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Este documento discute a viabilidade de instalar uma central hidrelétrica (cgh) na fazenda mineração bom jesus, localizada em luziânia, goiás, para alimentar uma bomba hidráulica que bombeia água para uma futura fábrica de água mineral. O texto explica os componentes de um sistema de bombeamento hidráulico, as bombas hidráulicas e suas propriedades, e o processo de dimensionamento de uma bomba e tubulação. O documento também discute as perdas de carga nas tubulações e a importância de conhecer as propriedades do fluido.
Tipologia: Resumos
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Monografia submetida ao curso de Engenharia de Energia da Universidade de Brasília, como requisito parcial para obtenção do Título de Bacharel em Engenharia de Energia. Orientador: Prof. Dr. Rudi Henri Van Els
Brasília 2015
Aluna: Vanessa de Oliveira Ribeiro
Monografia submetida como requisito parcial para obtenção do Título de Bacharel em Engenharia de Energia da Faculdade UnB Gama - FGA, da Universidade de Brasília, em 07/ 12/2015 apresentada e aprovada pela banca examinadora abaixo assinada:
Prof. Dr: Rudi Henri Van Els, UnB/ FGA Orientador
Prof. Doutor: Luciano Gonçalves Noleto, UnB/ FGA Membro Convidado
Prof. Doutor: Augusto César de Mendonça Brasil, UnB/ FGA Membro Convidado
Brasília 2015
A Deus, que com sua misericórdia e amor me sustentou até aqui. Aos meus pais, Andrea de Oliveira e Galdino Hilário, pela infinita compreensão diante dos meus sentimentos aflorados quando passava por alguns desafios durante a graduação, eu os amo e os admiro. Obrigada por toda palavra de incentivo, pela paciência e amor, por sempre me darem a liberdade de ser e fazer aquilo que o meu coração mandava, a vocês o meu amor e gratidão para sempre.
Aos meus familiares e amigos de longa data que estiveram do meu lado durante toda a minha graduação sempre acreditando em meu potencial. Em especial minha amiga Mariana Vasconcelos de Castro, que sempre me deu apoio desde o Ensino Médio e o meu amigo Paulo Henrique Castro dos Santos que durante grande parte da graduação esteve ao meu lado me apoiando, sendo um grande amigo e companheiro.
Ao meu amigo de graduação Diego Cardoso de Souza por me motivar a não desistir em nenhum momento e com sua fé em Deus me inspirar a acreditar em minha capacidade.
Ao meus amigos de trabalho Rodrigo e Zenaildo que me ajudaram muito e com muita paciência me deram apoio técnico de excelência.
Aos Professores Doutores da UnB do Gama, Augusto Brasil e Luciano Noleto pelos auxílios e conhecimentos repassados para este trabalho.
Ao meu orientador Professor Doutor Rudi Henri Van Els que com toda paciência e solidez me orientou na realização desse trabalho.
A todos os que estiveram comigo direta ou indiretamente durante os anos de graduação, obrigada.
With the increased use of Electricity in Brazil small hydroelectric power generation facilities have been gaining strength in the Brazilian energy matrix, becoming thus a renewable resource to be used as an alternative energy source. This study was to analyze the viability of implantation of a small hydro plant as an alternative to power a hydraulic pump that will capture water from a spring and will pump at a constant flow rate of 10 m3/h to a stainless steel tank with 12 m3 capacity, which will be installed in a future factory of mineral water. The use study is the farm Mineração Bom Jesus, in the municipality of Luziânia, state of Goiás. The development of this work was based on theoretical studies to estimate the hydropower produced by a waterfall, through data flow of the course existing water in place of 0.3032 m3/s and drop height of 8.4 meters. After lifting all the necessary data, it was found that the hydropower generated is a maximum of 25 kW, which ranks the small hydropower plant as the micro type and low head, because the power found is less than 100 kW. The turbine was chosen to Indalma and have a maximum power of 4.04 kW, from that information set up the diameter of the discharge piping with 21/2 "(two and a half inches) and suction with 3" (three inches ), it had a lower pressure drop for the system which influence the choice of a pump of the ME 2350 model Schneider manufacturing company, with an output of 3.7 kW, within the power limit Indalma generated by the turbine, indicating feasibility of installation of the micro to the hydraulic pump power. The total project cost is R$ 140,297.11. The payback is about 9 years .The installation of the micro provide financial improvements, for the generation of electric energy supply the consumption of the pump and will also bring environmental and marketing benefits to future plant.
