada da turbina [m/s];

Q vazão turbinada [m³/s];

D

1

diâmetro da entrada da turbina [m];

v

3’

velocidade na saída do tubo de sucção [m/s];

D

3’

diâmetro da saída do tubo de sucção [m].

6.1.5.2.1 Grupo gerador convencional – Turbina Michell-Banki

A determinação do rendimento do grupo gerador convencional existente na

MCH, utilizando uma turbina Michell-Banki, ocorre de forma semelhante à do grupo

BFT/MIG, diferindo apenas no equacionamento para o cálculo da altura de queda

122

líquida (H

L

). Sendo a Michell-Banki uma turbina de ação tem-se, de acordo com o

esquema da figura 56, o cálculo de H

L

:

FIGURA 56 - Referências geométricas para ensaio de turbinas de ação, segundo NBR 11374

( )

g.2

v

g.

P

zazH

2

11

31L

+

ρ

+−+=

(54)

onde:

H

L

queda líquida [m];

z

1

cota da entrada da turbina [m];

a diferença de nível entre a entrada da turbina e o manômetro (ou transdutor

de pressão [m];

z

3

cota da saída do rotor [m];

P

1

pressão na entrada da turbina/BFT [Pa];

ρ massa específica da água [kg/m³];

g aceleração da gravidade [m/s²];

v

1

velocidade na entrada da turbina [m/s];

123

Na figura 56, a referência (cota zero) foi adotada ao nível da saída do rotor,

de forma que z

3

assuma valor nulo. A partir desta referência, definem-se as cotas

fixas da entrada da turbina (z

1

) e do manômetro/transdutor de pressão nessa seção

(a). A pressão na entrada da turbina (P

1

) é lida ou aquisitada por manômetro ou

transdutor de pressão, respectivamente. Conhecendo-se o diâmetro de entrada (D

1

)

e medindo-se a vazão turbinada (Q), obtém-se as velocidades na entrada (v

1

), a

partir da equação da continuidade adaptada:

2

1

D.

Q.4

v

π

= (55)

com:

v

1

velocidade na entrada da turbina [m/s];

Q vazão turbinada [m³/s];

D

1

diâmetro da entrada da turbina [m];

D

3’

diâmetro da saída do tubo de sucção [m].

6.1.5.3 Caracterização do sistema ensaiado

A tabela 5 apresenta os parâmetros fixos utilizados no ensaio do grupo

BFT/MIG, conforme descritos teoricamente na seção 6.1.5.2:

TABELA 5 - Características geométricas para ensaio do grupo BFT/MIG

D

1

[m] D

3’

[m] z

1

[m] a

MAN

[m] a

TRA

[m]

124

D

1

[m] D

3’

[m] z

1

[m] a

MAN

[m] a

TRA

[m]

0,2136 0,2840 1,290 0,1000 0,000

Fonte: dados do Projeto BFT/MIG

6.1.5.3.1 Grupo gerador – Turbina Michell-Banki

A tabela 6 apresenta os parâmetros fixos utilizados no ensaio do grupo

convencional (turbina Michell-Banki) BFT, conforme descritos teoricamente na seção

6.1.5.2.1. Não foi possível se obter os dados nominais (de placa) do grupo gerador

convencional, uma vez que este foi reformado.

TABELA 6 - Características geométricas para ensaio do grupo gerador – Michell-Banki

D

1

[m] z

1

[m] a

MAN

[m] z

3

[m] a

TRA

[m]

0,2514 0,620 0,1000 0,00 0,000

Fonte: dados do Projeto BFT/MIG

6.1.5.4 Equipamentos utilizados

Descrevem-se a seguir as principais características dos equipamentos

utilizados nos ensaios.

6.1.5.4.1 Medidor de vazão ultra-sônico por tempo de trânsito

As vazões foram obtidas através de medidores ultra-sônicos não intrusivos

125

por tempo de trânsito, que “[...] se baseiam na medição dos tempos que ondas

acústicas emitidas simultaneamente no sentido do escoamento e contra o mesmo

[...]” levam para percorrer o diâmetro da tubulação (SOUZA; BORTONI, 2006).

Utilizou-se um equipamento da marca Thermo Electron Corporation, modelo

Polysonics DCT7088, com exatidão de ± 1% do valor medido ou ± 0,03 m/s (vide

especificações no anexo H).

FIGURA 57 - Medidor de vazão ultra-sônico Polysonics DCT7088 (fonte: THERMO, 2007)

6.1.5.4.2 Medidor de espessura de condutos forçados

A espessura do conduto forçado (que deve ser fornecida ao medidor ultra-

sônico de vazão para o cálculo da vazão) foi obtida através de um medidor de

espessura, também ultra-sônico, da marca Homis Controle e Instrumentação,

modelo TT100, cujas especificações se encontram no anexo I.

126

FIGURA 58 - Medidor de espessura de conduto forçado Homis TT100 (fonte: HOMIS, 2007)

6.1.5.4.3 Manômetro de Bourdon

O manômetro de Bourdon é um dos medidores de pressão mais comuns,

consistindo basicamente num tubo curvo, flexível e de seção transversal oval.

Quando a pressão é aplicada a esse sistema, o tubo tende a se tornar circular

havendo deflexão da extremidade livre (SOUZA; BORTONI, 2006). Essa deflexão é

associada à pressão aplicada, sendo associada a um ponteiro que permite a

medição.

Utilizaram-se nos ensaios manômetros da marca Homis, com fundo de escala

de 40 m.

127

FIGURA 59 - Manômetro de Bourdon

6.1.5.4.4 Transdutores de pressão

Para a aquisição de pressões, utilizaram-se dois tipos de transdutores:

• marca Smar, com fundo de escala de 40 m e saída de 4 a 20 mA;

• marca Gulton, com fundo de escala de 50 m e saída de 4 a 20mA.

FIGURA 60 - Transdutores de pressão

128

6.1.5.4.5 Medidor de grandezas elétricas

A potência elétrica fornecida foi medida através de um medidor de grandezas

elétricas da marca Yokogawa, modelo CW140. As principais especificações do

equipamento se encontram no anexo J.

FIGURA 61 - Medidor de grandezas elétricas Yokogawa CW140 (fonte: CLAMP-ON, 2007)

6.1.5.4.6 Tacômetro digital

A rotação da BFT foi medida com um tacômetro digital.

FIGURA 62 - Tacômetro digital

129

6.1.5.4.7 Sistema de aquisição de dados

Para a composição do sistema de aquisição de dados, foram utilizados os

seguintes componentes:

• Módulo SCXI-1125, da

National Instruments

: é um modulo condicionador de

sinais analógicos com 8 canais de entrada isolados, com configurações

programáveis de ganho e filtros em cada canal.

FIGURA 63 - Módulo SCXI-1125, National Instruments (fonte: SCXI-1125, 2007)

• Bloco de entrada de corrente SCXI-1338, da

National Instruments

: módulo

constituído por oito resistores de precisão de 249

Ω

, para a conversão de de

corrente em tensão.

130

FIGURA 64 - Bloco SCXI-1338, National Instruments (fonte: SCXI-1338, 2007)

• Módulo SCXI-1102, da

National Instruments

: modulo para condicionamento de

sinais de termopares, tensões com pequena largura de banda e de fontes com

baixíssimas tensões (milivolts).

FIGURA 65 - Módulo SCXI-1102, National Instruments (fonte: SCXI-1102, 2007)

• Bloco terminal SCXI-1300, da

National Instruments

: bloco para conexão de

sinais.

• Módulo SCXI-1600, da

National Instruments

: módulo de aqusição de dados e

controle USB de 16-bit, com entrada e saída analógicas e digitais.

131

FIGURA 66 - Módulo SCXI-1600, National Instruments (fonte: USB, 2007)

6.1.5.4.8 Software para aquisição de dados LabVIEW

O LabVIEW é um

software

, desenvolvido pela

National Instruments

, que

permite a aquisição, processamento e visualização de dados, através de uma

interface gráfica simples e intuitiva. Os sinais captados pelos sensores são pré-

processados pelo módulo de aquisição, e convertidos em sinais elétricos. Através de

rotinas internas criadas pelo usuário, o LabVIEW converte tais sinais em valores das

grandezas físicas medidas (pressão, por exemplo). O programa permite a

visualização das medições em gráficos e telas customizadas.

6.1.5.5 Instrumentação e aquisição de dados

De acordo com os parâmetros necessários para a determinação do

rendimento dos grupos geradores, conforme a NBR 11374, preparou-se o arranjo do

ensaio, conforme figuras 67 e 68:

132

FIGURA 67 - Esquema de medição e aquisição de dados do grupo BFT/MIG

FIGURA 68 - Esquema de medição e aquisição de dados do grupo Michell-Banki/Gerador

133

FIGURA 69 - Transdutores do medidor de vazão ultra-sônico, entrada da BFT

FIGURA 70 - Medidor ultra-sônico de vazão, entrada da turbina Michell-Banki

FIGURA 71 - Transdutor de pressão e manômetro de Bourdon, entrada da BFT

134

FIGURA 72 - Transdutor de pressão e manômetro de Bourdon, entrada da turbina Michell-Banki

FIGURA 73 - Transdutor de pressão em poço tranqüilizador, canal de fuga

FIGURA 74 - Alicates para medição de grandezas elétricas

135

FIGURA 75 - Medidor de grandezas elétricas

FIGURA 76 - Módulo de aquisição de dados

FIGURA 77 - Computador laptop com o software LabVIEW

136

6.1.5.6 Execução dos ensaios – procedimentos

A simulação de cargas para a execução dos ensaios se deu por meio de

resistências inseridas em caixas d’água, para dissipação da energia gerada.

Variou-se, tanto para o grupo BFT/MIG quanto para o grupo com turbina

Michell-Banki, a vazão turbinada, obtendo-se vários pontos de leitura dos

parâmetros hidráulicos e elétricos necessários à determinação dos rendimentos dos

grupos. No caso da BFT, o controle da vazão se deu por meio de uma válvula

borboleta instalada no conduto forçado. Para a turbina Michell-Banki, utilizou-se sua

própria pá diretriz.

6.2 ANÁLISE DE BENEFÍCIOS ECONÔMICOS

Após analisadas as questões técnicas envolvendo a tecnologia BFT/MIG,

parte-se para a avaliação de seus benefícios econômicos. Conforme comentado em

seções anteriores, a principal motivação para a aplicação desse tipo de equipamento

reside no seu baixo custo, quando comparado com às tecnologias convencionais.

Pretende-se nesse capítulo quantificar o impacto econômico de BFTs e MIGs sob

duas ópticas:

• custo de grupos geradores convencionais;

• redução do custo índice de MCHs;

137

6.2.1 CUSTOS DE GRUPOS GERADORES

O grupo gerador é o componente fundamental da geração hidrelétrica. De

acordo com o arranjo de cada aproveitamento, pode representar mais de 40 % do

custo total de uma central hidrelétrica.

Dos trabalhos realizados durante o Projeto BFT/MIG, obteve-se a cotação do

conjunto moto-bomba utilizado como grupo gerador (vide Anexo E), de R$

12.108,00

22

. Somando-se a esse valor os custos do tubo de sucção, atinge-se o

custo de R$ 15.430,00 (US$ 7.303,10, conforme cotação do dólar em 27/04/2006).

O custo do grupo gerador BFT/MIG, por kW instalado foi, no caso, de US$ 169,84,

condizente com os resultados obtidos por Balarim et al. (2004). Neste trabalho,

Balarim et. al. (2004) conclui que o custo índice de equipamentos eletromecânicos

23

para MCHs, utilizando BFTs, varia dentro de 3 faixas de potência instalada:

• Até 1 kW: US$ 2.212,00 por kW instalado;

• Entre 1 e 25 kW: de US$ 2.212,00 a US$ 150,00 por kW instalado;

• De 25 kW a 150 kW: US$ 150,00 por kW instalado.

O custo de um grupo gerador composto por uma turbina Michell-Banki

acoplada a um gerador síncrono, para os mesmos 43 kW, foi cotado

24

em R$

37.000,00 (US$ 17.535,54, para cotação do dólar também em 27/04/2006),

implicando num custo por kW instalado de US$ 407,80.

22

Valor para potência instalada de 43 kW.

23

O custo inclui: BFT e gerador síncrono (não foi utilizado MIG), regulador de carga, válvula borboleta, tubo de sucção, grade e

quadro de comando.

24

Cotação sem registro, obtida verbalmente por contato telefônico com a empresa RM Equipamentos LTDA (Varginha – MG).

138

No caso apresentado acima, a utilização do grupo BFT/MIG representou uma

economia de 58,35 % em relação ao custo do grupo gerador com turbina Michell-

Banki

25

.

Para que fosse possível a generalização dos custos de grupos geradores

convencionais e com tecnologia BFT/MIG, tornou-se necessária a obtenção de uma

amostra representativa de valores, para diversas situações de queda e vazão, o que

possibilitaria a determinação de custos índices confiáveis. Optou-se, então, por uma

pesquisa de mercado.

Na primeira etapa, foram propostos diversos aproveitamentos hidrelétricos

com potência inferior a 100 kW, de acordo com duas referências:

• Queda líquida variando de 10 a 100 m;

• Vazões variando de 0,025 a 0,4 m³/s.

Propostos os cenários, selecionou-se, para cada um, a BFT aplicável, de

acordo com o Método de Viana. Quando o método não se apresentou aplicável,

partiu-se para o Método de Chapallaz. As BFTs selecionadas são apresentadas nos

apêndices B e C.

A próxima etapa consistiu na seleção do MIG para cada aproveitamento

simulado. Uma vez que até então não se conheciam os rendimentos das BFTs

selecionadas, e estes eram requeridos para a seleção do MIG (considerando-se que

um dos seus parâmetros de seleção é a potência de eixo) optou-se por implementar,

em planilha eletrônica Excel, um algoritmo através do qual o MIG seria

25

Cabe salientar que turbinas Michell-Banki são equipamentos considerados baratos, quando comparados, por exemplo, com

turbinas Francis e Pelton, considerados convencionais.

139

automaticamente selecionado a partir dos dados da BFT, conforme o diagrama de

blocos exposto na figura 78:

FIGURA 78 - Processo de seleção de BFTs e MIGs para cotação

As planilhas de seleção foram enviadas para 7 fabricantes nacionais de

bombas hidráulicas, tendo, porém, somente a Schneider Motobombas e Imbil

Bombas Hidráulicos retornado a solicitação. Cotou-se também, juntamente à WEG

Equipamentos Elétricos SA, o valor de motores

26

adquiridos separadamente, através

do distribuidor da empresa no Sul de Minas, Fábio Marinato Representações LTDA

(vide anexo G). Foram levantados também os custos de grupos geradores

convencionais. Os valores foram fornecidos pela empresa Betta Hidroturbinas,

apresentados no anexo F.

Os dados obtidos foram trabalhados de forma a se obterem relações práticas,

26

As cotações fornecidas são de motores padrão IP 55, de 60 Hz, 2 e 4 pólos.

Dados

Altura da BFT

Vazão da BFT

Rotação da BFT

Fabricante fornece:

Rendimento da BFT

Modelo da BFT

Custo da BFT

Planilha calcula:

Potência de Eixo

Relação entre potência de eixo e potência nominal

Potência nominal do MIG

Fabricante fornece:

Potência nominal do MIG

Rendimento do MIG a plena carga

Custo do MIG

140

aplicáveis no momento do estudo de viabilidade de MCHs, bem como para comparar

os custos de grupos BFT/MIG com os de grupos geradores convencionais. Os dados

obtidos e calculados estão compilados nos apêndices D e E.

Cabem algumas observações em relação aos apêndices D e E:

• O algoritmo empregado no cálculo dos parâmetros do MIG correspondem à

seqüência apresentada na seção 5.1;

• Para simplificação dos cálculos, e considerando resultados práticos de outros

trabalhos, o rendimento do MIG (η

mig

) foi considerado 97% do rendimento

nominal a plena carga de cada motor avaliado;

• O parâmetro potência elétrica nominal gerada pelo MIG (P

elg

) é definido pela

seguinte equação:

migngcclge

.PP η= (56)

sendo:

P

elgc

potência elétrica nominal gerada pelo MIG [kW];

P

ngc

potência nominal comercial do MIG [kW];

η

mig

rendimento do MIG [%].

• A potência elétrica fornecida pelo MIG (P

el

), numericamente igual à potência

instalada da MCH (P

inst

), é dada por:

migtLtinstlge

..H.Q.g.PP ηηρ== (57)

onde:

P

el

potência elétrica fornecida pelo MIG [kW];

141

P

inst

potência instalada da MCH [kW];

ρ massa específica da água [considerada, no caso, 1.000 kg/m³];

g aceleração da gravidade [considerada, no caso, 9,81 m/s²];

Q

t

vazão de projeto [m³/s];

H

L

queda líquida do aproveitamento [m];

η

t

rendimento da BFT [%];

η

mig

rendimento do MIG [%].

• O custo índice é calculado dividindo-se o custo de implantação (no caso, o custo

do grupo BFT/MIG) pela potência instalada da MCH, de acordo com a equação

58:

inst

MIG/BFT

P

C

CI= (58)

com:

CI custo índice [R$/kW instalado];

C

BFT/MIG

custo do grupo gerador BFT/MIG [R$];

P

inst

potência instalada na MCH.

• Os custos dos motores de indução cotados individualmente não foram utilizados

na definição de custos índices dos grupos BFT/MIG;

• A comparação entre custos ocorreu para quedas líquidas inferiores a 40 m, em

função dos dados de grupos geradores convencionais disponíveis;

• Foram utilizados nos cálculos custos de bombas mancalizadas e monobloco.

