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UNIVERSIDADE DA REGIÃO DE JOINVILLE - UNIVILLE
CAMPUS DE SÃO BENTO DO SUL / SC
CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO MECÂNICA
PROFESSOR EDSON PAIVA
DISCIPLINA DE ENERGIAS
ACADÊMICOS: CELSO CARNEIRO
FELLIPE SCHREINER
JACKSON FELIPE WEDDERHOFF
RELATÓRIO TÉCNICO DE VISITA A USINA RIO VERMELHO DE ENERGIA - URVE
São Bento do Sul
Novembro de 2013
RESUMO
No dia 09 de Novembro de 2013, os acadêmicos do quinto ano do curso de Engenharia de Produção Mecânica da Universidade da Região de Joinville – UNIVILLE, campus São Bento do Sul, visitaram a Usina Rio Vermelho de Energia Ltda – URVE, sob o comando do biólogo sr. Marcelo Hübel, e do professor da disciplina de Energias desta instituição de ensino, o sr. Edson Paiva, com o intuito de visualizar na prática as teorias de funcionamento da usinas hidroelétricas, com ênfase nos tipos de turbinas geradoras de energia.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Dados PCH Rio Vermelho 6
Figura 2 - Dados CGH Rio Vermelho 7
Figura 3 - Barragem PCH Rio Vermelho 8
Figura 4 - Estrutura de equilíbrio (chaminé) 9
Figura 5 – Conduto 10
Figura 6 - Casa de máquinas 11
Figura 7 – Saído de água da casa de máquinas 12
Figura 8 – Controle dos geradores e turbinas 13
Figura 9 – Barragem CGH 14
Figura 10 – Vazão de água da barragem da CGH 15
Figura 11 – Painel de controle CGH 15
Figura 12 – Gerador WEG 16
Figura 13 – Ajuste de pás da turbina 16
Figura 14 – Sistema de ajuste da angulação das pás 17
Figura 15 - Dados complexo URVE 20
Figura 16 – Gráfico de aproveitamento dos rios 21
Figura 17 – Aproveitamento do Rio Natal 21
Figura 18 - Aproveitamento do Rio Vermelho 22
Figura 19 - Área alagada x Área alagada permitida 22
Figura 20 – TBM 23
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO 4
1. Localização e instalação atual - URVE 5
1.1. PCH Rio Vermelho 7
1.2. CGH Rio Vermelho 13
2. Investimentos previstos 16
2.1. PCH Rio Vermelho I 17
2.2. PCH Rio Vermelho II 17
2.3. PCH Rio Vermelho III 17
2.4. PCH Rabo do macaco 17
2.5. PCH Rio das pacas 18
2.6. PCH Escola rio natal 18
2.7. PCH Rio natal I 18
3. Turbinas 22
4. Responsabilidade Ambiental 23
CONCLUSÃO 24
REFERÊNCIAS 25
INTRODUÇÃO
Localizada no planalto norte do estado de Santa Catarina, mais precisamente no município de São Bento do Sul na localidade do Rio Natal (APA Rio Vermelho/Humbold), a URVE (Usina Rio Vermelho de Energia Ltda) é responsável pela geração de 2,4MW de potência através de uma Pequena Central Hidroelétrica (PCH) e 0,4MW de potência proveniente de uma Central Geradora de Energia (CGH). Sua vocação está no uso da água para a geração de energia, a qual é uma das melhores opções, sendo ambientalmente correta e consideravelmente reconhecida como uma fonte renovável e amplamente disponível.
Sua área atual alagada de 9,85ha localizada na bacia do Itapocú, permite o desenvolvimento regional, fornecendo energia limpa sem deixar de manter o meio ambiente de forma respeitosa, onde se tem implementado a CEPHARV (Centro de Estudos e Pesquisas Hidrológicos e Ambientais Rio Vermelho), com a motivação de preservar a fauna e flora da região, permitindo preservar a natureza de forma elogiável.
A seguir uma breve apresentação da URVE, e sua importância a sociedade com geração sustentável de energia elétrica. Relatando os equipamentos encontrados na geração de energia e as pretensões da usina para o futuro, como sua projeção de geração de energia e o auxílio ao desenvolvimento da região através das atividades desenvolvidas.