Keywords : Hydroelectric micro-station. Hydraulic pump. Hydroelectric potential.
ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica CGH - Central de Geração Hidrelétrica LTDA - Limitada EPE - Empresa de Pesquisa Energética PNUMA - Programa das Nações Unidas para o meio ambiente G1 - Fonte Gênesis 1 G2 - Fonte Gênesis 2 TCC2 - Trabalho de Conclusão de Curso 2 NBR – Norma Brasileira
A Fazenda Mineração Bom Jesus, objeto de estudo deste trabalho, será futuramente uma fábrica de água mineral, fato que demonstra a importância de se analisar de viabilidade na instalação de uma CGH para que toda a energia elétrica gerada alimente uma bomba hidráulica que mandará água para o processo industrial, esse bombeamento será de fundamental importância para a boa eficiência da fábrica.
Os aproveitamentos hidrelétricos de médio e pequeno porte estiveram em operação até as primeiras décadas do século, mas no período depois da guerra mundial fez com que esses empreendimentos aumentassem sua capacidade de produção de energia elétrica, aumentando assim o porte, porém, ao passar dos anos percebeu-se que os altos custos de construção e os impactos ambientais gerados pelas hidrelétricas de grande porte, foram fatores que fizeram com que as atenções fossem voltadas novamente para as centrais de geração hidrelétrica, pois são vantajosas tanto para uso da energia em produção isolada como para abastecer o consumo do sistema energético brasileiro, além de sua construção ser a metade do tempo da construção de uma hidrelétrica de grande porte. (BELUCO, 1994). Segundo dados da ANEEL (2015), no Brasil existem hoje aproximadamente 500 centrais de geração hidrelétrica (CGH), totalizando uma potência de 330.019,05 kW , essas são miniusinas com potência de até 1 MW, representando 0,24 % da matriz energética, dado esse que em 2011 representava apenas 0,11%. Dessas 500 CGH’s, 12 são do Estado de Goiás, estado onde esse estudo está sendo realizado, com os dados presentes na Tabela 1 observa-se que essas CGH’s geram juntas 6.454,52 kW de potência instalada somente no estado de Goiás, o que corresponde a 1,95 % da potência total instalada no Brasil pelas CGH’s (ANEEL, 2015).
Tabela 1 : Centrais de Geração Hidrelétrica no Estado do Goiás.
Usina
Potência Outorgada (kW) Município Agropecuária Rio Paraíso 302 Jataí - GO Cachoeira do Ronca (Antiga Mosquito) 900 Campos Belos - GO do Candeeiro 270 Doverlândia - GO Eletrocéu 296 Chapadão do Céu - GO Fazenda Rancho Alegre e Fazenda Caraibinha 79,
Alto Paraíso de Goiás - GO Gameleira 990
Gameleira de Goiás - GO Mãe Benta 750 Niquelândia - GO PG2 288 Ipameri - GO Rio Bonito II^600 Caiapônia^ -^ GO Saia Velha 360
Valparaíso de Goiás - GO São Bento 622,4 Catalão - GO Usina do Rio Bonito I 997 Caiapônia - GO Fonte: ANEEL, 2015.
Nem todas as microcentrais hidrelétricas estão registradas devido a dificuldade da Aneel em mapear todos esses empreendimentos, pois a maioria delas estão em propriedades privadas ou têm difícil acesso (ALVES, 2007).