142

Em relação aos custos de grupos geradores convencionais, realizou-se a

cotação junto à Betta Hidroturbinas, que forneceu a tabela de valores relacionados à

potência gerada, conforme anexo F

27

. Os custos separados de turbinas e geradores

(incluindo painel elétrico e regulador de velocidade) foram definidos de acordo com

as seguintes condições, também fornecidas pelo fabricante:

• Turbinas monobloco fundidas: custo da turbina corresponde a 50 % do total do

grupo;

• Turbinas Pelton: custo da turbina é igual a 55 % do total do grupo;

• Demais turbinas (Potência gerada inferior a 50 kVA): preço da turbina representa

70 % do custo do grupo;

• Demais turbinas (Potência gerada superior a 50 kVA): preço da turbina

representa 60 % do custo do grupo.

6.2.2 CUSTOS DE MICROCENTRAIS HIDRELÉTRICAS

A definição de um custo índice (R$/kW instalado) de referência para

microcentrais hidrelétrica não é tarefa simples. A dificuldade em se estabelecerem

bases comparativas entre diversas centrais remete às especificidades de cada

arranjo, bem como às externalidades características de cada região (por exemplo,

custos com frete e disponibilidade de mão-de-obra). Num país de dimensões

continentais como o Brasil, a variação de preços torna-se ainda mais acentuada.

Khennas e Barnett (2000) apresentam em seu trabalho o custo de 2

27

Segundo informações da empresa, o fator de potência dos geradores é de 0,9 para equipamentos até 15 kVA, e 0,8 para

potências superiores.

143

microcentrais hidrelétricas implantadas no Peru, entre 1992 e 1998, com potências

instaladas de 11 e 35 kW. Os custos índice

28

dessas centrais foram,

respectivamente, de US$ 3.371,00 e US$ 2.358,00.

Dados do ano de 2001 relacionam os custos de centrais hidrelétricas com

potência inferior a 250 kW com a queda bruta do aproveitamento (ESHA, 2005),

conforme o gráfico a seguir:

Custo Indice de Centrais Hidrelétricas (< 250 kW) em Função da Queda

(adaptado de EUROPEAN SMALL HYDRO ASSOCIANTION, 2005)

2500

2700

2900

3100

3300

3500

3700

3900

0 20 40 60 80 100 120 140

Queda Bruta [m]

Custo Índice [Euros / kW instalado]

FIGURA 79 - Custo índice de MCHs em função da queda bruta (fonte: adaptado de ESHA, 2005)

O Community Research & Development Information Service

(2002) também

apresenta vários índices

29

sobre pequenas e microcentrais hidrelétricas, inclusive

com estimativas para o ano de 2010, conforme tabela abaixo:

28

Valores expressos em dólares americanos, cotados em 1998.

29

Os custos são apresentados para projetos no sistema turn-key, incluindo todas as despesas (engenharia, materiais, mão de

obra, etc), sendo a central entregue pronta para o início da operação.

144

TABELA 7 - Custos índices de MCHs e previsão para 2010

Faixa de Potência Custo Índice [€/kW instalado]

Custo Índice Estimado para

2010 [€/kW instalado]

1 a 10 MW De 600 a 2.000 -

500 a 1.000 kW De 1.300 a 4.500 De 1.000 a 3.000

100 a 500 kW De 1.500 a 6.000 De 900 a 3.500

Inferior a 100 kW De 1.500 a 6.000 De 900 a 3.500

Fonte: Community Research & Development Information Service, 2002

TABELA 8 - Custos índices de MCHs, por equipamento

Custos de Microcentrais Hidrelétrica [US$ e %]

3,5 kW 10 kW 50 kW

H [m] Q [m³/s] H [m] Q [m³/s] H [m] Q [m³/s]

Componentes

50 0,014 32 0,062 85 0,1

Conduto 1.600,00 (12 %) 3.500,00 (14 %) 24.000,00 (36 %)

Grupo gerador 3.300,00 (25 %) 6.000,00 (23 %) 9.500,00 (14 %)

Controlador 1.900,00 (15 %) 3.600,00 (14 %) 5.400,00 (8 %)

Linha de distribuição 1.500,00 (12 %) 3.500,00 (14 %) 7.500,00 (11 %)

Casa de força 1.000,00 (8 %) 3.000,00 (12 %) 4.500,00 (7 %)

Despesas gerais 1.650,00 (13 %) 1.800,00 (7 %) 4.500,00 (7 %)

Instalação 2.000,00 (15 %) 4.500,00 (17 %) 10.500,00 (16 %)

Custo índice [US$ / kW] 3.700,00 2.590,00 1.318,00

Fonte: Natural Resources Canada, 2004

Em relação ao mercado brasileiro, encontrou-se enorme dificuldade na

145

obtenção, junto a empresas, de custos de MCHs. Os únicos valores conseguidos

foram fornecidos pelo Centro Nacional de Referências em Pequenas Centrais

Hidrelétricas (CERPCH), sendo estes, porém, referentes a usinas implantadas na

região amazônica, onde as características geográficas e logísticas impedem que

estes sejam tomados como referência para o resto do país.

Diante da grande variabilidade de custos de MCHs, devido às particularidades

de cada arranjo e características regionais, Balarim (1999) apresentou uma

metodologia para a estimativa de custos de centrais com até 100 kW, baseada em

um projeto-padrão para estudo de viabilidade do Manual de Microcentrais

Hidrelétricas (ELETROBRÁS, 1985). Primeiramente, Balarim (1999) realizou o pré-

dimensionamento de estruturas e componentes de MCHs, para condições padrões,

seguindo as diretrizes de ELETROBRÁS (1985), simulando-se várias potências e

quedas. Para cada um dos cenários simulados, foi feita a composição de preços

para estruturas e equipamentos, com base em custos unitários obtidos no ano de

1998. Através de regressão, foram obtidas funções que correlacionam os custos de

cada estrutura/equipamento com os parâmetros básicos de projeto, facilitando a

estimativa do investimento necessário à implantação da central. As funções de custo

obtidas por Balarim (1999) são apresentadas a seguir:

bcbc

2

bcbc

L.)4744,88H.6985,23H.2965,55(C ++= (59)

onde:

C

bc

30

custo de barragem de concreto [R$];

H

bc

altura da barragem de concreto [m];

L

bc

comprimento da barragem de concreto [m].

30

O custo já inclui vertedor/extravasor, mão-de-obra e serviços.

146

bpa

2

bpabpa

L.)8396,28H.033,24(C +=

(60)

com:

C

bpa

31

custo de barragem de pedra argamasada [R$];

H

bpa

altura da barragem de pedra argamassada [m];

L

bpa

comprimento da barragem de pedra argamassada [m].

btva

2

btvabtva

L.)88,208H.9675,110(C += (61)

sendo:

C

btva

32

custo da barragem de terra com vertedor em canal de alvenaria [R$];

H

btva

altura da barragem de terra com vertedor em canal de alvenaria [m];

L

btva

comprimento da barragem de terra com vertedor em canal de alvenaria [m].

btvt

2

btvtbtvt

L.)6,82H.8813,43(C += (62)

onde:

C

btvt

33

custo da barragem de terra com vertedor em canal de terra [R$];

H

btvt

altura da barragem de terra com vertedor em canal de terra [m];

L

btvt

comprimento da barragem de terra com vertedor em canal de terra [m].

(

)

1,1705.Q67,221C

ta

+= (63)

com:

C

ta

custo da tomada d´água [R$];

Q vazão de projeto [m³/s].

31

Idem à nota 21.

32

Idem à nota 21.

33

Idem à nota 21.

147

(

)

carcra

L.8,34.Q87,13C += (64)

sendo:

C

car

custo do canal de adução revestido de alvenaria [R$];

Q vazão de projeto [m³/s];

L

car

comprimento do canal de adução revestido de alvenaria [m].

ct

344,0

ct

L.Q.7,890C = (65)

onde:

C

ct

custo do canal de adução de terra [R$];

Q vazão de projeto [m³/s];

L

ct

comprimento do canal de adução de terra [m].

cl

52,0

cl

L.Q.20147C = (66)

com:

C

cl

custo do conduto livre de ferro dúctil [R$];

Q vazão de projeto [m³/s];

L

cl

comprimento do conduto livre de ferro dúctil [R$].

6,1612.Q5246,465C

cc

+= (67)

onde:

C

cc

custo da câmara de carga [R$];

Q vazão de projeto [m³/s].

cff

6239,0

B

5563,0

cff

L.H.P.1489,231C

−

= (68)

com:

148

C

cff

custo do conduto forçado de ferro dúctil [R$];

P potência instalada [kW];

H

B

queda bruta [m];

L

cff

comprimento do conduto forçado de ferro dúctil [m].

cfpvc

2641,1

B

9049,0

cfpvc

L.H.P.6425,197C

−

= (69)

sendo:

C

cfpvc

custo do conduto forçado de PVC [R$];

P potência instalada [kW];

H

B

queda bruta [m];

L

cfpvc

comprimento do conduto forçado de PVC [m].

27,0

B

1873,0

cm

H.P.839,16052C

−

= (70)

onde:

C

cm

custo da casa de máquinas [R$];

P potência instalada [kW];

H

B

queda bruta [m].

6186,0

B

6294,0

tf

H.P.1746,17321C

−

= (71)

com:

C

tf

custo dos equipamentos eletromecânicos, turbina Francis [R$];

P potência instalada [kW];

H

B

queda bruta [m].

4035,0

B

5839,0

tmb

H.P.0055,4969C

−

= (72)

149

sendo:

C

tmb

custo dos equipamentos eletromecânicos, turbina Michell-Banki [R$];

P potência instalada [kW];

H

B

queda bruta [m].

P

tbft

0252,1.0309,2440C = (73)

onde:

C

tbft

custo dos equipamentos eletromecânicos, BFT [R$];

P potência instalada [kW].

rd

P

rd

L.0141,1.0253,8C = (74)

com:

C

rd

custo da rede de distribuição [R$];

P potência instalada [kW];

L

rd

comprimento da rede de distribuição [m].

O custo do canal de fuga é idêntico ao do canal de adução, de acordo com o

tipo de canal.

O fato das cotações de equipamentos presentes no trabalho de Balarim

(1999) terem sido realizadas em 1998 faz com que a aplicação das funções para a

estimativa de custos, atualmente, apresente distorções em relação aos valores reais.

Uma alternativa para se contornar esse inconveniente é a dolarização das funções

de custo, assumindo-se que, nessa moeda, os custos apresentam uma estabilidade.

Para tanto, adotou-se a cotação média do dólar indicada por Balarim (1999), de R$

1,13 por dólar.

150

Baseando-se nas mesmas premissas consideradas na seção 6.2.1, onde se

fez necessária a simulação de vários aproveitamentos para a definição dos custos

índices de grupos geradores convencionais e BFT/MIG, adota-se uma metodologia

semelhante para a definição dos custos índices de MCHs, que permite a análise dos

impactos de BFTs e MIGs sobre estes.

Inicialmente, implementaram-se as funções de custos propostas por Balarim

(1999) em planilha eletrônica, cuja interface pode ser visualizada no apêndice F. As

funções relativas ao custo de equipamentos eletromecânicos (para turbinas Michell-

Banki e BFT) foram substituídas por aquelas obtidas no presente trabalho (figuras

103 a 109).

A partir da planilha, foram simulados alguns arranjos de MCHs, e seus

respectivos custos. Todos os aproveitamentos apresentaram, em comum, os

seguintes parâmetros:

• Altura da barragem (soleira): 1 m;

• Comprimento da barragem: 10 m;

• Tipo de barragem: concreto;

• Tipo de sistema de adução em baixa pressão: canal de adução com revestimento

em alvenaria;

• Comprimento do canal: 30 m;

• Material do conduto forçado: ferro dúctil;

• Comprimento da rede de distribuição: 100m;

• Comprimento do canal de fuga: 5 m;

• Rendimento do sistema de adução: 97 %;

• Rendimento total da central: 70 %.

151

Com base nessas constantes, realizou-se a variação da queda bruta (entre 20

e 40 m), e da vazão, de forma que a potência instalada se mantivesse inferior a 100

kW. Variou-se também o comprimento do conduto forçado, em função da queda

bruta. As centrais simuladas, com seus respectivos custos, são apresentadas no

apêndice G.

152

7 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Faz-se, a seguir, uma análise dos principais resultados dos estudos técnicos

e econômicos desenvolvidas.

7.1 VIABILIDADE TÉCNICA

7.1.1 ENSAIOS NO GRUPO BFT/MIG

Apresentam-se os gráficos ilustrativos dos resultados dos ensaios realizados

no grupo gerador BFT/MIG. Os gráficos foram traçados com os valores médios dos

dados aquisitados para cada ponto de ensaio, sendo estes apresentados, em forma

tabular, no apêndice H.

Grupo BFT/MIG - Parâmetros hidráulicos e rendimento

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

0,150 0,170 0,190 0,210 0,230 0,250 0,270

Vazão turbinada [m³/s]

Altura de queda líquida [m]

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

Rendimento [%]

Altura de queda líquida [m] Rendimento do grupo gerador [%]

FIGURA 80 – Parâmetros hidráulicos, grupo BFT/MIG

153

Grupo BFT/MIG - Potências

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

0,150 0,170 0,190 0,210 0,230 0,250 0,270

Vazão turbinada [m³/s]

Potência [kW]

Potência hidráulica líquida [kW] Potência elétrica [kW]

FIGURA 81 – Potências, grupo BFT/MIG

7.1.1.1 Análise dos resultados e comparação com os resultados teóricos

esperados

Através da figura 80, percebe-se que o rendimento do grupo BFT/MIG

apresenta grande sensibilidade à variação de vazão, sendo este comportamento

esperado, com base na bibliografia revisada.

Durante os ensaios, não foi possível atingir a vazão e a altura de queda

líquida nominais da BFT, respectivamente 0,273 m

3

/s e 21,8 m. Essa limitação

ocorreu em função da elevada perda de carga proveniente da válvula borboleta

instalada à jusante da BFT, que extrapolou os valores previstos no projeto. No ponto

nominal, o rendimento teórico da BFT é de 83,5%, e o do MIG de 93,0%, resultando

num rendimento teórico do grupo gerador de 77,7%, sendo ambos os rendimentos

estimados pelo método de Chapallaz. Na figura 80, percebe-se que o máximo

154

rendimento alcançado pelo grupo BFT/MIG (sem se atingir o ponto de

funcionamento de projeto), foi de 67,8%. Considerando a relação empírica obtida a

partir dos ensaios da empresa Worthington (figura 33), estima-se que o rendimento

real da BFT, no ponto nominal, seria de aproximadamente 78,3%, resultando num

rendimento do grupo gerador de 72,8%.

Tem-se uma diferença de aproximadamente 5,0% entre o rendimento teórico

do grupo BFT/MIG para o ponto de funcionamento nominal, obtido pelo método de

Chapallaz e aperfeiçoado pela relação experimental da Worthington, e o máximo

rendimento real alcançado pelo grupo (com vazão e altura de queda líquida

inferiores às de projeto). Diante disso, e admitindo-se que a diferença pode ser

minimizada ao se atingir o ponto nominal de funcionamento do grupo BFT/MIG,

considera-se que o desempenho do grupo ensaiado foi satisfatório em relação ao

rendimento teórico esperado.

7.1.2 ENSAIOS NO GRUPO GERADOR COM TURBINA MICHELL-BANKI

As figura 82 a 85 apresentam os resultados dos ensaios no grupo gerador

convencional (turbina Michell-Banki), estando as respectivas tabelas de dados na

apêndice I.

155

Grupo Gerador Turbina Michell-Banki - Parâmetros hidráulicos e

rendimento - Leituras diretas

20,000

20,500

21,000

21,500

22,000

22,500

23,000

23,500

24,000

0,100 0,110 0,120 0,130 0,140 0,150 0,160 0,170 0,180 0,190

Vazão turbinada [m³/s]

Altura de queda líquida [m]

30,00%

32,50%

35,00%

37,50%

40,00%

42,50%

45,00%

47,50%

50,00%

Rendimento [%]

Altura de queda líquida [m] Rendimento do grupo gerador [%]

FIGURA 82 – Parâmetros hidráulicos, grupo gerador com Michell-Banki – Leituras diretas

Grupo Gerador Turbina Michell-Banki - Parâmetros hidráulicos e

rendimento - Dados aquisitados

0,000

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

0,050 0,070 0,090 0,110 0,130 0,150 0,170 0,190 0,210 0,230

Vazão turbinada [m³/s]

Altura de queda líquida [m]

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

Rendimento [%]

Altura de queda líquida [m] Rendimento do grupo gerador [%]

FIGURA 83 – Parâmetros hidráulicos, grupo gerador com Michell-Banki – Dados aquisitados

156

Grupo Gerador Turbina Michell-Banki - Potências - Leituras diretas

0,000

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

30,000

35,000

40,000

45,000

0,100 0,110 0,120 0,130 0,140 0,150 0,160 0,170 0,180 0,190

Vazão turbinada [m³/s]

Potência [kW]

Potência hidráulica líquida [m] Potência Elétrica

FIGURA 84 – Potências, grupo gerador com Michell-Banki – Leituras diretas

Grupo Gerador Turbina Michell-Banki - Potências - Dados aquisitados

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 0,17 0,19 0,21

Vazão turbinada [m³/s]

Potência [kW]

Potência hidráulica líquida [kW] Potência elétrica [kW]

FIGURA 85 – Potências, grupo gerador com Michell-Banki – Dados aquisitados

157

O grupo gerador com Michell-Banki, no qual a vazão foi variada através da pá

do distribuidor, com rotação constante mantida pelo sistema de cargas por

resistência líquida, apresentou um rendimento máximo de 48%. Nessa condição,

com o distribuidor totalmente aberto, obteve-se a vazão de 0,183 m

3

/s,

correspondente a uma queda líquida de 22,0 m, potência hidráulica de 44 kW e

potência elétrica de 23 kW. Considerando-se um rendimento de 85% para o gerador,

a turbina Michell-Banki apresentou um rendimento de 57%, considerado satisfatório

para turbinas nacionais desse tipo, segundo estudos e experiências práticas

desenvolvidos na UNIFEI.