Localização e instalação atual - URVE
Instalada no Planalto Norte de Santa Catarina, na cidade de São Bento do Sul. Com uma PCH instalada de 2,4 MW de potência e uma CGH de 0,4 MW instaladas no Rio Vermelho. São descritas como PCH e CGH, pois conforme a ANNEL a CGH é considerada aquela com potência de até 1 MW e a PCH até 30MW. A imagem a seguir mostra os dados da PCH Rio Vermelho.
Figura 1 - Dados PCH Rio Vermelho
Fonte: Primária (2013)
Na Figura verifica-se a potência instalada, nível de água de montante, nível de água de jusante, queda bruta, engolimento total, energia média, área alagada e área de drenagem. A imagem a seguir mostra os dados da CGH Rio Vermelho.
Figura 2 - Dados CGH Rio Vermelho
Fonte: Primária (2013)
A imagem contém os níveis de água montante e jusante da CGH, sua potência instalada e a queda bruta. A visita ocorreu nas duas instalações, tanto na PCH quanto na CGH e abaixo descrevemos e inserimos algumas fotos para compreensão das informações obtidas durante a visita.
PCH Rio Vermelho
O PCH Rio Vermelho (2,4MW) contém uma barragem do Tipo Ambursem, com vertedouro de 35,10m, localizada a aproximadamente 12,88km a montante da foz do rio Vermelho. A adução é através de uma tomada d'água em concreto armado na ombreira direita da barragem com soleira na elevação 709,63m, cuja estrutura é encaixada em conduto adutor de diâmetro nominal de elevação 1,10m com extensão de 840m até a chaminé de equilíbrio, onde passa para o trecho forçado reduzindo o diâmetro para 85cm por uma extensão de 204m onde bifurca para um diâmetro de 0,60m por um percurso de 15m até encontrar a casa de máquinas. A Figura ilustra a barragem encontrada durante a visita.
Figura 3 - Barragem PCH Rio Vermelho
Fonte: Primária (2013)
A tomada d'água foi construída em concreto estrutural armado, está localizada na margem direita do rio, é equipada com uma comporta tipo Vagão, com 1,50m de largura e 1,50m de altura e pressão máxima na soleira de 10,00m, acionada por pistão hidráulico. A entrada é protegida com uma grade fina, confeccionada em barras de aço com abertura de 35 mm posicionada a 75º, tem 2,90m de altura 1,50m de largura.
Durante a visita foi possível verificar a construção de uma estrutura de equilíbrio, chamada de chaminé, que segue de uma tubulação menor em relação a sua entrada. Perto da casa de máquinas a tubulação sofre derivações de diâmetro menor, quando finalmente cada qual atinge a turbina. Tem a função de equilibrar as pressões no conduto forçado e nas rejeições de carga das maquinas, tem um diâmetro interno de 3,00m com altura interna de 27,00 m. Tem um arranjo misto com base de concreto e a parte cilíndrica em chapas metálicas e segue ilustrado a seguir.
Figura 4 - Estrutura de equilíbrio (chaminé)
Fonte: Primária (2013)
O conduto forçado parte da chaminé de equilíbrio e inicia com diâmetro de 0,85m com extensão de 274,95m até a bifurcação, a partir daí bifurca para duas tubulações com diâmetro de 0,60m com extensão de 20,00m (2x10m), até encontrar as turbinas instaladas no interior da casa de máquinas.
Figura 5 – Conduto
Fonte: Primária (2013)
A casa de máquinas está localizada no rio Vermelho na margem direita do rio, construída toda em concreto estrutural, aproveitando assim com esta configuração uma queda bruta de 146,45m, no interior desta estão instaladas duas turbinas tipo Francis Simples de eixo horizontal, a estas estão acoplados geradores síncronos tendo como potência total instalada de 2.400 KW (2.4 MW).
Figura 6 - Casa de máquinas
Fonte: Primária (2013)
Na imagem podemos verificar a casa de máquinas conforme supracitado. Parte da água é utilizada para resfriamento da estrutura, conforme podemos perceber na imagem abaixo sendo a água que sai da parte superior da estrutura e logo abaixo foram construídas duas bases para reduzir a turbulência gerada pela estrutura.