A viabilidade na instalação de uma central hidrelétrica pode ser de rápida aprovação pois está embasada em alguns incentivos por parte do governo, como é o caso do Decreto nº. 2003/1996, onde diz que os aproveitamentos de potenciais hidráulicos de até 1 MW independem de concessão ou autorização, porém devem ser comunicados ao órgão regulador e fiscalizador do poder concedente para fins de registro que podem ser destinados para fins de uso exclusivo e outro para comercializar no mercado a energia elétrica produzida na central hidrelétrica, para isso os empreendedores devem apresentar diversos documentos, e se dispõe a aproveitar um potencial hidráulico para aproveitar a energia gerada, descontos que podem chegar até 50% nas tarifas que incidirem sobre o estabelecimento (ANEEL, 2011). A Eletrobrás (2013) classifica as Centrais de Geração Hidrelétrica como micro, mini ou pequenas, e a altura de queda de projeto como baixa, média ou alta. Na Tabela 2 é possível, com os dados de potência hidráulica e altura da queda de projeto, do local em que está sendo realizado o estudo, pode-se classificar o empreendimento.
Para o dimensionamento do sistema de bombeamento parte-se dos conceitos do autor Macintyre para tratar do dimensionamento da central hidrelétrica, tipo de turbina e bombas, bem como conceitos acerca do sistema de bombeamento. Com o intuito de analisar a pré-viabilidade para a implantação de uma CGH como alternativa para alimentação de uma bomba hidráulica que captará a água de uma fonte e bombeará até um tanque reservatório, bem como colocar em seus processos a questão da energia renovável, que está inserida a metodologia desenvolvida neste trabalho.
No que tange à organização, este trabalho está dividido em capítulos, na qual o Cap. 1 apresenta o contexto, motivação, justificativa, os objetivos gerais e específicos e por fim, a metodologia utilizada. No Cap.2 são trazidos os conceitos básicos necessários para entendimento das questões discutidas no estudo na forma de revisão bibliográfica. O Cap.3 consiste na descrição do local onde é feito o presente estudo acerca da viabilidade de se instalar um central de geração hidrelétrica e o sistema de bombeamento. No Cap. 4 fala-se sobre os principais componentes de um sistema de bombeamento e seus conceitos, calcula-se também as velocidades de recalque e sucção, perda de carga para dois casos de diâmetro de tubulação. O Cap. 5 apresenta os principais conceitos acerca de central de geração hidrelétrica. Os resultados e discussão são apresentados no Cap.6, já no Cap. 7 estão as considerações finais do trabalho de conclusão de curso.
Neste Capítulo são apresentados os principais conceitos acerca do tema deste trabalho de conclusão de curso, primeiramente, explica-se a classificação das máquinas hidráulicas e suas aplicações, em segundo está a explicação de bombeamento hidráulico e seus principais componentes por fim uma abordagem de como é uma Central de Geração Hidrelétrica.
2.1 CLASSIFICAÇÃO DAS MÁQUINAS HIDRÁULICAS
As máquinas hidráulicas, segundo MACINTYRE 1987, são classificadas em três principais grupos: Máquinas motrizes: que transformam energia hidráulica em energia mecânica (turbinas); Máquinas geratrizes ou operatrizes: que convertem energia mecânica em energia hidráulica (bombas); Máquinas mistas: que convertem a forma da energia hidráulica disponível (carneiro hidráulico, ejetores etc).
2.1.1 Máquinas motrizes
São máquinas que transformam a energia hidráulica fornecida por meio de um fluxo de água em trabalho mecânico, de um modo geral se destinam a acionar outras máquinas elétricas, como geradores de energia elétrica. Dois tipos principais de máquinas motrizes serão descritos abaixo:
2.1.1.1 Turbinas hidráulicas
Nesse tipo de máquina o escoamento da água se dá em canais formados por pás curvas, dispostas simetricamente em torno de um eixo móvel, e que constituem o rotor ou o receptor e um eixo fixo chamado de distribuidor que exerce sobre o líquido motor uma ação diretriz, e o conduz ao eixo móvel, conseguem que a ocorrência de algumas formas advindas da velocidade de escoamento, determine um conjunto de rotação que