7.1.2.1 Análise dos resultados e comparação com o grupo BFT/MIG

Comparação de Rendimentos dos Grupos Geradores

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

0,050 0,075 0,100 0,125 0,150 0,175 0,200 0,225 0,250 0,275

Vazão turbinada [m³/s]

Rendimento [%]

BFT/MIG Convencional (Michell-Banki)

FIGURA 86 – Comparação de rendimentos dos grupos geradores

158

Comparação de Potência Elétrica dos Grupos Geradores

0,000

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

30,000

0,050 0,075 0,100 0,125 0,150 0,175 0,200 0,225 0,250 0,275

Vazão turbinada [m³/s]

Potência elétrica [kW]

BFT/MIG Convencional (Michell-Banki)

FIGURA 87 – Comparação de potências elétricas dos grupos geradores

Observando-se a figura 86, percebe-se que o grupo gerador formado pela

turbina Michell-Banki e o gerador convencional é mais robusto que o grupo BFT/MIG

no tocante à sensibilidade do rendimento em relação à variação de vazão. Sendo

assim deve-se, no momento do projeto para a utilização de BFTs, dar atenção

especial aos estudos hidrológicos do aproveitamento, para a definição precisa das

vazões mínimas. As BFTs devem ser selecionadas para operar em vazões com

permanência próxima a 100%, de forma que se evite a acentuada queda de

rendimento em períodos secos. Fica claro também que o máximo rendimento

alcançado pelo grupo BFT/MIG (mesmo sem se atingir o ponto nominal de

funcionamento) é superior ao do grupo convencional. Deve-se salientar que a

turbina Michell-Banki foi reformada antes dos ensaios, estando em boas condições

durante estes.

159

7.2 BENEFÍCIOS ECONÔMICOS DA TECNOLOGIA

7.2.1 CUSTO ÍNDICE DE GRUPOS BFT/MIG

Com base no exposto na seção 6.2.1, foram obtidas várias relações de custo

de BFTs e MIGs. Pretende-se que tais relações possam ser utilizadas no momento

dos estudos de viabilidade e projeto básico de MCHs. Além disso, tais relações

permitem aferir o impacto da tecnologia BFT/MIG sobre os custos de MCHs. As

relações são expressas pelos gráficos a seguir:

Custo de BFTs em Função da Potência Hidráulica Líquida

-

5.000,00

10.000,00

15.000,00

20.000,00

25.000,00

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00 160,00 180,00 200,00

Potência Hidráulica Líquida [kW]

Custo [R$]

FIGURA 88 - Custo de BFTs em função da potência hidráulica líquida

160

Custo de BFTs em Função da Potência de Eixo Fornecida

-

5.000,00

10.000,00

15.000,00

20.000,00

25.000,00

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00

Potência de Eixo Fornecida [kW]

Custo [R$]

FIGURA 89 - Custo de BFTs em função da potência de eixo fornecida

Percebe-se não haver uma correlação bem definida entre os custos de BFTs

e as potências hidráulica líquida e de eixo fornecidas. A explicação para esse fato

reside na grande influência que a altura de elevação (no caso, queda líquida) exerce

sobre o custo de bombas centrífugas, para uma mesma potência. Para se obter a

correlação desejada, realizaram-se regressões por faixa de queda:

161

Custo de BFTs em Função da Potência Hidráulica Líquida

Queda líquida entre 10 e 30 m

C = -0,0018.P

4

+ 0,2781.P

3

- 12,589.P

2

+ 260,57.P + 278,64

R

2

= 0,8994

-

1.000,00

2.000,00

3.000,00

4.000,00

5.000,00

6.000,00

7.000,00

8.000,00

9.000,00

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00

Potência Hidráulica Líquida [kW]

Custo [R$]

10 a 30 m Polinômio (10 a 30 m)

FIGURA 90 - Custo de BFTs em função da potência hidráulica líquida (queda líquida entre 10 e 30 m)

Custo de BFTs em Função da Potência Hidráulica Líquida

Queda líquida entre 30 e 50 m

-

5.000,00

10.000,00

15.000,00

20.000,00

25.000,00

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00 160,00 180,00

Potência Hidráulica Líquida [kW]

Custo [R$]

30 a 50 m

FIGURA 91 - Custo de BFTs em função da potência hidráulica líquida (queda líquida entre 30 e 50 m)

162

Percebe-se na figura 91 uma clara mudança de tendência de custos para

potências hidráulicas líquidas superiores a 100 kW. Analisando-se as duas faixas

separadamente, obtêm-se as seguintes relações:

Custo de BFTs em Função da Potência Hidráulica Líquida

Queda líquida entre 30 e 50 m

C = 0,0056.P

3

- 1,6851.P

2

+ 153,83.P - 622,13

R

2

= 0,931

C = 21.837,00

-

5.000,00

10.000,00

15.000,00

20.000,00

25.000,00

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00 160,00 180,00

Potência Hidráulica Líquida [kW]

Custo [R$]

0 a 100 kW > 100 kW Polinômio (0 a 100 kW) Linear (> 100 kW)

FIGURA 92 - Custo de BFTs em função da potência hidráulica líquida (queda líquida entre 30 e 50 m)

A constância dos custos para potências hidráulicas líquidas superiores a 100

kW se deve ao fato de um mesmo modelo de BFT atender aos pontos avaliados

nessa faixa.

163

Custo de BFTs em Função da Potência Hidráulica Líquida

Queda líquida entre 50 e 70 m

C = 0,0011.P

4

- 0,2342.P

3

+ 16,054.P

2

- 389,95.P + 3946,8

R

2

= 0,9872

-

5.000,00

10.000,00

15.000,00

20.000,00

25.000,00

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00

Potência Hidráulica Líquida [kW]

Custo [R$]

50 a 70 m Polinômio (50 a 70 m)

FIGURA 93 - Custo de BFTs em função da potência hidráulica líquida (queda líquida entre 50 e 70 m)

Custo de BFTs em Função da Potência Hidráulica Líquida

Queda líquida entre 70 e 100 m

C = -0,0616.P

2

+ 16,057.P + 1035,6

R

2

= 0,6214

-

500,00

1.000,00

1.500,00

2.000,00

2.500,00

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00 160,00

Potência Hidráulica Líquida [kW]

Custo [R$]

70 a 100 m Polinômio (70 a 100 m)

FIGURA 94 - Custo de BFTs em função da potência hidráulica líquida (queda líquida entre 70 e 100

m)

164

Custo de BFTs em Função da Potência de Eixo Fornecida

Queda líquida entre 10 e 30 m

C = -0,0084.P

4

+ 0,9321.P

3

- 31,343.P

2

+ 438,13.P + 93,927

R

2

= 0,8545

-

1.000,00

2.000,00

3.000,00

4.000,00

5.000,00

6.000,00

7.000,00

8.000,00

9.000,00

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00

Potência de Eixo Fornecida [kW]

Custo [R$]

10 a 30 m Polinômio (10 a 30 m)

FIGURA 95 - Custo de BFTs em função da potência de eixo fornecida (queda líquida entre 10 e 30 m)

Custo de BFTs em Função da Potência de Eixo Fornecida

Queda líquida entre 30 e 50 m

C = 0,0104.P

3

- 2,4349.P

2

+ 177,02.P - 328,63

R

2

= 0,9546

C = 21.837,00

-

5.000,00

10.000,00

15.000,00

20.000,00

25.000,00

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00

Potência de Eixo Fornecida [kW]

Custo [R$]

0 a 100 kW > 100 kW Polinômio (0 a 100 kW) Linear (> 100 kW)

FIGURA 96 - Custo de BFTs em função da potência de eixo fornecida (queda líquida entre 30 e 50 m)

165

Custo de BFTs em Função da Potência de Eixo Fornecida

Queda líquida entre 50 e 70 m

C = -0,00003.P

4

+ 0,02243.P

3

- 2,44916.P

2

+ 105,52460.P + 224,41834

R

2

= 0,66061

-

500,00

1.000,00

1.500,00

2.000,00

2.500,00

3.000,00

3.500,00

4.000,00

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00

Potência de Eixo Fornecida [kW]

Custo [R$]

50 a 70 m Polinômio (50 a 70 m)

FIGURA 97 - Custo de BFTs em função da potência de eixo fornecida (queda líquida entre 50 e 70 m)

Custo de BFTs em Função da Potência de Eixo Fornecida

Queda líquida entre 70 e 100 m

C = -0,0002.P

4

+ 0,0556.P

3

- 4,3442.P

2

+ 144,48.P - 59,518

R

2

= 0,6921

-

500,00

1.000,00

1.500,00

2.000,00

2.500,00

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00

Potência de Eixo Fornecida [kW]

Custo [R$]

70 a 100 m Polinômio (70 a 100 m)

FIGURA 98 - Custo de BFTs em função da potência de eixo fornecida (queda líquida entre 70 e 100

m)

166

Os gráficos Custo = f(Potência Hidráulica Líquida) são úteis numa pré-análise

de custos. De posse dos dois parâmetros básicos de qualquer aproveitamento

hidrelétrico, queda líquida e vazão de projeto, pode-se, através dos gráficos, estimar

o custo da BFT aplicável. Já as relações Custo = f(Potência de Eixo Fornecida)

permitem analisar os custos da BFT juntamente ao do MIG ou gerador convencional

ao qual ela será acoplada, bem como a valoração de bombas funcionando como

motor hidráulico (para geração de energia mecânica).

A seguir, são apresentados os gráficos que exprimem os custos índice de

BFTs, em função da queda líquida:

Custo Índice de BFTs em Função da Queda Líquida

De 10 a 20 m

CI = -84,076.H

L

+ 1924,7

R

2

= 1

CI = 5,0068.H

L

2

- 216,99.H

L

+ 2500,5

R

2

= 1

CI = 4,5268.H

L

2

- 182,09,H

L

+ 1945,3

R

2

= 1

-

200,00

400,00

600,00

800,00

1.000,00

1.200,00

10 12 14 16 18 20

Queda Líquida [m]

Custo índice [R$/kW instalado]

Custo índice mínimo Custo índice médio Custo índice máximo

FIGURA 99 - Custo índice de BFTs em função da queda líquida (de 10 a 20 m)

167

Custo Índice de BFTs em Função da Queda Líquida

De 20 a 100 m

CI = 0,0021.H

L

3

- 0,3993.H

L

2

+ 20,319.H

L

- 24,768

R

2

= 0,9082

CI = 0,0006.H

L

3

- 0,1033.H

L

2

+ 3,1895.H

L

+ 137,93

R

2

= 0,9671

CI = -0,0005.H

L

3

+ 0,1092.H

L

2

- 8,4305.H

L

+ 249,11

R

2

= 0,9705

-

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

400,00

0 20 40 60 80 100 120

Queda Líquida [m]

Custo índice [R$/kW instalado]

Custo índice mínimo Custo índice médio Custo índice máximo

FIGURA 100 - Custo índice de BFTs em função da queda líquida (de 20 a 100 m)

Os custos de MIGs são apresentados nas figuras 101 e 102:

Custo de MIGs em Função da Potência Nominal

Trifásicos, 60 Hz, 2 e 4 pólos

C = -0,0026.P

3

+ 0,4616x

2

+ 106,11x + 239,6

R

2

= 0,9652

-

2.000,00

4.000,00

6.000,00

8.000,00

10.000,00

12.000,00

14.000,00

16.000,00

18.000,00

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00

Potência Nominal do Motor [kW]

Custo [R$]

FIGURA 101 - Custo de MIGs em função da potência nominal

168

Custo de MIGs em Função da Potência Elétrica Gerada Trifásicos, 60

Hz, 2 e 4 polos

C = 127,27.P + 198,35

R

2

= 0,976

-

2.000,00

4.000,00

6.000,00

8.000,00

10.000,00

12.000,00

14.000,00

0 20 40 60 80 100 120

Potência Elétrica Gerada [kW]

Custo [R$]

FIGURA 102 - Custo de MIGs em função da potência elétrica gerada

A correlação Custo = f(Potência Nominal) permite a cotação do MIG de posse

da potência de eixo fornecida pela BFT. As figuras 101 e 102 demonstram que os

custos de MIGs apresentam uma relação bem definida tanto com sua potência

nominal quanto com a potência elétrica gerada.

De posse dos dados fornecidos pelos fabricantes, pôde-se determinar as

curvas com os custos índices de grupos geradores BFT/MIG. Os gráficos,

apresentados abaixo, foram divididos em faixas de 10 a 20 m, e de 20 a 100 m, para

que as regressões realizadas apresentassem melhor coeficiente de determinação

(R²)

34

. Buscando manter a validade dos dados para futuras consultas, são

apresentados também os valores em dólar, para cotação de R$ 2,063 / US$, em

34

O coeficiente de determinação “[...] deve ser interpretado como a proporção da variação total da variável dependente y que é

explicada pela variação da variável independente x.” (LAPPONI, 2000). O R², igual ao quadrado do coeficiente de correlação,

expressa a qualidade do ajuste de uma função de regressão. Quanto mais próximo a 1, melhor o ajuste.

169

27/03/2007.

Custo Índice de Grupos Geradores BFT/MIG em Função da Queda

Líquida - Entre 10 e 20 m

CI = 0,9673.H

L

2

- 125,4.H

L

+ 2517,8

R

2

= 1

CI = 6,0001.H

L

2

- 259.H

L

+ 3053,3

R

2

= 1

CI = 5,7548.H

L

2

- 228,37.H

L

+ 2474,5

R

2

= 1

-

200,00

400,00

600,00

800,00

1.000,00

1.200,00

1.400,00

1.600,00

5 10 15 20 25

Queda Líquida [m]

Custo índice [R$/kW instalado]

Custo índice mínimo Custo índice médio Custo índice máximo

FIGURA 103 - Custo índice de grupos geradores BFT/MIG em função da queda líquida (entre 10 e 20

m)

Custo Índice de Grupos Geradores BFT/MIG em Função da Queda

Líquida - Entre 20 e 100 m

CI = 480,91e

-0,0075.H

L

R

2

= 0,8696

CI = 331,59e

-0,007.H

L

R

2

= 0,6025

CI = -44,481Ln(H

L

) + 323,94

R

2

= 0,6337

-

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

400,00

450,00

0 20 40 60 80 100 120

Queda Líquida [m]

Custo índice [R$/kW instalado]

Custo índice mínimo Custo índice médio Custo índice máximo

FIGURA 104 - Custo índice de grupos geradores BFT/MIG em função da queda líquida (entre 20 e

100 m)

170

Custo Índice de Grupos Geradores BFT/MIG em Função da Queda

Líquida - Dólares - Entre 10 e 20 m

CI = 0,4689.HL

2

- 60,785.HL + 1220,5

R

2

= 1

CI = 2,9084.HL

2

- 125,54.HL + 1480,1

R

2

= 1

CI = 2,7895.HL

2

- 110,7.HL + 1199,5

R

2

= 1

-

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

700,00

5 10 15 20 25

Queda Líquida [m]

Custo índice [US$/kW instalado]

Custo índice mínimo Custo índice médio Custo índice máximo

FIGURA 105 - Custo índice de grupos geradores BFT/MIG em função da queda líquida - Dólares

(entre 10 e 20 m)

Custo Índice de Grupos Geradores BFT/MIG em Função da Queda

Líquida - Dólares - Entre 20 e 100 m

CI = 233,11e

-0,0075.H

L

R

2

= 0,8696

CI = 160,73e

-0,007.H

L

R

2

= 0,6025

CI = -21,561Ln(HL) + 157,02

R

2

= 0,6337

-

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

0 20 40 60 80 100 120

Queda Líquida [m]

Custo índice [US$/kW instalado]

Custo índice mínimo Custo índice médio Custo índice máximo

FIGURA 106 - Custo índice de grupos geradores BFT/MIG em função da queda líquida - Dólares

(entre 20 e 100 m)

171

Custo Índice de Turbinas Hidráulicas em Função da Queda Líquida

De 5 a 40 m

CI = -0,1502.H

L

3

+ 11,894.H

L

2

- 283,04.H

L

+ 3019,6

R

2

= 0,9412

CI = -0,0992.H

L

3

+ 8,5726.H

L

2

- 229,43.H

L

+ 2559,1

R

2

= 0,9949

CI = 2635H

L

-0,5834

R

2

= 0,7789

-

200,00

400,00

600,00

800,00

1.000,00

1.200,00

1.400,00

1.600,00

1.800,00

2.000,00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Queda Líquida [m]

Custo Índice [R$/kW instalado]

Custo índice mínimo Custo índice médio Custo índice máximo

FIGURA 107 - Custo índice de turbinas hidráulicas em função da queda líquida (de 5 a 40 m)

Custo Índice de Grupos Geradores Convencionais em Função da

Queda Líquida - De 5 a 40 m

CI = -0,2123.H

L

3

+ 17,348.H

L

2

- 417,69.H

L

+ 4629,6

R

2

= 0,7833

CI = -0,1148.H

L

3

+ 10,303.H

L

2

- 281,52.H

L

+ 3547,3

R

2

= 0,9919

CI = -0,1412.H

L

3

+ 11,485.H

L

2

- 294,67.H

L

+ 3212,2

R

2

= 0,9061

-

500,00

1.000,00

1.500,00

2.000,00

2.500,00

3.000,00

3.500,00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Queda Líquida [m]

Custo Índice [R$/kW instalado]

Custo índice mínimo Custo índice médio Custo índice máximo

FIGURA 108 - Custo índice de grupos geradores convencionais em função da queda líquida (de 5 a

40 m)

172

Custo Índice de Grupos Geradores Convencionais em Função da

Queda Líquida - Dólares - De 5 a 40 m

CI = -0,1029.H

L

3

+ 8,4091.H

L

2

- 202,47.H

L

+ 2244,1

R

2

= 0,7833

CI = -0,0557.H

L

3

+ 4,9943.H

L

2

- 136,46.H

L

+ 1719,5

R

2

= 0,9919

CI = -0,0684.H

L

3

+ 5,567.H

L

2

- 142,83.H

L

+ 1557,1

R

2

= 0,9061

-

200,00

400,00

600,00

800,00

1.000,00

1.200,00

1.400,00

1.600,00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Queda Líquida [m]

Custo Índice [R$/kW instalado]

Custo índice mínimo Custo índice médio Custo índice máximo

FIGURA 109 - Custo índice de grupos geradores convencionais em função da queda líquida - Dólares

(de 5 a 40 m)

7.2.2 IMPACTO DA TECNOLOGIA BFT/MIG SOBRE O CUSTO DE GRUPOS

GERADORES

Com base nas curvas de custo expressas na seção 7.2.1, é possível aferir os

benefícios econômicos que grupos BFT/MIG proporcionam em relação a grupos

geradores convencionais.