Figura 7 – Saído de água da casa de máquinas
Fonte: Primária (2013)
O controle da casa de máquinas é realizado através de um terminal que contém todas as informações necessárias para sua administração conforme apresentado na imagem a seguir.
Figura 8 – Controle dos geradores e turbinas
Fonte: Primária (2013)
A PCH Rio Vermelho estudada acima foi apresentada durante a visita e possui capacidade instalada de 2,4MW. A seguir descreveremos a CGH que também obtivemos a oportunidade de conhecer e capturar informações.
CGH Rio Vermelho
Apresenta-se a seguir a barragem da CGH, onde podemos perceber que parte da vazão da água do rio se mantem com passagem acima da barragem.
Figura 9 – Barragem CGH
Fonte: Primária (2013)
Ao passar pela barragem notou-se que parte da água que passava pelo conduto era despejada novamente no rio, esse fato se deve para o rio sempre contenha o mínimo de vazão, necessária para sua manutenção. Na figura inserida a seguir pode-se verificar o final da barragem e parte da água sendo direcionada ao rio.
Figura 10 – Vazão de água da barragem da CGH
Fonte: Primária (2013)
Na CGH o controle é realizado através do painel apresentado abaixo, tendo uma estrutura bem mais simplificada do que a PCH.
Figura 11 – Painel de controle CGH
Fonte: Primária (2013)
Ao adentrar a estrutura podemos ver o painel de controle e o gerador fabricado pela WEG.
Figura 12 – Gerador WEG
Fonte: Primária (2013)
Descendo pela lateral do gerador obtivemos acesso à estrutura da turbina da CGH do tipo Kaplan com ajuste das pás do rotor. A estrutura externa que realiza o ajuste das pás está ilustrada a seguir.
Figura 13 – Ajuste de pás da turbina
Fonte: Primária (2013)
Para a realização dos ajustes das pás existe uma estrutura hidráulica que pode ser vista na imagem a seguir. Esse ajuste permite o ajuste do ângulo das pás de modo a tornar a estrutura mais eficaz.
Figura 14 – Sistema de ajuste da angulação das pás
Fonte: Primária (2013)
Conforme será descrito a seguir o projeto prevê a instalação de outras sete com potência total instalada de 25,65MW que acabou se enquadrando nas PCH, consideradas até 30MW.
Investimentos previstos
Há uma previsão de outras sete PCH's que juntas somarão uma potência instalada de 25,65MW, com média gerada de 14,11 MW, que quanto relacionado ao consumo médio de uma residência, poderá atender 66.000 residências equivalentes a cerca de 185 mil habitantes.
Descrevemos a seguir os dados de cada uma das sete PCH'S para melhor compreensão.
PCH Rio Vermelho I
Potencia instala de 3,15MW
Queda bruta de 116,20 metros
Vazão de 3,27 m³/s
Área alagada de 0,11 ha
PCH Rio Vermelho II
Potencia instala de 2,35MW
Queda bruta de 87 metros
Vazão de 3,33 m³/s
Área alagada de 0,07 ha
PCH Rio Vermelho III
Potencia instala de 2MW
Queda bruta de 43,05 metros
Vazão de 5,74 m³/s
Área alagada de 0,72 ha
PCH Rabo do macaco
Potencia instala de 5,7MW
Queda bruta de 106,95 metros
Vazão de 6,28 m³/s
Área alagada de 0,98 ha
PCH Rio das pacas
Potencia instala de 2,1MW
Queda bruta de 35 metros
Vazão de 7,25 m³/s
Área alagada de 2,08 ha
PCH Escola rio natal
Potencia instala de 3,1MW
Queda bruta de 51,10 metros
Vazão de 7,29 m³/s
Área alagada de 2,7 ha
PCH Rio natal I
Potencia instala de 8,25MW
Queda bruta de 660 metros
Vazão de 1,48 m³/s
Área alagada de 4,02 há
Ao concluir as sete PCH o complexo terá potência instalada de 25,65 MW gerando uma potência média de 14,11MW e gerando mensalmente 10.157MWh. A imagem a seguir foi retirada da apresentação assistida durante a visita e demonstra os dados do complexo hidroelétrico URVE contemplando as sete PCHs.
