Este documento apresenta um caso prático sobre o projeto de uma pequena usina hidrelétrica na cidade de Urcos, Peru. Os objetivos são dimensionar os componentes da usina, determinar a potência instalada e produção anual, e realizar um estudo de viabilidade econômica utilizando o programa RETScreen. Dados técnicos como vazões, características do açude e canal de derivação são fornecidos para auxiliar no projeto.

1. Caso Prático 1
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Caso Prático
PEQUENAS USINAS HIDRELÉTRICAS

2. Caso Práctico 2
Caso Prático
PEQUENAS USINAS HIDRELÉTRICAS
OBJETIVOS
Com a resolução deste caso pratico pretende-se que o aluno possa realizar um estudo prévio de
viabilidade tanto técnica quanto econômica da implantação de uma pequena usina hidráulica em
uma localidade concreta, aplicando os conteúdos desenvolvidos no documento base do módulo
“Energia Mini hidráulica” ou “Small Hydro Energy”. As tarefas a determinar são:
Determinar o valor da queda bruta e líquida disponível.
Dimensionar os seguintes componentes: canal de derivação e conduto forçado
Determinar o tipo de turbina hidráulica e sua velocidade específica
Determinar a relação da caixa multiplicadora de velocidade
Determinar a potencia elétrica instalada da usina e a produção elétrica anual no ponto de
conexão com a empresa distribuidora de energia
Determinar: Fator de capacidade, índice de energia, índice de potencia e horas equivalentes
de funcionamento
Realizar um estudo de viabilidade econômica utilizando o programa RETScreen, obtendo o
VAL e o TIR a 15 anos e o ‘Pay-Back’.
Conclusões
ENUNCIADO
Projeto de uma pequena usina hidráulica tipo corrente com canal de derivação nas
proximidades da cidade de Urcos, capital da província de Quispicanchi, Departamento
de Cuzco, Peru. A cerca de 40km ao SE da cidade de Cuzco. O rio é o Vilcanota
(Willcamayo em quéchua).
O açude de concreto se encontra situado a uma quota de 3112,5 m.sn.m e não é
considerado para a regulação da vazão. Sua função será a de reter um pequeno volume
de água. A água, que não é derivada, corre pelo vertedouro de coroação a uma altura de
2,5m e uma quota de 3115 m.s.n.m e segue seu curso normal. Precisará de comportas
para a regulação.
O perfil do vertedouro é de tipo parabólico e dispõe de uma bacia de amortecimento de
trampolim submergida. Figura 1.

3. Caso Práctico 3
Figura 1. Detalhe do perfil do açude com vertedouro tipo parabólico
O açude possuirá duas descargas de fundo e em sua embocadura estará situada uma
válvula de fluxo oco para proceder ao esvaziamento quando se realizem operações de
limpeza (segundo a normativa de represas) (figura 2).
Figura 2. Localização das descargas de fundo no açude
O açude permite a captação da vazão de desenho, com sua correspondente tomada de água situada
na margem esquerda. A escada de peixes, tipo labirinto, estará situada na margem direita e formada
por oito degraus com uma altura de 30 cm cada. O comprimento em coroação do vertedouro é de
20m, sendo o comprimento total até os extremos dos estribos de 40m.
3 m
2,5 m

4. Caso Práctico 4
Pra regular a vazão derivada, estabelece-se uma comporta na entrada da tomada provida também
de uma grade para evitar a entrada de obstáculos.
Da tomada de água parte um canal aberto com forma retangular de concreto armado, construído
sobre a rocha, com um comprimento total de 1814m e com uma inclinação de 0,5 metros por mil,
até a câmara de carga da qual parte um conduto forçado de aço até o edifício da usina, construída
por um único trecho reto de comprimento 189m. O edifício da usina estará situado na margem
esquerda do rio, a uma quota de 3104,3 m.s.n.m. Uma vez turbinada, a água é devolvida ao curso do
rio através de um canal de descarga a uma quota de 3103 m.s.n.m.
A central projetada se conectaria através de uma linha aérea elétrica a 15 kV, com um comprimento
de 3 km, a uma subestação localizada na população de Churubamba.
Em anexo segue um arquivo tipo *.kmz (Google Earth) (figura 3) e uma imagem em formato .jpg
com a localização (figura 4).
Figura 3. Vista aérea da localização.