As figuras 110 e 111 comparam os custos índices médios de BFTs e turbinas

Michell-Banki e Pelton:

173

Custo Índice Médio de BFTs e Turbinas Michell-Banki e Pelton

-

200,00

400,00

600,00

800,00

1.000,00

1.200,00

5 10 15 20 25 30 35 40 45

Queda Líquida [m]

Custo Índice [R$/ kw instalado]

BFT Turbinas Michell-Banki e Pelton

FIGURA 110 - Custo índice médio de BFTs e turbinas Michell-Banki e Pelton

Custo Índice Médio de BFTs em Relação ao de Turbinas Michell-

Banki e Pelton

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

5 10 15 20 25 30 35 40 45

Queda Líquida [m]

Custo Índice de BFTs em Relação ao de

Turbinas [%]

FIGURA 111 - Custo índice médio de BFTs em relação ao de turbinas Michell-Banki e Pelton

174

Os custos índice médios de BFTs apresentados nas figuras 110 e 111 não

incluem o custo de volantes de inércia e tubos de sucção, sendo que estes

representam um acréscimo médio de 20 %

35

no custo da BFT. Considerando-se

esse acréscimo, tem-se:

Custo Índice Médio de BFTs (considerando volante de inércia e tubo

de sucção) e Turbinas Michell-Banki e Pelton

-

200,00

400,00

600,00

800,00

1.000,00

1.200,00

5 10 15 20 25 30 35 40 45

Queda Líquida [m]

Custo Índice [R$/ kw instalado]

BFT Turbinas Michell-Banki e Pelton

FIGURA 112 - Custo índice médio de BFTs (considerando volante de inércia e tubo de sucção) e

turbinas Michell-Banki e Pelton

35

Valor médio adotado para simplificação dos cálculos, devido à sua variabilidade em função da potência gerada, definido a

partir de informações verbais.

175

Custo Índice Médio de BFTs (considerando volante de inércia e tubo

de sucção) em Relação ao de Turbinas Michell-Banki e Pelton

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

5 10 15 20 25 30 35 40 45

Queda Líquida [m]

Custo Índice de BFTs em Relação ao de

Turbinas [%]

FIGURA 113 - Custo índice médio de BFTs (considerando volante de inércia e tubo de sucção) em

relação ao de turbinas Michell-Banki e Pelton

Da figura 113, percebe-se que, para quedas inferiores a 10 metros, BFTs

apresentam custos similares ao de grupos convencionais.

Quando analisados os custos para quedas líquidas de 20 a 40 m, tem se um

cenário totalmente diferente. Nessa faixa, as BFTs são de 3 a 5 vezes mais baratas

que turbinas Michell-Banki e convencionais (Pelton).

O custo médio da BFT por quilowatt instalado (na faixa considerada) é da

ordem de R$ 200,00 (US$ 96,94

36

), enquanto o de turbinas Michell-Banki e Pelton

varia de R$ 600,00 (US$ 290,83) a quase R$ 800,00 (US$ 387,78).

Em relação aos MIGs, o excelente ajuste linear que os custos deste

equipamento apresentam em relação à potência elétrica gerada, permitem concluir

que seu custo índice é da ordem de R$ 133,00 / kW instalado (US$ 64,47). Para a

36

Cotação do dólar em 27/03/2007: R$ 2,063.

176

comparação com os custos de geradores convencionais, deve-se acrescentar aos

preços do MIG o valor dos reguladores de velocidade e painel elétrico (incluídos na

cotação dos geradores), além do banco de capacitores necessário à partida deste.

Considerando que estes acessórios incrementam cerca de 15 %

37

o valor de

geradores, tem-se que o custo índice do MIG atingiria um valor da ordem de R$

153,00 (US$ 74,20). Subtraindo-se o custo índice médio de turbinas (figura 107), do

custo índice médio dos grupos geradores convencionais (figura 108), tem-se o custo

índice médio dos geradores de R$ 578,24 (US$ 280,30). Percebe-se que os MIGs

são, em média, 3,5 vezes mais baratos que geradores convencionais.

Finalmente, deve-se comparar o custo índice de grupos geradores BFT/MIG e

convencionais. Para tanto, deve-se somar aos custos dos grupos BFT/MIG os já

citados custos com tubo de sucção, volante de inércia, painel elétrico e regulador de

velocidade. Considerando o custo da BFT 60% do custo total do grupo, acrescenta-

se ao seu custo 20 % (volante de inércia e tubo de sucção), e 15 % ao custo do

MIG. Ponderando-se esses valores, deve-se acrescentar aos custos médios dos

grupos BFT/MIG (figura 104) 18 % do total. Com isso, tem-se a seguinte

comparação:

37

Valor médio adotado para simplificação dos cálculos, devido à sua variabilidade em função da potência gerada, definido a

partir de informações verbais.

177

Custo Índice Médio de Grupos BFT/MIG e Grupos Geradores

Convencionais

-

200,00

400,00

600,00

800,00

1.000,00

1.200,00

1.400,00

1.600,00

1.800,00

5 10 15 20 25 30 35 40 45

Queda Líquida [m]

Custo Índice [R$/ kw instalado]

BFT/MIG Grupos Convencionais

FIGURA 114 - Custo índice médio de grupos geradores BFT/MIG e grupos geradores convencionais

Custo Índice Médio de Grupos BFT/MIG em Relação a Grupos

Convencionais

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

5 10 15 20 25 30 35 40 45

Queda Líquida [m]

Custo Índice de Grupos BFT/MIG em

Relação ao de Grupos Convencionais [%]

FIGURA 115 - Custo índice médio de grupos BFT/MIG em relação a grupos convencionais

178

Da figura 115, percebe-se que, para quedas inferiores a 10 metros, os grupos

BFT/MIG apresentam custos índice médios cerca de 25 % inferiores aos de grupos

convencionais.

Considerando quedas líquidas de 20 a 40 m, grupos BFT/MIG são de 3 a 5

vezes mais baratos que grupos geradores com turbina Michell-Banki e

convencionais.

O custo por quilowatt instalado do grupo gerador BFT/MIG (para quedas entre

20 e 40 m) é da ordem de R$ 320,00 (US$ 155,00

38

), enquanto o de grupos com

Michell-Banki e convencionais varia de R$ 1.100,00 (US$ 533,20) a R$ 1.400,00

(US$ 678,62).

7.2.3 CUSTO ÍNDICE DE MCHS UTILIZANDO BFTS/MIGS

Da tabela 14 (apêndice G), obtém-se os custos índice, em dólar, de MCHs

utilizando grupos geradores com turbina Michell-Banki e Pelton e BFTs/MIG, para

quedas líquidas inferiores a 40 m, conforme figuras 116 e 117:

38

Cotação do dólar em 27/03/2007: R$ 2,063.

179

Custo Índice de Microcentrais Hidrelétricas (Grupo gerador

convencional - turbinas Michell-Banki) - Dólares

CI = -0,506.H

L

2

+ 29,998x + 934,34

R

2

= 1

-

500,00

1.000,00

1.500,00

2.000,00

2.500,00

3.000,00

15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00

Queda líquida [m]

Custo índice [US$ / kW instalado]

Mínimo Médio Máximo

FIGURA 116 - Custo índice de microcentrais hidrelétricas com turbinas Michell-Banki e convencionais

– Dólares

Custo Índice de Microcentrais Hidrelétricas

(Grupo gerador BFT/MIG) - Dólares

CI = -0,6343.H

L

2

+ 29,059x + 595,44

R

2

= 1

-

500,00

1.000,00

1.500,00

2.000,00

2.500,00

15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00

Queda líquida [m]

Custo índice [US$ / kW instalado]

Mínimo Médio Máximo

FIGURA 117 - Custo índice de microcentrais hidrelétricas (grupo gerador BFT/MIG) - Dólares

180

Uma análise dos gráficos demonstra que os custos índice médios de MCHs,

na faixa de quedas consideradas, permanece praticamente constante. Para centrais

utilizando grupos geradores com turbina Michell-Banki e convencionais, o custo

índice médio é de US$ 1.347,11 (R$ 2.740,01

39

), enquanto a utilização de grupos

BFT/MIG reduziu o custo índice médio para US$ 864,18 (R$ 1.757,73).

7.2.4 IMPACTO DA TECNOLOGIA BFT/MIG SOBRE O CUSTO DE MCHS

A figura 118 compara os custos índices médios de MCHs utilizando grupos

geradores convencionais e BFT/MIG, enquanto a figura 119 ilustra a proporção entre

tais custos:

Custo Índice Médio de Microcentrais Hidrelétricas

R$ 1.500,00

R$ 1.700,00

R$ 1.900,00

R$ 2.100,00

R$ 2.300,00

R$ 2.500,00

R$ 2.700,00

R$ 2.900,00

15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00

Queda líquida [m]

Custo índice [R$ / kW instalado]

Convencional (Michell-Banki) BFT/MIG

FIGURA 118 - Custo índice médio de microcentrais hidrelétricas

39

Cotação do dólar em 24/04/2007: R$ 2,034

181

Custo Índice Médio de Microcentrais Hidrelétricas utilizando grupos

BFT/MIG em relação a grupos convencionais (turbina Michell-Banki)

40%

50%

60%

70%

80%

15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00

Queda líquida [m]

Custo índice médio de MCHs utilizando

BFT/MIG em relação a grupos

convencionais [%]

FIGURA 119 - Custo índice médio de microcentrais hidrelétricas utilizando grupos BFT/MIG em

relação a grupos convencionais (turbina Michell-Banki)

Dos gráficos acima, pode-se notar que a utilização de grupos BFT/MIG em

MCHs, nas condições simuladas (seção 6.2.2) representa uma economia média de

36% em relação às mesmas centrais utilizando grupos geradores convencionais.

182

8 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

O estudo de BFTs e MIGs desenvolvido ao longo do trabalho teve dois

objetivos básicos: avaliar o comportamento desses equipamentos em uma situação

real complementando, principalmente, os estudos laboratoriais desenvolvidos por

Viana (1987), e quantificar suas vantagens econômicas em relação a grupos

geradores convencionais, voltados às microcentrais hidrelétricas.

Os resultados dos ensaios no grupo BFT/MIG permitiram concluir que sua

utilização é, sim, viável. Salienta-se também que tal viabilidade só é obtida mediante

a aplicação correta das metodologias de seleção. Quanto a estas, no caso

específico da metodologia utilizada (Chapallaz), o comportamento real do grupo

BFT/MIG foi um pouco inferior ao desempenho esperado. O rendimento máximo

atingido pelo grupo BFT/MIG foi de 67,8 %, enquanto o rendimento esperado era de

72,8 %. Atribui-se essa variação de aproximadamente 5 % a alguns fatores:

• Incerteza inerente aos métodos de seleção, uma vez que alguns de seus

parâmetros são interpolados. Além disso, os métodos foram desenvolvidos a

partir de diferentes modelos de bombas e motores, que possuem diferenças

construtivas;

• Limitações durante o ensaio, que impediram atingir o ponto nominal de

funcionamento.

Deve-se, portanto, durante o processo de seleção de BFTs e MIGs,

considerar tais variações, de forma que os equipamentos e componentes da

microcentral as tolerem, e que a potência gerada atenda às demandas existentes.

183

Por se tratarem de máquinas diferentes, a comparação entre os ensaios do

grupo BFT/MIG com o grupo utilizando turbina Michell-Banki se limitou aos

rendimentos. O rendimento máximo atingido pelo grupo BFT/MIG foi

aproximadamente 15 % superior ao do grupo com Michell-Banki. Este, porém,

apresentou menor sensibilidade à variação da vazão turbinada, comportamento

esperado para esse tipo de turbina de ação. Dessa forma, a BFT pode ser

considerada ideal para o atendimento a cargas constantes, funcionando no seu

ponto de projeto; para locais onde há grande variação de cargas, turbinas Michell-

Banki e convencionais podem ser tecnicamente mais indicadas.

A regulação de vazão em BFTs se mostrou o principal ponto passível de

aperfeiçoamentos, para que esses equipamentos possam atuar de forma mais

adequada na geração de energia.

Quanto às vantagens econômicas de BFTs e MIGs em relação a turbinas e

geradores com turbina Michell-Banki e convencionais, conclui-se que esta é

significativa. O custo médio de BFTs por kW instalado é da ordem de R$ 200,00,

enquanto o de turbinas Michell-Banki e Pelton varia de R$ 600,00 a R$ 800,00. Já o

custo de MIGs por kW instalado é de 153,00, sendo o custo de geradores

convencionais de R$ 578,24.

Percebeu-se uma grande influência da altura de queda sobre os benefícios

econômicos de grupos BFT/MIG: quanto maior a queda, mais baratos são estes em

relação aos grupos convencionais. Para quedas inferiores a 10 metros, o benefício é

pequeno, podendo, em determinadas condições, inexistir, Para quedas acima de 10

metros, caso mais comum em MCHs, os benefícios podem variar de 20% a 80%, ou

seja, um grupo BFT/MIG pode ser até 5 vezes mais barato que um grupo

convencional. Quanto aos custos de MCHs, a aplicação de BFTs e MIGs pode

184

reduzir os custos de implantação em cerca de 36%. De acordo com as condições e

metodologias utilizadas para a simulação dos custos, o custo do kW instalado em

uma MCH utilizando grupos geradores convencionais é da ordem de US$ 1.350,00.

Ao se utilizar um grupo BFT/MIG, esse valor cai para aproximadamente US$ 870,00.

8.1 SUGESTÕES E FUTUROS ESTUDOS

A principal recomendação do trabalho é dirigida aos fabricantes de bombas e

motores de indução, sugerindo que estes realizem ensaios e forneçam curvas de

seus equipamentos funcionando em reverso, como turbinas e geradores,

respectivamente, como ocorreu no caso da Worthington abordado anteriormente.

Essa medida dirimiria as incertezas dos métodos de seleção, permitindo que BFTs e

MIGs fossem escolhidos de forma simples e confiável, o que representaria um

grande incentivo à sua utilização para a geração de energia. Além disso, os

fabricantes estariam expandindo seu mercado de atuação.

Outro ponto que deve ser considerado e estudado é o desenvolvimento de

sistemas de controle de vazão para BFTs, permitindo que estas atendam a

diferentes cargas sem a necessidade de dissipação de parte da energia para se

manter a freqüência constante.

Outros assuntos que podem ser futuramente foco de estudos sobre BFTs e

MIGs são a análise da vida útil desses equipamentos quando operando em reverso,

avaliação da alteração dos esforços mecânicos em seus componentes (eixo, voluta,

mancais, etc), e adaptações que possam aumentar o rendimento de bombas e

motores quando utilizados para a geração de energia. Uma ferramenta que pode ser

utilizada com êxito no aperfeiçoamento e simulação de BFTs é a dinâmica de fluidos

185

computacional, conhecida pela sigla CDF.

De acordo com o exposto na seção 4, os choques do escoamento

ocasionados pela inversão do fluxo em BFTs são uma das principais causas da

queda do rendimento em comparação ao funcionamento como bomba. Os efeitos

desses choques podem ser minimizados através do abaulamento das pás do rotor

(CHAPALLAZ et al., 1992b), conforme figura abaixo:

FIGURA 120 - Abaulamento das pás da BFT

A realização de ensaios de cavitação para a determinação de coeficientes

específicos para BFTs também se mostra oportuna, uma vez que sua altura máxima

de sucção é atualmente calculada através de equações elaboradas para turbinas

Francis.

Os estudos sobre custos realizados no trabalho podem ser futuramente

refinados, a partir de um maior detalhamento da pesquisa de preços, do aumento da

quantidade de fabricantes de equipamentos consultados (conforme já mencionado,

vários foram consultados, porém, poucos responderam às solicitações), da inclusão

mais precisa de custos de acessórios (tubos de sucção, volantes de inércia, etc), e

186

da obtenção de custos reais de implantação de MCHs.