Figura 15 - Dados complexo URVE
Fonte: Primária (2013)
Mesmo tendo o direito de uso do rio para o bem público, o complexo URVE paga as famílias que tem qualquer interferência em suas propriedades. O pagamento já ocorre a dois anos mesmo sem a existência das PCHs, os valores são mensais e vinculados ao contrato. O total de família beneficiadas atualmente é de 16 devendo chegar o beneficio a mais 6.
A URVE possui uma área total de 741,6 há sendo 84 hectares com florestas plantadas de Pinus. Porém 88,13% da área é destinada a preservação da fauna, flora e recursos renováveis.
O aproveitamento dos rios apresentam-se bem elevados sendo de 100% do rio vermelho e 84% do rio natal conforme dados apresentados durante a visita e inseridos a seguir.
Figura 16 – Gráfico de aproveitamento dos rios
Fonte: Primária (2013)
A imagem a seguir detalha o aproveitamento do Rio natal que chega a 84%
Figura 17 – Aproveitamento do Rio Natal
Fonte: Primária (2013)
Pode-se perceber na imagem um alto grau de aproveitamento da queda do rio natal, porém há um aproveitamento ainda maior no rio vermelho considerando-se 100%
Figura 18 - Aproveitamento do Rio Vermelho
Fonte: Primária (2013)
Identifica-se durante a visita e a apresentação de informções o alto grau de comlexidade e estudo do empreendimento, aproveitando ao máximo as quedas. Também nota-se isso ao verificar a área alagada pelas PCHs sendo muito menores do que o permitido.
Figura 19 - Área alagada x Área alagada permitida
Fonte: Primária (2013)
Identifica-se na imagem o baixo impacto das PCHs se comparado ao permitido. As barras em vermelho apresentam à área que se tem previsão de alagamento e em azul a área total permitida. Não há dúvidas que o projeto buscou o menor impacto possível para o desenvolvimento das PCHs.
Para a construção das PCHs, algumas preveem a criação de passagem por dentro das rochas, sendo estas realizadas através de um equipamento adquirido pela URVE. O equipamento chama-se TBM e será utilizado para perfuração de mais de 8 km de túneis. A imagem a seguir apresenta o equipamento adquirido.
Figura 20 – TBM
Fonte: Primária (2013)
Com o equipamento torna-se possível realizar a perfuração de túneis de modo rápido e com impactos muito menores do que os causados por explosões ou outros meios de perfuração.
Turbinas
A URVE terá três modelos de turbinas existentes, sendo os modelos
Francis
Kaplan
Pelton
Os modelos de turbinas são diferentes porque são projetadas de acordo com as características de relevo e queda.
As turbinas Francis, aplicadas na PCH Rio Vermelho de 2,4 MW e ideais para as futuras PCH Rio Vermelho I – II – III, PCH Rabo do Macaco, PCH Rio das Pacas, PCH Escola Rio Natal. Trabalham com queda de 40 a 400 metros.
A turbina Pelton será utilizada na PCH Rio Natal e são ideias para quedas de 350 a 1100 metros.
A turbina Kaplan já é utilizada na PCH Rio Vermelho, e são adequadas para quedas abaixo de 60m.
Responsabilidade Ambiental
Em todos os anos de sua existência e principalmente na geração de energia, a localidade teve grande desempenho social e ambiental para a região, este se deve ao respeito imposto pelos gestores do local, com programas de acompanhamentos da preservação da fauna e flora, através de proibição de atividade de caça, resgate da flora da região alagada sendo devidamente replantadas as margens do rio vermelho, e plantio de 18334 novas mudas, conforme solicitação da FATMA. Este numero já foi superado até a presente data em aproximadamente em 2,5 vezes.
As aves existentes na região ganharam com os lagos formados pelas barragens uma espécie de refúgio para sua existência assim como a preservação e ampliação da região florestal possibilitou a conservação da fauna característica da região, conforme observado através de registros fotográficos de câmeras espalhadas na mata que fazem estes registros através de sensores de presença.
Sem dúvida a poluição é um ponto preocupante a preservação do meio, por este motivo constantemente são efetuadas limpezas nas barragens da PGH e CGH dos materiais jogados no leito do rios e nas ruas que através da chuva acabam entrando nos rios.
CONCLUSÃO
REFERÊNCIAS
URVE, Usina Rio Vermelho de Energia Ltda. Disponível em: . Acesso em 17 nov. 2013.