5. Caso Práctico 5
Figura 4. Detalhe da localização do diferentes elementos.
Os dados de vazões média mensais (Tabela 1) podem ser obtidos da estação hidrométrica mais
próxima a nossa central, que é a de Pisac, a uma quota de 2971 m.s.n.m (13º26’latitude,
71º51’’longitude) e que dispõe de um medidor com forma de vertedouro de parede fina com
linígrafo. O operador da estação hidrométrica é a SENAMHI. A precipitação média anual na bacia do
rio Vilcanota é de 811 mm. A superfície da bacia é de 6911 km2.
A vazão ecologia que concebemos, em observância ao previsto pelo Organismo da bacia hidrográfica
ANA (Autoridade Nacional de Água do Peru), no trecho do rio aceito para manter o habitat da área é
de 60% da vazão média do rio, durante todos os meses do ano.
DADOS DE VAZÕES NATURAIS DA ESTAÇÃO DE PISAC (M3/S)
Os dados de vazões naturais da estação de Pisac procedem do relatório da EGEMSA de junho de
2004.
Rio Vilcanota
Comporta

6. Caso Práctico 6
Tabela 1. Dados de vazões médias mensais.
A concessão de água permitida pelo Organismo da Bacia Hidrográfica ANA no Peru é de 3,78 m3/s.
Portanto, este valor será a vazão de equipamento Qe de nossa usina. Observando os valores médios
de vazões disponíveis em todos os meses do ano, a disponibilidade desta vazão durante todo o ano
é de 100%.
DADOS:
Para dimensionar o canal de derivação:
I = Inclinação longitudinal = 0,5 metros por mil
n = coeficiente de rugosidade de Manning. Para revestimento de concreto 0,014
V = velocidade média de circulação da água pelo canal. Toma-se 1,37 m/s
Longitude= 1814m
Seção retangular de concreto armado
Aplicar a condição de seção mais econômica
Para o dimensionamento do conduto forçado
Comprimento 189m
Conduto de aço dúctil
Velocidade máxima da água por seu interior 4 m/s
P: pressão interior da água considerando sobrepressão por golpe do martelo de água
(normalmente 6. 105 N/m2)
σadm: tensão admissível de calculo (para o aço toma-se um valor de 2400 N/m2)

7. Caso Práctico 7
Dados do gerador síncrono:
Velocidade síncrona = 1500 rpm (2 pares de pólos)
Tensão nominal = 3kV
Rendimento = 0,97
cosφ = 0.88
Auto-excitação com excitatriz e diodos giratórios
Dados de rendimento
Rendimento do conduto hidráulico = 0,92
Rendimento caixa multiplicadora de velocidade = 0,97
Autoconsumo de 2% da potencia instalada = ( auto = 0,98)
Rendimento do transformador principal de TP= 0,98
Rendimento da linha elétrica de saída L= 0,96
O equipamento eletromecânico estará formado pelos seguintes elementos
Transformador principal de 3/15 kV. Grupo de conexão Dyn11
Linha elétrica aérea de 15 kV, comprimento 3km (até o povoado de Churubamba)
Transformador de serviços auxiliares de 50kVA
Equipamentos elétricos auxiliares e de tele-mando e controle
Comportas (escada para peixes, tomada de água, câmara de carga e canal de restituição)
Grupo óleo-hidráulico
Válvula de descarga de fundo
Válvula esférica na entrada da turbina
Ponte guindaste
Bancada de baterias
Dados para o estudo de viabilidade econômica
A estimativa de custo do investimento será obtida através do seguinte gráfico (figura 5):
Figura 5. Estimativa de custo de investimento

8. Caso Práctico 8
Preço venda do MWh 91 $/MWh (*)
Custo de operação e manutenção (2%
do custo de investimento))
Relação de dívida 80%
Taxa de juros da dívida 2,5%
Duração da dívida 10 anos
Vida útil 40 anos
(*) O preço de venda do MWh é um valor adotado segunda a tarifa atual de eletricidade no Peru
Para a análise financeira, deverá ser utilizado o programa RETScreen da Natural Resources Canada
(http://www.retscreen.net).
Resolva o caso e compare com a resposta do caso resolvido que será entregue a você (esta atividade
não é avaliável).