187

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202

APÊNDICES

203

APÊNDICE A – Ensaios em BFTs Worthington

TABELA 9 - Ensaios em BFTs Worthington

Bomba BFT Coeficientes

Modelo

n [rpm]

Rendimento [%]

Vazão [m³/s]

Altura [m]

n [rpm]

Rendimento [%]

Vazão [m³/s]

Queda [m]

n

qa

BFT [1]

k

a

k

q

12MNT14A

1150 81% 0,315 15,24 1210 78% 0,42 21,95 233,85 0,69 0,74

12MNT19C

1150 81% 0,303 23,16 1210 75% 0,41 33,53 167,89 0,69 0,73

12MNT24C

1150 85% 0,546 59,13 1210 82% 0,79 79,25 121,97 0,75 0,69

12MNT24D

1150 86% 0,549 53,64 1210 80% 0,79 78,03 123,39 0,69 0,69

14MNT16A

1150 87% 0,442 21,03 1210 78% 0,68 26,21 258,90 0,80 0,65

14MNT24A

875 86% 0,517 31,70 910 80% 0,74 39,62 148,65 0,80 0,70

14MNT24B

875 84% 0,543 29,26 910 76% 0,74 39,62 149,37 0,74 0,73

16MNT19A

875 84% 0,410 17,68 910 82% 0,70 23,77 212,96 0,74 0,58

16MNT19D

875 85% 0,467 18,90 910 83% 0,79 23,16 230,74 0,82 0,59

16MNT25A

875 88% 0,694 35,36 910 78% 0,93 43,89 155,11 0,81 0,74

16MNT25B

875 88% 0,719 33,53 910 82% 1,02 42,67 165,46 0,79 0,71

16MNT33A

875 87% 1,047 62,18 910 80% 1,49 88,39 115,73 0,70 0,70

20MNT24A

705 86% 0,801 20,73 727 80% 1,16 26,82 199,84 0,77 0,69

20MNT24B

705 87% 0,820 19,45 727 79% 1,10 26,21 198,29 0,74 0,74

20MNT30B

705 85% 0,852 23,62 727 80% 1,27 39,62 156,24 0,60 0,67

20MNT39B

705 88% 1,561 58,52 727 82% 2,21 76,20 125,96 0,77 0,71

20MNT39C

705 86% 1,224 51,82 727 80% 1,70 70,10 117,60 0,74 0,72

24MNT28B

705 87% 1,438 24,99 606 82% 1,78 21,64 242,55 1,15 0,81

24MNT33A

705 88% 1,546 32,92 606 82% 1,91 31,09 191,33 1,06 0,81

24MNT47A

585 88% 2,524 57,91 606 82% 3,40 82,30 122,93 0,70 0,74

24MNT47B

585 87% 2,069 56,69 606 82% 3,11 92,66 107,68 0,61 0,66

30MNT33B

585 90% 1,867 17,98 606 80% 2,83 24,69 276,83 0,73 0,66

30MNT43A

505 90% 2,965 33,53 520 82% 4,25 45,72 183,27 0,73 0,70

30MNT43B

505 90% 2,574 27,43 520 84% 3,68 37,49 197,99 0,73 0,70

36MNT40B

440 90% 2,372 17,07 520 82% 3,68 22,25 292,81 0,77 0,64

204

Bomba BFT Coeficientes

Modelo

n [rpm]

Rendimento [%]

Vazão [m³/s]

Altura [m]

n [rpm]

Rendimento [%]

Vazão [m³/s]

Queda [m]

n

qa

BFT [1]

k

a

k

q

6LNT18D 1775 84% 0,146 88,39 1815 76% 0,21 112,78 72,67 0,78 0,69

6LNT18A 1775 83% 0,151 88,39 1815 76% 0,21 134,11 63,82 0,66 0,71

8LNT21E 1775 81% 0,297 143,26 1815 74% 0,42 214,88 63,37 0,67 0,70

8LNT18A 1775 87% 0,246 91,44 1815 82% 0,34 115,82 90,10 0,79 0,72

8LNT21D 1775 84% 0,256 140,21 1815 76% 0,38 208,79 60,86 0,67 0,68

10LNT18A 1775 88% 0,410 89,15 1815 82% 0,62 112,78 123,76 0,79 0,67

10LNT22A 1775 87% 0,467 138,68 1815 80% 0,65 188,98 86,41 0,73 0,72

12LNT17A 1175 89% 0,416 34,14 1210 78% 0,57 45,72 155,72 0,75 0,74

12LNT14A 1775 87% 0,379 45,72 1815 82% 0,54 66,29 172,29 0,69 0,70

12LNT17B 1775 89% 0,555 74,68 1815 83% 0,81 108,97 146,00 0,69 0,68

12LN21A 1180 89% 0,511 54,86 1210 82% 0,70 76,81 117,51 0,71 0,73

12LN21B 1180 90% 0,429 57,91 1210 82% 0,62 76,81 110,68 0,75 0,69

14LNT17A 1180 91% 0,505 36,58 1210 84% 0,77 45,11 183,43 0,81 0,66

14LNT20B 1180 88% 0,530 46,33 1210 86% 0,87 70,10 140,24 0,66 0,61

16LNT23C

1180 90% 0,959 65,84 1210 84% 1,53 105,16 137,00 0,63 0,63

16LNT28A 1180 88% 1,161 96,32 1210 83% 1,63 143,26 112,11 0,67 0,71

16LNT35E 1180 89% 1,098 135,64 1210 83% 1,56 185,93 90,17 0,73 0,70

20LNT28B 885 88% 1,388 52,43 910 82% 1,98 74,68 151,64 0,70 0,70

20LNT28C

885 88% 1,262 56,39 910 84% 2,12 80,01 149,05 0,70 0,59

30LNT41B 590 91% 3,281 57,15 605 84% 4,13 73,15 147,87 0,78 0,79

30LNT41C

590 90% 2,587 51,82 605 85% 3,85 73,15 142,72 0,71 0,67

Fonte: adaptado de WORTHINGTON, 1982

205

APÊNDICE B – Seleção de BFTs para simulação de custos

Método de Viana

TABELA 10 - Seleção de BFTs para simulação – Método de Viana

H

L

[m]

Q

t

[m³/s]

n

qa

[1] n [rps] n [rpm] k

a

[1] k

q

[1] H

b

[m] Q

b

[m³/s] n

nb

[rpm] H

bc

[m] Q

bc

[m³/s]

10 0,025 152,17 30 1800 0,588 0,711 5,88 0,018 1750 5,56 0,02

15 0,025 112,27 30 1800 0,522 0,800 7,84 0,020 1750 7,41 0,02

15 0,05 158,78 30 1800 0,608 0,688 9,11 0,034 1750 8,61 0,03

20 0,025 180,97 60 3600 0,690 0,606 13,79 0,015 3500 13,04 0,01

20 0,05 127,96 30 1800 0,537 0,776 10,73 0,039 1750 10,14 0,04

20 0,1 180,97 30 1800 0,690 0,606 13,79 0,061 1750 13,04 0,06

25 0,025 153,08 60 3600 0,591 0,708 14,77 0,018 3500 13,96 0,02

25 0,05 108,24 30 1800 0,523 0,804 13,07 0,040 1750 12,35 0,04

25 0,1 153,08 30 1800 0,591 0,708 14,77 0,071 1750 13,96 0,07

25 0,15 187,48 30 1800 0,718 0,582 17,96 0,087 1750 16,98 0,08

30 0,025 133,51 60 3600 0,546 0,764 16,38 0,019 3500 15,48 0,02

30 0,05 188,82 60 3600 0,724 0,577 21,73 0,029 3500 20,54 0,03

30 0,1 133,51 30 1800 0,546 0,764 16,38 0,076 1750 15,48 0,07

30 0,15 163,52 30 1800 0,623 0,671 18,68 0,101 1750 17,66 0,10

30 0,2 188,82 30 1800 0,724 0,577 21,73 0,115 1750 20,54 0,11

40 0,025 107,60 60 3600 0,523 0,805 20,92 0,020 3500 19,78 0,02

40 0,05 152,17 60 3600 0,588 0,711 23,54 0,036 3500 22,25 0,03

40 0,1 107,60 30 1800 0,523 0,805 20,92 0,080 1750 19,78 0,08

40 0,15 131,79 30 1800 0,543 0,768 21,71 0,115 1750 20,52 0,11

40 0,2 152,17 30 1800 0,588 0,711 23,54 0,142 1750 22,25 0,14

40 0,25 170,14 30 1800 0,646 0,647 25,84 0,162 1750 24,43 0,16

40 0,3 186,37 30 1800 0,714 0,586 28,54 0,176 1750 26,98 0,17

50 0,025 91,02 60 3600 0,552 0,815 27,60 0,020 3500 26,09 0,02

50 0,05 128,72 60 3600 0,538 0,775 26,89 0,039 3500 25,41 0,04

206

H

L

[m]

Q

t

[m³/s]

n

qa

[1] n [rps] n [rpm] k

a

[1] k

q

[1] H

b

[m] Q

b

[m³/s] n

nb

[rpm] H

bc

[m] Q

bc

[m³/s]

50 0,1 182,04 60 3600 0,694 0,602 34,72 0,060 3500 32,82 0,06

50 0,15 111,48 30 1800 0,522 0,801 26,12 0,120 1750 24,69 0,12

50 0,2 128,72 30 1800 0,538 0,775 26,89 0,155 1750 25,41 0,15

50 0,25 143,92 30 1800 0,568 0,737 28,38 0,184 1750 26,83 0,18

50 0,3 157,65 30 1800 0,604 0,692 30,21 0,208 1750 28,55 0,20

60 0,025 79,39 60 3600 0,603 0,820 36,18 0,021 3500 34,20 0,02

60 0,05 112,27 60 3600 0,522 0,800 31,35 0,040 3500 29,63 0,04

60 0,1 158,78 60 3600 0,608 0,688 36,45 0,069 3500 34,46 0,07

60 0,15 194,46 60 3600 0,749 0,556 44,96 0,083 3500 42,50 0,08

60 0,2 112,27 30 1800 0,522 0,800 31,35 0,160 1750 29,63 0,16

60 0,25 125,52 30 1800 0,533 0,781 31,98 0,195 1750 30,23 0,19

70 0,025 70,72 60 3600 0,658 0,823 46,06 0,021 3500 43,53 0,02

70 0,05 100,01 60 3600 0,531 0,811 37,14 0,041 3500 35,11 0,04

70 0,1 141,44 60 3600 0,562 0,744 39,34 0,074 3500 37,18 0,07

70 0,15 173,23 60 3600 0,658 0,635 46,05 0,095 3500 43,53 0,09

70 0,2 100,01 30 1800 0,531 0,811 37,14 0,162 1750 35,11 0,16

70 0,25 111,82 30 1800 0,522 0,801 36,57 0,200 1750 34,56 0,19

80 0,025 63,98 60 3600 0,709 0,826 56,69 0,021 3500 53,59 0,02

80 0,05 90,48 60 3600 0,554 0,816 44,30 0,041 3500 41,88 0,04

80 0,1 127,96 60 3600 0,537 0,776 42,92 0,078 3500 40,57 0,08

80 0,15 156,72 60 3600 0,601 0,696 48,11 0,104 3500 45,47 0,10

80 0,2 180,97 60 3600 0,690 0,606 55,18 0,121 3500 52,16 0,12

90 0,025 58,57 60 3600 0,752 0,827 67,67 0,021 3500 63,96 0,02

90 0,05 82,83 60 3600 0,585 0,819 52,65 0,041 3500 49,77 0,04

90 0,1 117,14 60 3600 0,524 0,794 47,20 0,079 3500 44,61 0,08

90 0,15 143,47 60 3600 0,567 0,738 50,99 0,111 3500 48,20 0,11

90 0,2 165,67 60 3600 0,630 0,663 56,70 0,133 3500 53,59 0,13

100 0,025 54,12 60 3600 0,787 0,828 78,72 0,021 3500 74,41 0,02

100 0,05 76,54 60 3600 0,620 0,821 61,96 0,041 3500 58,56 0,04

100 0,1 108,24 60 3600 0,523 0,804 52,28 0,080 3500 49,42 0,08

207

H

L

[m]

Q

t

[m³/s]

n

qa

[1] n [rps] n [rpm] k

a

[1] k

q

[1] H

b

[m] Q

b

[m³/s] n

nb

[rpm] H

bc

[m] Q

bc

[m³/s]

100 0,15 132,57 60 3600 0,544 0,766 54,42 0,115 3500 51,43 0,11

Fonte: Autoria própria

208

APÊNDICE C – Seleção de BFTs para simulação de custos

Método de Chapallaz

TABELA 11 - Seleção de BFTs para simulação – Método de Chapallaz

H

L

[m]

Q

t

[m³/s] n

qa

n [rps]

n

[rpm]

n

qt

n

qbt

Q

nb

[m³/s]

η

ηη

η

teórico

[%]

c

a

c

q

H

b

[m]

Q

b

[m³/s]

n

nb

[rpm]

H

bc

[m]

Q

bc

[m³/s]

5 0,025 255,92

30 1800 85,12

95,64 0,02 71,0%

1,95 1,85 2,56 0,014 1750 2,42 0,01

10 0,05 215,21

30 1800 71,57

80,42 0,04 76,5%

1,56 1,78 6,41 0,028 1750 6,06 0,03

15 0,1 224,54

30 1800 74,68

83,91 0,08 80,6%

1,5 1,38 10,00

0,072 1750 9,45 0,07

15 0,15 275,01

30 1800 91,46

102,77

0,12 80,8%

1,56 1,42 9,62 0,106 1750 9,09 0,10

20 0,15 221,64

30 1800 73,71

82,82 0,12 81,1%

1,48 1,38 13,51

0,109 1750 12,77 0,11

20 0,2 255,92

30 1800 85,12

95,64 0,15 81,0%

1,52 1,4 13,16

0,143 1750 12,44 0,14

25 0,2 216,49

30 1800 72,00

80,90 0,15 83,0%

1,48 1,33 16,89

0,150 1750 15,97 0,15

25 0,25 242,04

30 1800 80,50

90,45 0,19 83,1%

1,5 1,35 16,67

0,185 1750 15,75 0,18

25 0,3 265,14

30 1800 88,18

99,08 0,23 83,0%

1,52 1,37 16,45

0,219 1750 15,55 0,21

30 0,25 211,11

30 1800 70,21

78,89 0,19 84,8%

1,4 1,28 21,43

0,195 1750 20,25 0,19

30 0,3 231,25

30 1800 76,91

86,42 0,23 84,5%

1,42 1,3 21,13

0,231 1750 19,97 0,22

30 0,35 249,78

30 1800 83,07

93,34 0,27 84,6%

1,44 1,32 20,83

0,265 1750 19,69 0,26

30 0,4 267,03

30 1800 88,81

99,79 0,31 84,7%

1,47 1,3 20,41

0,308 1750 19,29 0,30

40 0,35 201,31

30 1800 66,95

75,23 0,27 85,7%

1,35 1,25 29,63

0,280 1750 28,01 0,27

40 0,4 215,21

30 1800 71,57

80,42 0,31 85,5%

1,38 1,255

28,99

0,319 1750 27,40 0,31

Fonte: Autoria própria

209

APÊNDICE D – Cotação de BFTs e MIGs

TABELA 12 - Cotação de BFTs e MIGs

H

L

[m]

Q

t

[m³/s]

n

nb

[rpm]

H

bc

[m]

Q

bc

[m³/h]

η

ηη

η

t

[%]

P

et

[kW]

k

p

P

ng

[kW]

P

ngc

[kW]

η

ηη

η

m

[%]

C

BFT

[R$]

C

MIG

[R$]

C

BFT/MIG

[R$]

η

ηη

η

mig

[%]

P

hL

[kW]

P

elgc

[kW]

P

elg

P

inst

[kW]

CI

[R$/kW]

10 0,025 1750 5,56 62,2 70%

1,72 1,03 1,66 1,5 83% 1.488,03 376,83 1.864,86 80% 2,45 1,19 1,37 1.360,55

10 0,05 1750 6,06 98,3 74%

3,64 1,05 3,45 3,0 83% 1.682,50 551,56 2.234,06 80% 4,91 2,40 2,92 766,26

15 0,025 1750 7,41 70,0 76%

2,81 1,04 2,68 2,2 83% 1.488,03 433,20 1.921,23 80% 3,68 1,76 2,25 854,47

15 0,05 1750 8,61 120,5 78%

5,72 1,07 5,34 4,5 86% 1.697,91 801,17 2.499,08 83% 7,36 3,74 4,76 524,74

15 0,1 1750 9,45 253,6 81%

11,90 1,08 10,98 9,2 89% 2.425,43 1.144,99 3.570,42 86% 14,72 7,87 10,18 350,79

15 0,15 1750 9,09 369,7 81%

17,92 1,09 16,36 15,0 90% 3.633,29 1.739,23 5.372,52 87% 22,07 13,08 15,63 343,76

20 0,05 1750 10,1 135,8 80%

7,86 1,07 7,30 7,5 88% 1.629,75 1.020,19 2.649,94 85% 9,81 6,38 6,68 396,75

20 0,1 1750 13,0 212,0 80%

15,74 1,09 14,42 11,0 89% 1.886,44 1.219,07 3.105,51 86% 19,62 9,41 13,45 230,83

20 0,15 1750 12,7 380,4 82%

24,13 1,10 21,78 18,5 91% 2.425,43 2.013,00 4.438,43 88% 29,43 16,28 21,24 209,00

20 0,2 1750 12,4 500,0 82%

32,02 1,12 28,49 22,0 91% 4.386,73 2.864,10 7.250,83 88% 39,24 19,36 28,18 257,33

25 0,05 1750 12,3 140,7 77%

9,48 1,07 8,79 7,5 89% 1.989,43 1.020,19 3.009,62 86% 12,26 6,45 8,15 369,19

25 0,1 1750 13,9 247,8 82%

20,21 1,10 18,36 15,0 90% 2.526,87 1.739,23 4.266,10 87% 24,53 13,08 17,62 242,09

25 0,15 1750 16,9 305,3 86%

31,60 1,12 28,13 18,5 91% 3.042,65 2.013,00 5.055,65 88% 36,79 16,28 27,81 181,80

25 0,2 1750 15,9 526,3 79%

38,80 1,13 34,11 37,0 92% 3.602,10 4.232,94 7.835,04 89% 49,05 33,08 34,69 225,89

25 0,25 1750 15,7 648,1 68%

41,51 1,14 36,31 45,0 93% 7.799,00 6.006,79 13.805,79 90% 61,31 40,50 37,36 369,56

25 0,3 1750 15,5 766,4 75%

55,03 1,17 47,03 55,0 93% 7.799,00 6.665,45 14.464,45 90% 73,58 49,50 49,53 292,03

30 0,05 3500 20,5 100,9 75%

11,08 1,08 10,24 9,2 88% 1.420,66 1.107,96 2.528,62 85% 14,72 7,82 9,42 268,48

30 0,1 1750 15,4 267,5 82%

24,19 1,10 21,83 15,0 90% 3.042,65 1.739,23 4.781,88 87% 29,43 13,08 21,09 226,68

30 0,15 1750 17,6 352,4 82%

36,02 1,13 31,82 22,0 91% 3.236,06 2.864,10 6.100,16 88% 44,15 19,36 31,70 192,44

30 0,2 1750 20,5 403,6 82%

48,38 1,15 41,83 37,0 92% 3.801,75 4.232,94 8.034,69 89% 58,86 32,82 42,92 187,22

30 0,35 1750 19,6 928,0 76%

78,70 1,21 64,64 75,0 93% 21.837,19 7.824,13 29.661,32 90% 103,01

67,50 70,83 418,79

40 0,025 3500 19,7 70,4 75%

7,37 1,07 6,86 5,5 87% 1.420,66 740,78 2.161,44 84% 9,81 4,60 6,17 350,52

40 0,05 3500 22,2 124,4 79%

15,58 1,09 14,28 11,0 88% 1.488,03 1.835,86 3.323,89 85% 19,62 9,33 13,21 251,61

40 0,1 1750 19,7 281,7 83%

32,73 1,12 29,08 22,0 91% 3.236,06 2.864,15 6.100,21 88% 39,24 19,36 28,80 211,82

40 0,15 1750 20,5 403,2 82%

48,38 1,15 41,83 37,0 92% 3.801,75 4.232,94 8.034,69 89% 58,86 33,08 43,25 185,75

40 0,2 1750 22,2 497,7 84%

65,69 1,19 55,14 45,0 93% 3.602,10 6.006,79 9.608,89 90% 78,48 40,50 59,12 162,53

40 0,25 1750 24,4 565,7 85%

83,48 1,22 68,04 55,0 93% 3.602,10 6.665,45 10.267,55 90% 98,10 49,50 75,13 136,66

40 0,3 1750 26,9 614,8 72%

84,76 1,23 68,94 75,0 94% 21.837,19 7.824,13 29.661,32 91% 117,72

67,88 76,71 386,69

40 0,35 1750 28,0 980,0 83%

113,8 1,28 88,42 110, 94% 21.837,19 12.636,81 34.474,00 91% 137,34

100,21

103,72

332,37

40 0,4 1750 27,4 1115,5

82%

128,0 1,31 97,31 132, 94% 21.837,19 15.362,41 37.199,60 91% 156,96

120,25

116,68

318,82

50 0,025 3500 26,0 71,4 83%

10,18 1,08 9,42 45,0 93% 1.488,03 6.238,69 7.726,72 90% 12,26 40,28 9,11 848,23

50 0,05 3500 25,4 135,6 82%

20,06 1,10 18,24 15,0 89% 1.488,03 1.787,54 3.275,57 86% 24,53 12,90 17,25 189,86

50 0,1 3500 32,8 210,6 75%

36,74 1,13 32,41 30,0 90% 1.697,91 3.829,53 5.527,44 87% 49,05 26,22 32,11 172,14

50 0,15 1750 24,6 420,5 82%

60,55 1,18 51,27 45,0 93% 3.602,10 6.006,79 9.608,89 90% 73,58 40,50 54,50 176,32

50 0,2 1750 25,4 542,2 86%

83,97 1,22 68,39 55,0 93% 3.602,10 6.665,45 10.267,55 90% 98,10 49,50 75,58 135,86

210

H

L

[m]

Q

t

[m³/s]

n

nb

[rpm]

H

bc

[m]

Q

bc

[m³/h]

η

ηη

η

t

[%]

P

et

[kW]

k

p

P

ng

[kW]

P

ngc

[kW]

η

ηη

η

m

[%]

C

BFT

[R$]

C

MIG

[R$]

C

BFT/MIG

[R$]

η

ηη

η

mig

[%]

P

hL

[kW]

P

elgc

[kW]

P

elg

P

inst

[kW]

CI

[R$/kW]

50 0,25 1750 26,8 644,7 74%

90,13 1,24 72,67 75,0 94% 21.837,19 7.824,13 29.661,32 91% 122,63

67,88 81,57 363,64

60 0,025 3500 34,2 71,8 78%

11,42 1,08 10,55 9,2 88% 1.489,85 1.107,96 2.597,81 85% 14,72 7,82 9,71 267,65

60 0,05 3500 29,6 140,0 83%

24,40 1,10 22,00 15,0 89% 1.488,03 1.787,54 3.275,57 86% 29,43 12,90 20,98 156,11

60 0,1 3500 34,4 240,9 78%

46,03 1,15 39,95 37,0 92% 1.697,91 4.041,30 5.739,21 89% 58,86 33,00 41,06 139,78

60 0,15 3500 42,5 292,1 81%

71,07 1,20 59,12 55,0 93% 1.989,43 7.114,75 9.104,18 90% 88,29 49,39 63,82 142,65

70 0,025 3500 43,5 72,1 78%

13,36 1,08 12,29 15,0 89% 1.489,95 1.787,54 3.277,49 86% 17,17 12,90 11,49 285,34

70 0,05 3500 35,1 141,9 81%

27,95 1,11 25,05 18,5 90% 1.697,91 1.990,45 3.688,36 87% 34,34 16,00 24,18 152,57

70 0,1 3500 37,1 260,4 79%

54,39 1,16 46,53 37,0 92% 1.697,91 4.010,30 5.708,21 89% 68,67 33,00 48,51 117,66

70 0,15 3500 43,5 333,3 69%

71,07 1,20 59,12 75,0 93% 2.067,97 8.253,92 10.321,89 90% 103,01

67,35 63,82 161,72

70 0,2 1750 35,1 567,5 83%

114,2 1,28 88,68 75,0 94% 5.398,52 7.824,13 13.222,65 91% 137,34

67,88 103,41

127,86

70 0,25 1750 34,5 700,6 78%

133,2 1,32 100,4 110, 94% 21.837,19 12.636,81 34.474,00 91% 171,68

100,21

121,36

284,06

80 0,025 3500 53,5 72,3 77%

15,13 1,09 13,87 15,0 89% 1.489,85 1.787,54 3.277,39 86% 19,62 12,90 13,01 251,93

80 0,05 3500 41,8 142,8 82%

32,18 1,12 28,62 22,0 91% 1.483,89 2.193,91 3.677,80 88% 39,24 19,36 28,32 129,89

80 0,1 3500 40,5 271,6 79%

62,31 1,18 52,60 45,0 93% 1.989,43 6.238,69 8.228,12 90% 78,48 40,28 55,77 147,54

80 0,15 3500 45,4 365,2 67%

79,34 1,21 65,11 75,0 94% 2.067,97 8.253,92 10.321,89 91% 117,72

67,88 71,81 143,75

90 0,025 3500 63,9 72,4 74%

16,36 1,09 14,97 18,5 90% 1.573,32 1.990,45 3.563,77 87% 22,07 16,00 14,15 251,90

90 0,05 3500 49,7 143,3 82%

36,33 1,13 32,08 30,0 90% 1.701,22 3.829,53 5.530,75 87% 44,15 26,22 31,75 174,18

90 0,1 3500 44,6 277,9 80%

70,81 1,20 58,93 55,0 93% 1.989,43 7.114,75 9.104,18 90% 88,29 49,39 63,59 143,18

90 0,15 3500 48,2 387,5 68%

90,19 1,24 72,71 90,0 94% 2.067,97 12.025,80 14.093,77 91% 132,44

81,63 81,80 172,29

100 0,025 3500 74,4 72,5 73%

17,78 1,09 16,23 22,0 91% 1.573,32 2.193,91 3.767,23 88% 24,53 19,36 15,65 240,76

100 0,05 3500 58,5 143,7 75%

36,89 1,13 32,53 37,0 92% 1.573,32 4.041,30 5.614,62 89% 49,05 33,00 32,90 170,65

100 0,15 3500 51,4 402,3 69%

101,0 1,26 80,09 90,0 94% 2.067,97 12.025,80 14.093,77 91% 147,15

81,63 91,69 153,71

20 0,025 3500 13,0 53,0 58%

2,86 1,04 2,73 3,8 88% 492,00 860,00 4,91

25 0,025 3500 13,9 62,0 55%

3,37 1,05 3,20 5,5 89% 492,00 1.060,00 6,13

30 0,025 3500 15,4 66,9 57%

4,19 1,05 3,96 3,8 88% 492,00 1.040,00 7,36

30 0,05 3500 20,5 100,9 60%

8,83 1,07 8,19 11,0 91% 511,00 1.622,00 14,72

40 0,025 3500 19,7 70,4 61%

5,98 1,07 5,58 11,0 91% 511,00 1.383,00 9,81

50 0,025 3500 26,0 71,4 54%

6,62 1,07 6,17 9,2 90% 544,00 1.507,00 12,26

60 0,025 3500 34,2 71,8 60%

8,83 1,07 8,19 11,0 91% 544,00 1.640,00 14,72

80 0,025 3500 53,5 72,3 64%

12,56 1,08 11,57 18,5 92% 544,00 2.421,00 19,62

0,1 238,98

0,2 240,95

0,2 247,84

0,4 272,60

0,6 305,23

0,8 325,76

1,1 384,40

1,5 444,07

2,3 513,36

3,0 669,32

3,8 686,95

211

H

L

[m]

Q

t

[m³/s]

n

nb

[rpm]

H

bc

[m]

Q

bc

[m³/h]

η

ηη

η

t

[%]

P

et

[kW]

k

p

P

ng

[kW]

P

ngc

[kW]

η

ηη

η

m

[%]

C

BFT

[R$]

C

MIG

[R$]

C

BFT/MIG

[R$]

η

ηη

η

mig

[%]

P

hL

[kW]

P

elgc

[kW]

P

elg

P

inst

[kW]

CI

[R$/kW]

4,5 961,43

5,6 1.018,10

7,5 1.218,13

9,4 1.372,76

11,3 1.405,08

15,0 2.005,04

18,8 2.435,45

22,5 3.466,34

30,0 4.633,34

37,5 5.136,82

45,0 7.459,30

56,3 8.278,82

75,0 9.717,46

93,8 14.396,16

112, 15.683,86

0,1 245,23

0,2 245,89

0,2 248,27

0,4 253,03

0,6 277,12

0,8 290,14

1,1 363,41

1,5 398,53

2,3 486,23

3,0 539,60

3,8 680,34

4,5 856,32

5,6 885,82

7,5 1.173,97

9,4 1.327,61

11,3 1.464,08

15,0 2.155,92

18,8 2.406,92

22,5 2.610,72

30,0 4.636,81

37,5 4.898,79

45,0 7.748,28

56,3 8.835,44

75,0 10.258,22

93,8 14.935,17

112, 16.659,38

212

H

L

[m]

Q

t

[m³/s]

n

nb

[rpm]

H

bc

[m]

Q

bc

[m³/h]

η

ηη

η

t

[%]

P

et

[kW]

k

p

P

ng

[kW]

P

ngc

[kW]

η

ηη

η

m

[%]

C

BFT

[R$]

C

MIG

[R$]

C

BFT/MIG

[R$]

η

ηη

η

mig

[%]

P

hL

[kW]

P

elgc

[kW]

P

elg

P

inst

[kW]

CI

[R$/kW]

Fonte: Autoria própria

213

APÊNDICE E – Cotação de grupos geradores

convencionais

TABELA 13 - Cotação de grupos geradores

Queda

[m]

Vazão

[m³/s]

Potência Elétrica

[kVA]

Fator de

Potência

[1]

Potência Elétrica

Fornecida [kW]

Preço [R$]

Custo Índice

[R$/kW]

5 0,4 12,5 0,8 10 25.600,00 2.560,00

5 0,24 20 0,8 16 40.000,00 2.500,00

5 0,8 40 0,8 32 74.550,00 2.329,69

7 0,2 15 0,8 12 19.600,00 1.633,33

7 0,28 20 0,8 16 31.000,00 1.937,50

7 0,5 36 0,8 28,8 51.700,00 1.795,14

7 0,97 50 0,8 40 86.700,00 2.167,50

7 1,29 65 0,8 52 148.200,00 2.850,00

10 0,24 25 0,8 20 25.000,00 1.250,00

10 0,36 36 0,8 28,8 45.200,00 1.569,44

10 0,6 60 0,8 48 77.000,00 1.604,17

10 1,1 100 0,8 80 152.000,00 1.900,00

10 1,5 120 0,8 96 188.000,00 1.958,33

15 0,14 20 0,8 16 18.850,00 1.178,13

15 0,28 45 0,8 36 34.800,00 966,67

15 0,4 60 0,8 48 62.000,00 1.291,67

15 0,6 80 0,8 64 95.500,00 1.492,19

15 1 100 0,8 80 124.550,00 1.556,88

15 1,9 200 0,8 160 220.000,00 1.375,00

20 0,08 15 0,8 12 17.500,00 1.458,33

214

Queda

[m]

Vazão

[m³/s]

Potência Elétrica

[kVA]

Fator de

Potência

[1]

Potência Elétrica

Fornecida [kW]

Preço [R$]

Custo Índice

[R$/kW]

20 0,16 30 0,8 24 23.650,00 985,42

20 0,32 60 0,8 48 40.400,00 841,67

20 0,5 100 0,8 80 84.300,00 1.053,75

20 1,2 170 0,8 136 162.000,00 1.191,18

20 2,2 320 0,8 256 340.000,00 1.328,13

30 0,08 25 0,8 20 43.550,00 2.177,50

30 0,2 60 0,8 48 38.800,00 808,33

30 0,4 120 0,8 96 92.700,00 965,63

30 0,6 180 0,8 144 109.650,00 761,46

30 1 300 0,8 240 212.600,00 885,83

40 0,08 30 0,8 24 48.400,00 2.016,67

40 0,2 80 0,8 64 51.300,00 801,56

40 0,4 160 0,8 128 109.650,00 856,64

40 0,6 240 0,8 192 118.000,00 614,58

40 1 330 0,8 264 212.600,00 805,30

Fonte: Autoria própria

215

APÊNDICE F – Planilha para definição de custos de MCHs

FIGURA 121 - Planilha para definição de custos de MCHs

216

Apêndice G – Custos índices de MCHs

TABELA 14 - Simulação de custos índices de MCHs

BFT/MIG Michell-Banki

P

inst

[kW]

H

b

[m]

H

L

[m]

L

cff

[m]

Equipamentos

eletro-

mecânicos

[US$]

Custo total

da central

[US$]

Custo índice

[US$ / kW]

Equipamentos

eletro-

mecânicos

[US$]

Custo total

da central

[US$]

Custo

índice

[US$ / kW]

6,94 20,0 19,40 30,0 969,32 15.449,96 2.227,18 3.781,66 18.262,30 2.632,59

13,87

20,0 19,40 30,0 1938,64 19.102,61 1.376,86 7.563,32 24.727,29 1.782,28

27,75

20,0 19,40 30,0 3877,28 24.756,75 892,20 15.126,65 36.006,11 1.297,61

41,62

20,0 19,40 30,0 5815,92 29.593,51 711,01 22.689,97 46.467,55 1.116,42

55,50

20,0 19,40 30,0 7754,56 34.061,42 613,76 30.253,29 56.560,15 1.019,18

69,37

20,0 19,40 30,0 9693,21 38.329,93 552,54 37.816,62 66.453,34 957,95

83,24

20,0 19,40 30,0 11631,85 42.489,45 510,42 45.379,94 76.237,55 915,83

97,12

20,0 19,40 30,0 13570,49 46.599,70 479,83 52.943,26 85.972,48 885,24

10,41

30,0 29,10 50,0 1355,68 17.218,33 1.654,73 6.297,08 22.159,72 2.129,62

20,81

30,0 29,10 50,0 2711,37 22.030,18 1.058,58 12.594,16 31.912,97 1.533,47

41,62

30,0 29,10 50,0 5422,73 29.667,24 712,78 25.188,31 49.432,82 1.187,66

62,43

30,0 29,10 50,0 8134,10 36.332,12 581,94 37.782,47 65.980,49 1.056,82

83,24

30,0 29,10 50,0 10845,46 42.601,74 511,77 50.376,63 82.132,91 986,65

13,87

40,0 38,80 50,0 1685,37 17.310,05 1.247,66 9.572,70 25.197,38 1.816,16

27,75

40,0 38,80 50,0 3370,75 22.438,91 808,67 19.145,41 38.213,57 1.377,16

55,50

40,0 38,80 50,0 6741,49 30.813,57 555,24 38.290,81 62.362,89 1.123,74

83,24

40,0 38,80 50,0 10112,24 38.358,60 460,80 57.436,22 85.682,58 1.029,29

Fonte: Autoria própria

217

Apêndice H – Resultados dos ensaios no grupo gerador

BFT/MIG

TABELA 15 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Valores médios

n

[rpm]

z

1

[m]

a

[m]

z

3

[m]

P

1

/ρ

ρρ

ρ.g

[m]

Q

[m³/s]

D

1

[m]

D

3

'

[m]

A

1

[m²]

A

3

'

[m²]

v

1

[m/s]

v

3

'

[m/s]

H

L

[m]

P

HL

[kW]

P

el

[kW]

η

ηη

η

bft/mig

[%]

1,290 0,000 0,328

7,330 0,170 0,213

0,284 0,036

0,063 4,750

2,682 9,078 15,086 0,759 5,03%

1,290 0,000 0,352

8,653 0,187 0,213

0,284 0,036

0,063 5,233

2,955 10,545 19,308 5,691 29,48%

1,29 0,000 0,355

8,026 0,190 0,213

0,284 0,036

0,063 5,308

2,997 9,942 18,465 5,591 30,28%

1,290 0,000 0,365

8,740 0,194 0,213

0,284 0,036

0,063 5,431

3,067 10,693 20,319 8,331 41,01%

1,290 0,000 0,359

9,384 0,196 0,213

0,284 0,036

0,063 5,484

3,096 11,362 21,799 8,210 37,67%

1,290 0,000 0,383

12,152 0,223 0,213

0,284 0,036

0,063 6,226

3,515 14,409 31,388 16,624 52,99%

1,290 0,000 0,393

11,322 0,227 0,213

0,284 0,036

0,063 6,353

3,587 13,624 30,282 16,604 54,83%

1,290 0,000 0,388

13,957 0,240 0,213

0,284 0,036

0,063 6,712

3,790 16,428 38,577 23,053 59,78%

1,290 0,000 0,397

13,242 0,240 0,213

0,284 0,036

0,063 6,716

3,792 15,706 36,902 23,038 62,43%

1,290 0,000 0,392

15,448 0,248 0,213

0,284 0,036

0,063 6,931

3,913 18,019 43,691 27,542 63,05%

1,290 0,000 0,397

14,570 0,251 0,213

0,284 0,036

0,063 7,017

3,962 17,178 42,173 28,438 67,44%

1,290 0,000 0,393

14,517 0,253 0,213

0,284 0,036

0,063 7,074

3,994 17,156 42,458 27,543 64,87%

1,290 0,000 0,385

15,503 0,253 0,213

0,284 0,036

0,063 7,084

4,000 18,155 44,994 28,355 63,03%

1,290 0,000 0,382

15,485 0,254 0,213

0,284 0,036

0,063 7,100

4,009 18,149 45,079 27,923 61,95%

1800

1,290 0,000 0,378

14,592 0,256 0,213

0,284 0,036

0,063 7,149

4,037 17,284 43,230 29,290 67,76%

Fonte: Projeto BFT/MIG

TABELA 16 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 1

n

[rpm]

z

1

[m]

a

[m]

z

3

[m]

P

1

/ρ

ρρ

ρ.g

[m]

Q

[m³/s]

D

1

[m]

D

3

'

[m]

A

1

[m²]

A

3

'

[m²]

v

1

[m/s]

v

3

'

[m/s]

H

L

[m]

P

HL

[kW]

P

el

[kW]

η

ηη

η

bft/mig

[%]

1,290 0,000 0,338 7,546 0,169 0,213 0,284 0,036 0,063 4,732 2,672 9,278 15,359 0,740 4,82% 1800

1,290 0,000 0,328 7,218 0,167 0,213 0,284 0,036 0,063 4,680 2,643 8,943 14,643 0,790 5,40%

218

n

[rpm]

z

1

[m]

a

[m]

z

3

[m]

P

1

/ρ

ρρ

ρ.g

[m]

Q

[m³/s]

D

1

[m]

D

3

'

[m]

A

1

[m²]

A

3

'

[m²]

v

1

[m/s]

v

3

'

[m/s]

H

L

[m]

P

HL

[kW]

P

el

[kW]

η

ηη

η

bft/mig

[%]

1,290 0,000 0,338 7,565 0,167 0,213 0,284 0,036 0,063 4,681 2,643 9,280 15,196 0,790 5,20%

1,290 0,000 0,333 7,448 0,168 0,213 0,284 0,036 0,063 4,684 2,645 9,169 15,027 0,750 4,99%

1,290 0,000 0,327 7,215 0,168 0,213 0,284 0,036 0,063 4,708 2,658 8,949 14,741 0,750 5,09%

1,290 0,000 0,326 7,396 0,171 0,213 0,284 0,036 0,063 4,770 2,693 9,152 15,275 0,740 4,84%

1,290 0,000 0,327 7,385 0,172 0,213 0,284 0,036 0,063 4,807 2,714 9,153 15,392 0,740 4,81%

1,290 0,000 0,323 7,371 0,172 0,213 0,284 0,036 0,063 4,807 2,714 9,143 15,377 0,750 4,88%

1,290 0,000 0,322 6,997 0,172 0,213 0,284 0,036 0,063 4,814 2,718 8,771 14,771 0,750 5,08%

1,290 0,000 0,323 7,164 0,172 0,213 0,284 0,036 0,063 4,820 2,721 8,941 15,077 0,790 5,24%

Fonte: Projeto BFT/MIG

TABELA 17 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 2

n

[rpm]

z

1

[m]

a

[m]

z

3

[m]

P

1

/ρ

ρρ

ρ.g

[m]

Q

[m³/s]

D

1

[m]

D

3

'

[m]

A

1

[m²]

A

3

'

[m²]

v

1

[m/s]

v

3

'

[m/s]

H

L

[m]

P

HL

[kW]

P

el

[kW]

η

ηη

η

bft/mig

[%]

1,290 0,000 0,351 9,037 0,187 0,213 0,284 0,036 0,063 5,227 2,951 10,927

19,982 5,700 28,53%

1,290 0,000 0,352 8,605 0,188 0,213 0,284 0,036 0,063 5,243 2,960 10,500

19,261 5,700 29,59%

1,290 0,000 0,352 8,798 0,188 0,213 0,284 0,036 0,063 5,243 2,960 10,694

19,616 5,700 29,06%

1,290 0,000 0,351 8,485 0,188 0,213 0,284 0,036 0,063 5,254 2,967 10,385

19,090 5,700 29,86%

1,290 0,000 0,352 8,694 0,188 0,213 0,284 0,036 0,063 5,246 2,962 10,591

19,439 5,620 28,91%

1,290 0,000 0,353 8,466 0,187 0,213 0,284 0,036 0,063 5,241 2,959 10,360

18,995 5,620 29,59%

1,290 0,000 0,351 8,444 0,186 0,213 0,284 0,036 0,063 5,214 2,944 10,330

18,846 5,690 30,19%

1,290 0,000 0,351 8,741 0,187 0,213 0,284 0,036 0,063 5,215 2,944 10,627

19,386 5,740 29,61%

1,290 0,000 0,351 8,495 0,187 0,213 0,284 0,036 0,063 5,222 2,948 10,384

18,971 5,740 30,26%

1800

1,290 0,000 0,352 8,767 0,187 0,213 0,284 0,036 0,063 5,227 2,952 10,657

19,490 5,700 29,25%

Fonte: Projeto BFT/MIG

TABELA 18 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 3

n

[rpm]

z

1

[m]

a

[m]

z

3

[m]

P

1

/ρ

ρρ

ρ.g

[m]

Q

[m³/s]

D

1

[m]

D

3

'

[m]

A

1

[m²]

A

3

'

[m²]

v

1

[m/s]

v

3

'

[m/s]

H

L

[m]

P

HL

[kW]

P

el

[kW]

η

ηη

η

bft/mig

[%]

219

n

[rpm]

z

1

[m]

a

[m]

z

3

[m]

P

1

/ρ

ρρ

ρ.g

[m]

Q

[m³/s]

D

1

[m]

D

3

'

[m]

A

1

[m²]

A

3

'

[m²]

v

1

[m/s]

v

3

'

[m/s]

H

L

[m]

P

HL

[kW]

P

el

[kW]

η

ηη

η

bft/mig

[%]

1,290 0,000 0,365 9,220 0,196 0,213 0,284 0,036 0,063 5,468 3,088 11,187

21,403 8,190 38,27%

1,290 0,000 0,363 9,292 0,196 0,213 0,284 0,036 0,063 5,493 3,101 11,269

21,657 8,190 37,82%

1,290 0,000 0,364 9,312 0,195 0,213 0,284 0,036 0,063 5,447 3,075 11,271

21,479 8,170 38,04%

1,290 0,000 0,360 9,747 0,194 0,213 0,284 0,036 0,063 5,434 3,068 11,705

22,253 8,170 36,71%

1,290 0,000 0,356 9,471 0,196 0,213 0,284 0,036 0,063 5,475 3,091 11,449

21,928 8,250 37,62%

1,290 0,000 0,355 9,541 0,195 0,213 0,284 0,036 0,063 5,458 3,082 11,514

21,986 8,250 37,52%

1,290 0,000 0,364 9,349 0,196 0,213 0,284 0,036 0,063 5,493 3,102 11,326

21,768 8,250 37,90%

1,290 0,000 0,358 9,321 0,197 0,213 0,284 0,036 0,063 5,508 3,110 11,310

21,793 8,250 37,86%

1,290 0,000 0,355 9,399 0,198 0,213 0,284 0,036 0,063 5,538 3,127 11,402

22,090 8,190 37,08%

1800

1,290 0,000 0,353 9,189 0,198 0,213 0,284 0,036 0,063 5,527 3,121 11,190

21,637 8,190 37,85%

Fonte: Projeto BFT/MIG

TABELA 19 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 4

n

[rpm]

z

1

[m]

a

[m]

z

3

[m]

P

1

/ρ

ρρ

ρ.g

[m]

Q

[m³/s]

D

1

[m]

D

3

'

[m]

A

1

[m²]

A

3

'

[m²]

v

1

[m/s]

v

3

'

[m/s]

H

L

[m]

P

HL

[kW]

P

el

[kW]

η

ηη

η

bft/mig

[%]

1,290 0,000 0,391 11,979 0,219 0,213 0,284 0,036 0,063 6,132 3,462 14,188

30,436 16,690 54,84%

1,290 0,000 0,382 12,293 0,220 0,213 0,284 0,036 0,063 6,150 3,473 14,518

31,239 16,690 53,43%

1,290 0,000 0,384 12,202 0,220 0,213 0,284 0,036 0,063 6,163 3,480 14,431

31,115 16,620 53,41%

1,290 0,000 0,378 11,891 0,221 0,213 0,284 0,036 0,063 6,176 3,487 14,131

30,535 16,620 54,43%

1,290 0,000 0,382 12,473 0,222 0,213 0,284 0,036 0,063 6,197 3,499 14,718

31,910 16,600 52,02%

1,290 0,000 0,381 12,493 0,223 0,213 0,284 0,036 0,063 6,229 3,517 14,753

32,150 16,600 51,63%

1,290 0,000 0,386 12,059 0,224 0,213 0,284 0,036 0,063 6,252 3,530 14,324

31,329 16,700 53,31%

1,290 0,000 0,381 11,694 0,224 0,213 0,284 0,036 0,063 6,269 3,540 13,971

30,643 16,540 53,98%

1,290 0,000 0,382 12,315 0,226 0,213 0,284 0,036 0,063 6,333 3,576 14,619

32,391 16,540 51,06%

1800

1,290 0,000 0,381 12,119 0,228 0,213 0,284 0,036 0,063 6,362 3,592 14,437

32,136 16,640 51,78%

Fonte: Projeto BFT/MIG

220

TABELA 20 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 5

n

[rpm]

z

1

[m]

a

[m]

z

3

[m]

P

1

/ρ

ρρ

ρ.g

[m]

Q

[m³/s]

D

1

[m]

D

3

'

[m]

A

1

[m²]

A

3

'

[m²]

v

1

[m/s]

v

3

'

[m/s]

H

L

[m]

P

HL

[kW]

P

el

[kW]

η

ηη

η

bft/mig

[%]

1,290 0,000 0,389 13,976 0,241 0,213 0,284 0,036 0,063 6,732 3,801 16,455

38,759 23,060 59,50%

1,290 0,000 0,385 14,116 0,240 0,213 0,284 0,036 0,063 6,724 3,796 16,595

39,039 23,030 58,99%

1,290 0,000 0,385 13,815 0,240 0,213 0,284 0,036 0,063 6,723 3,796 16,293

38,321 23,020 60,07%

1,290 0,000 0,385 13,765 0,240 0,213 0,284 0,036 0,063 6,722 3,796 16,244

38,203 23,020 60,26%

1,290 0,000 0,385 13,681 0,240 0,213 0,284 0,036 0,063 6,723 3,796 16,160

38,008 23,070 60,70%

1,290 0,000 0,388 13,883 0,240 0,213 0,284 0,036 0,063 6,714 3,791 16,355

38,416 23,070 60,05%

1,290 0,000 0,391 14,896 0,240 0,213 0,284 0,036 0,063 6,709 3,788 17,363

40,756 23,010 56,46%

1,290 0,000 0,390 13,807 0,239 0,213 0,284 0,036 0,063 6,686 3,775 16,263

38,041 23,010 60,49%

1,290 0,000 0,389 13,812 0,239 0,213 0,284 0,036 0,063 6,694 3,779 16,273

38,110 23,120 60,67%

1800

1,290 0,000 0,389 13,817 0,239 0,213 0,284 0,036 0,063 6,693 3,779 16,278

38,116 23,120 60,66%

Fonte: Projeto BFT/MIG

TABELA 21 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 6

n

[rpm]

z

1

[m]

a

[m]

z

3

[m]

P

1

/ρ

ρρ

ρ.g

[m]

Q

[m³/s]

D

1

[m]

D

3

'

[m]

A

1

[m²]

A

3

'

[m²]

v

1

[m/s]

v

3

'

[m/s]

H

L

[m]

P

HL

[kW]

P

el

[kW]

η

ηη

η

bft/mig

[%]

1,290 0,000 0,397 15,276 0,247 0,213 0,284 0,036 0,063 6,906 3,899 17,829

43,075 27,650 64,19%

1,290 0,000 0,394 15,553 0,247 0,213 0,284 0,036 0,063 6,899 3,895 18,106

43,700 27,650 63,27%

1,290 0,000 0,392 15,458 0,249 0,213 0,284 0,036 0,063 6,950 3,924 18,038

43,859 27,460 62,61%

1,290 0,000 0,403 15,623 0,249 0,213 0,284 0,036 0,063 6,965 3,933 18,200

44,350 27,460 61,92%

1,290 0,000 0,391 15,325 0,249 0,213 0,284 0,036 0,063 6,966 3,933 17,914

43,655 27,370 62,70%

1,290 0,000 0,391 15,316 0,249 0,213 0,284 0,036 0,063 6,952 3,925 17,898

43,530 27,690 63,61%

1,290 0,000 0,393 15,609 0,248 0,213 0,284 0,036 0,063 6,925 3,910 18,176

44,033 27,690 62,88%

1,290 0,000 0,387 15,676 0,248 0,213 0,284 0,036 0,063 6,939 3,918 18,256

44,317 27,470 61,98%

1,290 0,000 0,393 15,256 0,247 0,213 0,284 0,036 0,063 6,903 3,898 17,812

43,020 27,470 63,85%

1800

1,290 0,000 0,382 15,391 0,247 0,213 0,284 0,036 0,063 6,903 3,898 17,958

43,370 27,510 63,43%

Fonte: Projeto BFT/MIG

221

TABELA 22 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 7

n

[rpm]

z

1

[m]

a

[m]

z

3

[m]

P

1

/ρ

ρρ

ρ.g

[m]

Q

[m³/s]

D

1

[m]

D

3

'

[m]

A

1

[m²]

A

3

'

[m²]

v

1

[m/s]

v

3

'

[m/s]

H

L

[m]

P

HL

[kW]

P

el

[kW]

η

ηη

η

bft/mig

[%]

1,290 0,000 0,383 15,401 0,253 0,213 0,284 0,036 0,063 7,060 3,986 18,044

44,569 27,880 62,55%

1,290 0,000 0,374 15,588 0,253 0,213 0,284 0,036 0,063 7,085 4,000 18,252

45,240 27,910 61,69%

1,290 0,000 0,384 15,581 0,255 0,213 0,284 0,036 0,063 7,124 4,022 18,254

45,496 27,840 61,19%

1,290 0,000 0,378 15,476 0,255 0,213 0,284 0,036 0,063 7,125 4,023 18,155

45,254 27,840 61,52%

1,290 0,000 0,380 15,322 0,255 0,213 0,284 0,036 0,063 7,132 4,027 18,003

44,917 27,870 62,05%

1,290 0,000 0,386 15,463 0,255 0,213 0,284 0,036 0,063 7,139 4,031 18,141

45,313 27,870 61,51%

1,290 0,000 0,381 15,541 0,255 0,213 0,284 0,036 0,063 7,130 4,026 18,220

45,451 28,000 61,60%

1,290 0,000 0,379 15,455 0,253 0,213 0,284 0,036 0,063 7,082 3,998 18,112

44,874 28,000 62,40%

1,290 0,000 0,387 15,490 0,253 0,213 0,284 0,036 0,063 7,081 3,998 18,139

44,938 28,010 62,33%

1800

1,290 0,000 0,385 15,534 0,252 0,213 0,284 0,036 0,063 7,040 3,975 18,165

44,740 28,010 62,61%

Fonte: Projeto BFT/MIG

TABELA 23 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 8

n

[rpm]

z

1

[m]

a

[m]

z

3

[m]

P

1

/ρ

ρρ

ρ.g

[m]

Q

[m³/s]

D

1

[m]

D

3

'

[m]

A

1

[m²]

A

3

'

[m²]

v

1

[m/s]

v

3

'

[m/s]

H

L

[m]

P

HL

[kW]

P

el

[kW]

η

ηη

η

bft/mig

[%]

1,290 0,000 0,384 15,242 0,252 0,213 0,284 0,036 0,063 7,039 3,974 17,873

44,013 28,350 64,41%

1,290 0,000 0,385 15,651 0,252 0,213 0,284 0,036 0,063 7,047 3,979 18,285

45,081 28,350 62,89%

1,290 0,000 0,389 15,763 0,252 0,213 0,284 0,036 0,063 7,050 3,981 18,395

45,372 28,210 62,17%

1,290 0,000 0,390 15,190 0,253 0,213 0,284 0,036 0,063 7,088 4,002 17,839

44,235 28,470 64,36%

1,290 0,000 0,390 15,430 0,254 0,213 0,284 0,036 0,063 7,095 4,006 18,083

44,883 28,470 63,43%

1,290 0,000 0,390 15,882 0,254 0,213 0,284 0,036 0,063 7,100 4,009 18,537

46,046 28,360 61,59%

1,290 0,000 0,385 15,201 0,254 0,213 0,284 0,036 0,063 7,104 4,011 17,863

44,400 28,360 63,87%

1,290 0,000 0,376 15,733 0,254 0,213 0,284 0,036 0,063 7,111 4,015 18,408

45,796 28,460 62,15%

1,290 0,000 0,379 15,530 0,254 0,213 0,284 0,036 0,063 7,108 4,013 18,200

45,260 28,260 62,44%

1800

1,290 0,000 0,381 15,404 0,254 0,213 0,284 0,036 0,063 7,097 4,007 18,067

44,858 28,260 63,00%

Fonte: Projeto BFT/MIG

222

TABELA 24 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 9

n

[rpm]

z

1

[m]

a

[m]

z

3

[m]

P

1

/ρ

ρρ

ρ.g

[m]

Q

[m³/s]

D

1

[m]

D

3

'

[m]

A

1

[m²]

A

3

'

[m²]

v

1

[m/s]

v

3

'

[m/s]

H

L

[m]

P

HL

[kW]

P

el

[kW]

η

ηη

η

bft/mig

[%]

1,290 0,000 0,375 14,648 0,256 0,213 0,284 0,036 0,063 7,148 4,036 17,342

43,372 29,370 67,72%

1,290 0,000 0,383 14,602 0,257 0,213 0,284 0,036 0,063 7,191 4,060 17,309

43,544 29,200 67,06%

1,290 0,000 0,375 14,595 0,257 0,213 0,284 0,036 0,063 7,180 4,054 17,305

43,472 29,290 67,38%

1,290 0,000 0,376 14,557 0,256 0,213 0,284 0,036 0,063 7,156 4,040 17,255

43,198 29,290 67,80%

1800

1,290 0,000 0,380 14,556 0,253 0,213 0,284 0,036 0,063 7,071 3,992 17,207

42,563 29,300 68,84%

Fonte: Projeto BFT/MIG

TABELA 25 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 10

n

[rpm]

z

1

[m]

a

[m]

z

3

[m]

P

1

/ρ

ρρ

ρ.g

[m]

Q

[m³/s]

D

1

[m]

D

3

'

[m]

A

1

[m²]

A

3

'

[m²]

v

1

[m/s]

v

3

'

[m/s]

H

L

[m]

P

HL

[kW]

P

el

[kW]

η

ηη

η

bft/mig

[%]

1,290 0,000 0,387 14,765 0,251 0,213 0,284 0,036 0,063 7,023 3,966 17,386

42,720 27,830 65,15%

1,290 0,000 0,389 14,707 0,251 0,213 0,284 0,036 0,063 7,016 3,961 17,322

42,518 27,830 65,45%

1,290 0,000 0,397 14,597 0,250 0,213 0,284 0,036 0,063 6,982 3,942 17,187

41,983 28,170 67,10%

1,290 0,000 0,395 14,610 0,248 0,213 0,284 0,036 0,063 6,946 3,922 17,186

41,764 27,980 67,00%

1,290 0,000 0,385 14,681 0,247 0,213 0,284 0,036 0,063 6,896 3,893 17,242

41,596 27,980 67,27%

1,290 0,000 0,384 14,659 0,245 0,213 0,284 0,036 0,063 6,857 3,872 17,202

41,269 27,980 67,80%

1,290 0,000 0,387 14,669 0,245 0,213 0,284 0,036 0,063 6,855 3,870 17,208

41,268 27,940 67,70%

1,290 0,000 0,382 14,695 0,244 0,213 0,284 0,036 0,063 6,809 3,844 17,217

41,012 27,940 68,13%

1,290 0,000 0,381 14,691 0,243 0,213 0,284 0,036 0,063 6,805 3,842 17,212

40,974 27,940 68,19%

1800

1,290 0,000 0,382 14,849 0,246 0,213 0,284 0,036 0,063 6,865 3,876 17,399

41,791 27,900 66,76%

Fonte: Projeto BFT/MIG

TABELA 26 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 11

N

[rpm]

z

1

[m]

a

[m]

z

3

[m]

P

1

/ρ

ρρ

ρ.g

[m]

Q

[m³/s]

D

1

[m]

D

3

'

[m]

A

1

[m²]

A

3

'

[m²]

v

1

[m/s]

v

3

'

[m/s]

H

L

[m]

P

HL

[kW]

P

el

[kW]

η

ηη

η

bft/mig

[%]

1,290 0,000 0,407 14,625 0,247 0,213 0,284 0,036 0,063 6,893 3,892 17,163

41,392 28,490 68,83%

1800

1,290 0,000 0,406 14,545 0,250 0,213 0,284 0,036 0,063 7,000 3,952 17,136

41,965 28,490 67,89%

223

N

[rpm]

z

1

[m]

a

[m]

z

3

[m]

P

1

/ρ

ρρ

ρ.g

[m]

Q

[m³/s]

D

1

[m]

D

3

'

[m]

A

1

[m²]

A

3

'

[m²]

v

1

[m/s]

v

3

'

[m/s]

H

L

[m]

P

HL

[kW]

P

el

[kW]

η

ηη

η

bft/mig

[%]

1,290 0,000 0,397 14,507 0,250 0,213 0,284 0,036 0,063 7,000 3,952 17,105

41,891 28,450 67,91%

1,290 0,000 0,397 14,510 0,253 0,213 0,284 0,036 0,063 7,081 3,998 17,149

42,483 28,430 66,92%

1,290 0,000 0,396 14,568 0,253 0,213 0,284 0,036 0,063 7,071 3,993 17,203

42,560 28,430 66,80%

1,290 0,000 0,401 14,553 0,253 0,213 0,284 0,036 0,063 7,060 3,986 17,177

42,430 28,360 66,84%

1,290 0,000 0,397 14,548 0,252 0,213 0,284 0,036 0,063 7,034 3,972 17,164

42,239 28,360 67,14%

1,290 0,000 0,391 14,576 0,252 0,213 0,284 0,036 0,063 7,035 3,972 17,199

42,330 28,390 67,07%

1,290 0,000 0,390 14,670 0,250 0,213 0,284 0,036 0,063 7,000 3,952 17,276

42,308 28,390 67,10%

1,290 0,000 0,390 14,600 0,250 0,213 0,284 0,036 0,063 7,000 3,952 17,206

42,136 28,590 67,85%

Fonte: Projeto BFT/MIG

TABELA 27 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 12

n

[rpm]

z

1

[m]

a

[m]

z

3

[m]

P

1

/ρ

ρρ

ρ.g

[m]

Q

[m³/s]

D

1

[m]

D

3

'

[m]

A

1

[m²]

A

3

'

[m²]

v

1

[m/s]

v

3

'

[m/s]

H

L

[m]

P

HL

[kW]

P

el

[kW]

η

ηη

η

bft/mig

[%]

1,290 0,000 0,399 14,359 0,252 0,213 0,284 0,036 0,063 7,039 3,974 16,975

41,800 27,460 65,69%

1,290 0,000 0,385 14,537 0,252 0,213 0,284 0,036 0,063 7,039 3,974 17,167

42,276 27,540 65,14%

1,290 0,000 0,396 14,477 0,253 0,213 0,284 0,036 0,063 7,071 3,992 17,112

42,332 27,540 65,06%

1,290 0,000 0,387 14,486 0,254 0,213 0,284 0,036 0,063 7,100 4,009 17,144

42,587 27,550 64,69%

1,290 0,000 0,396 14,588 0,255 0,213 0,284 0,036 0,063 7,121 4,021 17,248

42,969 27,550 64,12%

1,290 0,000 0,392 14,569 0,254 0,213 0,284 0,036 0,063 7,095 4,006 17,220

42,741 27,640 64,67%

1,290 0,000 0,395 14,517 0,254 0,213 0,284 0,036 0,063 7,094 4,006 17,165

42,603 27,640 64,88%

1,290 0,000 0,397 14,525 0,253 0,213 0,284 0,036 0,063 7,082 3,999 17,165

42,529 27,430 64,50%

1,290 0,000 0,394 14,568 0,252 0,213 0,284 0,036 0,063 7,056 3,984 17,198

42,452 27,540 64,87%

1800

1,290 0,000 0,392 14,542 0,252 0,213 0,284 0,036 0,063 7,041 3,975 17,166

42,285 27,540 65,13%

Fonte: Projeto BFT/MIG

TABELA 28 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 13

n

[rpm]

z

1

[m]

a

[m]

z

3

[m]

P

1

/ρ

ρρ

ρ.g

[m]

Q

[m³/s]

D

1

[m]

D

3

'

[m]

A

1

[m²]

A

3

'

[m²]

v

1

[m/s]

v

3

'

[m/s]

H

L

[m]

P

HL

[kW]

P

el

[kW]

η

ηη

η

bft/mig

[%]

224

n

[rpm]

z

1

[m]

a

[m]

z

3

[m]

P

1

/ρ

ρρ

ρ.g

[m]

Q

[m³/s]

D

1

[m]

D

3

'

[m]

A

1

[m²]

A

3

'

[m²]

v

1

[m/s]

v

3

'

[m/s]

H

L

[m]

P

HL

[kW]

P

el

[kW]

η

ηη

η

bft/mig

[%]

1,290 0,000 0,395 13,250 0,239 0,213 0,284 0,036 0,063 6,678 3,771 15,698

36,678 23,030 62,79%

1,290 0,000 0,396 13,337 0,241 0,213 0,284 0,036 0,063 6,730 3,800 15,808

37,219 23,070 61,98%

1,290 0,000 0,405 13,217 0,241 0,213 0,284 0,036 0,063 6,730 3,800 15,679

36,919 23,070 62,49%

1,290 0,000 0,404 13,186 0,241 0,213 0,284 0,036 0,063 6,743 3,807 15,655

36,934 23,080 62,49%

1,290 0,000 0,398 13,224 0,242 0,213 0,284 0,036 0,063 6,756 3,814 15,705

37,119 23,080 62,18%

1,290 0,000 0,394 13,214 0,241 0,213 0,284 0,036 0,063 6,738 3,804 15,691

36,989 23,120 62,50%

1,290 0,000 0,395 13,281 0,240 0,213 0,284 0,036 0,063 6,714 3,791 15,746

36,989 23,120 62,51%

1,290 0,000 0,395 13,319 0,240 0,213 0,284 0,036 0,063 6,715 3,791 15,785

37,081 22,950 61,89%

1,290 0,000 0,395 13,261 0,239 0,213 0,284 0,036 0,063 6,686 3,775 15,713

36,754 22,930 62,39%

1800

1,290 0,000 0,396 13,135 0,239 0,213 0,284 0,036 0,063 6,669 3,765 15,577

36,342 22,930 63,10%

Fonte: Projeto BFT/MIG

TABELA 29 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 14

N

[rpm]

z

1

[m]

a

[m]

z

3

[m]

P

1

/ρ

ρρ

ρ.g

[m]

Q

[m³/s]

D

1

[m]

D

3

'

[m]

A

1

[m²]

A

3

'

[m²]

v

1

[m/s]

v

3

'

[m/s]

H

L

[m]

P

HL

[kW]

P

el

[kW]

η

ηη

η

bft/mig

[%]

1,290 0,000 0,409 11,285 0,227 0,213 0,284 0,036 0,063 6,350 3,585 13,570

30,149 16,640 55,19%

1,290 0,000 0,403 11,356 0,228 0,213 0,284 0,036 0,063 6,384 3,604 13,662

30,511 16,660 54,60%

1,290 0,000 0,392 11,305 0,228 0,213 0,284 0,036 0,063 6,376 3,600 13,618

30,380 16,660 54,84%

1,290 0,000 0,391 11,303 0,228 0,213 0,284 0,036 0,063 6,363 3,592 13,612

30,299 16,540 54,59%

1,290 0,000 0,395 11,318 0,227 0,213 0,284 0,036 0,063 6,352 3,587 13,618

30,265 16,540 54,65%

1,290 0,000 0,387 11,340 0,227 0,213 0,284 0,036 0,063 6,347 3,584 13,646

30,300 16,550 54,62%

1,290 0,000 0,384 11,322 0,226 0,213 0,284 0,036 0,063 6,327 3,572 13,622

30,154 16,550 54,89%

1,290 0,000 0,386 11,310 0,227 0,213 0,284 0,036 0,063 6,344 3,582 13,616

30,221 16,640 55,06%

1,290 0,000 0,394 11,359 0,227 0,213 0,284 0,036 0,063 6,347 3,583 13,658

30,326 16,640 54,87%

1800

1,290 0,000 0,393 11,321 0,227 0,213 0,284 0,036 0,063 6,341 3,580 13,618

30,212 16,620 55,01%

Fonte: Projeto BFT/MIG

225

TABELA 30 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 15

n

[rpm]

z

1

[m]

a

[m]

z

3

[m]

P

1

/ρ

ρρ

ρ.g

[m]

Q

[m³/s]

D

1

[m]

D

3

'

[m]

A

1

[m²]

A

3

'

[m²]

v

1

[m/s]

v

3

'

[m/s]

H

L

[m]

P

HL

[kW]

P

el

[kW]

η

ηη

η

bft/mig

[%]

1,290 0,000 0,365 8,736 0,195 0,213 0,284 0,036 0,063 5,454 3,080 10,697

20,412 8,340 40,86%

1,290 0,000 0,363 8,776 0,195 0,213 0,284 0,036 0,063 5,441 3,072 10,734

20,433 8,360 40,92%

1,290 0,000 0,366 8,727 0,194 0,213 0,284 0,036 0,063 5,429 3,065 10,678

20,280 8,360 41,22%

1,290 0,000 0,363 8,665 0,193 0,213 0,284 0,036 0,063 5,395 3,046 10,606

20,019 8,350 41,71%

1,290 0,000 0,359 8,765 0,193 0,213 0,284 0,036 0,063 5,386 3,041 10,706

20,174 8,350 41,39%

1,290 0,000 0,365 8,782 0,193 0,213 0,284 0,036 0,063 5,395 3,046 10,721

20,233 8,320 41,12%

1,290 0,000 0,366 8,708 0,194 0,213 0,284 0,036 0,063 5,438 3,070 10,662

20,285 8,320 41,02%

1,290 0,000 0,368 8,647 0,194 0,213 0,284 0,036 0,063 5,437 3,070 10,599

20,161 8,280 41,07%

1,290 0,000 0,369 8,781 0,195 0,213 0,284 0,036 0,063 5,459 3,082 10,740

20,512 8,280 40,37%

1800

1,290 0,000 0,366 8,814 0,196 0,213 0,284 0,036 0,063 5,481 3,095 10,784

20,678 8,350 40,38%

Fonte: Projeto BFT/MIG

TABELA 31 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 16

n

[rpm]

z

1

[m]

a

[m]

z

3

[m]

P

1

/ρ

ρρ

ρ.g

[m]

Q

[m³/s]

D

1

[m]

D

3

'

[m]

A

1

[m²]

A

3

'

[m²]

v

1

[m/s]

v

3

'

[m/s]

H

L

[m]

P

HL

[kW]

P

el

[kW]

η

ηη

η

bft/mig

[%]

1,290 0,000 0,355 7,937 0,191 0,213 0,284 0,036 0,063 5,332 3,011 9,863 18,398 5,540 30,11%

1,290 0,000 0,354 7,969 0,190 0,213 0,284 0,036 0,063 5,318 3,003 9,889 18,399 5,540 30,11%

1,290 0,000 0,355 8,071 0,190 0,213 0,284 0,036 0,063 5,318 3,003 9,991 18,589 5,580 30,02%

1,290 0,000 0,354 8,075 0,190 0,213 0,284 0,036 0,063 5,313 3,000 9,994 18,576 5,590 30,09%

1,290 0,000 0,353 8,093 0,189 0,213 0,284 0,036 0,063 5,296 2,990 10,007

18,540 5,590 30,15%

1,290 0,000 0,356 7,964 0,189 0,213 0,284 0,036 0,063 5,296 2,990 9,875 18,295 5,590 30,55%

1,290 0,000 0,353 8,031 0,190 0,213 0,284 0,036 0,063 5,310 2,998 9,950 18,483 5,640 30,51%

1,290 0,000 0,357 7,997 0,190 0,213 0,284 0,036 0,063 5,303 2,994 9,909 18,384 5,640 30,68%

1,290 0,000 0,357 8,060 0,189 0,213 0,284 0,036 0,063 5,293 2,989 9,968 18,460 5,640 30,55%

1800

1,290 0,000 0,354 8,062 0,190 0,213 0,284 0,036 0,063 5,305 2,995 9,978 18,519 5,560 30,02%

Fonte: Projeto BFT/MIG

226

TABELA 32 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 17

n

[rpm]

z

1

[m]

a

[m]

Z

3

[m]

P

1

/ρ

ρρ

ρ.g

[m]

Q

[m³/s]

D

1

[m]

D

3

'

[m]

A

1

[m²]

A

3

'

[m²]

v

1

[m/s]

v

3

'

[m/s]

H

L

[m]

P

HL

[kW]

P

el

[kW]

η

ηη

η

bft/mig

[%]

1,290 0,000 0,316 6,541 0,168 0,213 0,284 0,036 0,063 4,709 2,659 8,288 13,653 0,740 5,42%

1,290 0,000 0,314 6,569 0,168 0,213 0,284 0,036 0,063 4,701 2,654 8,314 13,673 0,740 5,41%

1,290 0,000 0,316 6,652 0,168 0,213 0,284 0,036 0,063 4,706 2,657 8,397 13,823 0,800 5,79%

1,290 0,000 0,323 6,704 0,168 0,213 0,284 0,036 0,063 4,706 2,657 8,442 13,898 0,800 5,76%

1,290 0,000 0,326 6,609 0,169 0,213 0,284 0,036 0,063 4,711 2,660 8,347 13,758 0,750 5,45%

1,290 0,000 0,314 6,597 0,169 0,213 0,284 0,036 0,063 4,738 2,675 8,354 13,849 0,810 5,85%

1,290 0,000 0,327 6,607 0,170 0,213 0,284 0,036 0,063 4,759 2,687 8,359 13,918 0,810 5,82%

1,290 0,000 0,324 6,642 0,170 0,213 0,284 0,036 0,063 4,763 2,689 8,398 13,994 0,810 5,79%

1,290 0,000 0,320 6,618 0,170 0,213 0,284 0,036 0,063 4,762 2,689 8,378 13,959 0,860 6,16%

1800

1,290 0,000 0,331 6,637 0,170 0,213 0,284 0,036 0,063 4,745 2,679 8,380 13,910 0,750 5,39%

Fonte: Projeto BFT/MIG

TABELA 33 – Ensaio do grupo gerador BFT/MIG – Ponto 18