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Comitê Diretor do CERPCH
Director Committee
CEMIG / FAPEPE / IEE-USP / FURNAS /
IME / ELETROBRAS / ANEEL / MME
Comitê Editorial
Editorial Committee
Presidente - President
Geraldo Lúcio Tiago Filho - CERPCH/UNIFEI
Editores Associados - Associated Publishers
Adair Matins - UNCOMA - Argentina
Alexander Gajic - University of Serbia
Alexandre Kepler Soares - UFMT
Ângelo Rezek - ISEE/UNIFEI
Antônio Brasil Jr. - UnB
Artur de Souza Moret - UNIR
Augusto Nelson Carvalho Viana - IRN/UNIFEI
Bernhard Pelikan - Bodenkultur Wien - Áustria
Carlos Barreira Martines - UFMG
Célio Bermann - IEE/USP
Edmar Luiz Fagundes de Almeira - UFRJ
Fernando Monteiro Figueiredo - UnB
Frederico Mauad - USP
Helder Queiroz Pinto Jr. - UFRJ
Jaime Espinoza - USM - Chile
José Carlos César Amorim - IME
Marcelo Marques - IPH/UFRGS
Marcos Aurélio V. de Freitas - COPPE/UFRJ
Maria Inês Nogueira Alvarenga - IRN/UNIFEI
Orlando Aníbal Audisio - UNCOMA - Argentina
Osvaldo Livio Soliano Pereira - UNIFACS
Regina Mambeli Barros - IRN/UNIFEI
Zulcy de Souza - LHPCH/UNIFEI
Editorial
Editorial
P&D
R&D
Agenda 09
Schedule
Prof. François AVELLAN, EPFL École Polytechnique Fédérale de Lausanne,
Switzerland, [email protected], Chair;
Prof. Eduardo EGUSQUIZA, UPC Barcelona, Spain, [email protected], Vice-Chair;
Dr. Richard K. FISHER, VOITH Hydro Inc., USA, [email protected], Past-Chair;
Mr. Fidel ARZOLA, EDELCA, Venezuela, [email protected];
Dr. Michel COUSTON, ALSTOM Hydro, France, [email protected];
Dr. Niklas DAHLBÄCK, VATENFALL, Sweden, [email protected];
Mr. Normand DESY, ANDRITZ Hydro Ltd., Canada, [email protected];
Prof. Chisachi KATO, University of Tokyo, Japan, [email protected];
Prof. Jun Matsui, Yokohama National University, [email protected];
Dr. Andrei LIPEJ, TURBOINSTITUT, Slovenija, [email protected];
Prof. Torbjørn NIELSEN, Norwegian University of Science and Technology, Norway,
[email protected];
Mr. Quing-Hua SHI, Dong Feng Electrical Machinery, P.R. China, [email protected];
Prof. Romeo SUSAN-RESIGA, “Politehnica” University Timisoara, Romania, [email protected];
Prof. Geraldo TIAGO F°, Universidade Federal de Itajubá, Brazil, [email protected].
Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca Mauá –
Bibliotecária Margareth Ribeiro- CRB_6/1700
R454
Revista Hidro & Hydro – PCH Notícias & Ship News, UNIFEI/CERPCH,
v.1, 1998 -- Itajubá: CERPCH/IARH, 1998 – v. 67, n. 4, out./dez. 2015.
Expediente
Editorial
Tradução
Impressão
04
Brasil e Reino Unido firmam parceria em prol
das energias hidrocinéticas e oceânicas
Brazil and the United Kingdom have partnered
for hydrokinetic and oceanic plants
TECHNICAL COMMITTEE
Editor
Coord. Redação
Jornalista Resp.
Redação
Projeto Gráfico
Diagramação e Arte
03
Geraldo Lúcio Tiago Filho
Camila Rocha Galhardo
Adriana Barbosa MTb-MG 05984
Adriana Barbosa
Camila Rocha Galhardo
Net Design
Lidiane Silva
Joana Sawaya de Almeida
Editora Acta Ltda
Trimestral.
Editor chefe: Geraldo Lúcio Tiago Filho.
Jornalista Responsável: Adriana Barbosa – MTb_MG 05984
ISSN 2359-6147 / ISSN 1676-0220
1. Energia renovável. 2. PCH. 3. Energia eólica e solar. 4. Usinas hi_
drelétricas. I. Universidade Federal de Itajubá. II. Centro Nacional de Re_
ferência em Pequenas Centrais Hidrelétricas. III. Título.
Hidro&Hydro - PCH Notícias & SHP News
é uma publicação trimestral do CERPCH
The Hidro&Hydro - PCH Notícias & SHP News
is a three-month period publication made by CERPCH
Tiragem/Edition: 6.700 exemplares/issues
contato comercial: [email protected] / site: www.cerpch.org.br
Universidade Federal de Itajubá
Av. BPS, 1303 - Bairro Pinheirinho
Itajubá - MG - Brasil - CEP: 37500-903
e-mail: [email protected]
[email protected]
Fax/Tel: +55 (35)3629 1443
2
ISSN 2359614-7
9 772359 614009
00067
EDITORIAL
HIDRO&HYDRO | ISSN 2359-6147
Prezado Leitor,
Letter from the Editor,
Nesta edição, a revista traz uma matéria sobre elaboração de um
estudo que o CERPCH está fazendo para Eletrobras - Eletronorte com o
financiamento da embaixada do Reino Unido, sobre o potencial hidrocinético
remanescente a jusante de duas Hidrelétricas - UHEs na região norte.
O estudo está na fase de conclusão e os resultados serão apresentados
em 2016, a matéria mostra ainda, os projetos e pesquisas desenvolvidos
por instituições do Reino Unido aos pesquisadores brasileiros durante a
missão realizada.
Objetivando, desde sua criação, a disseminação de informação e
pesquisas, o CERPCH ao longo desses dezessete anos vem buscando
proporcionar aos seus leitores uma opção de leitura de artigos técnicos e
matérias que possam contribuir como fonte de consultas para estudantes,
profissionais e pesquisadores.
Por fim, agradecemos os nossos colaboradores, empresas e anunciantes
pela parceria e desejamos a todos Boas Festas.
Within this edition, our magazine brings you a piece on the elaboration
of a study CERPCH is carrying out for Eletrobras-Eletronorte, financed by
the British Embassy. The study is on the remaining hydrokinetic power
downstream two Hydropower Plants (UHEs) in Northern Britain.
The study is being concluded and the results will be presented in
2016. The piece also presents projects and research done by British
Institutions for Brazilian researchers during the mission.
Since its conception, the objective has been to disseminate
information and research. Over the last seventeen years, CERPCH has
sought to provide its readers with an option for reading technical articles
and pieces that can be a contribution to students, professionals and
researchers.
Lastly, we would like to thank our collaborators, companies and
advertisers for partnering with us. Happy Holidays.
Apoio:
IAHR DIVISION I: HYDRAULICS
TECHNICAL COMMITTEE: HYDRAULIC MACHINERY AND SYSTEMS
3
P&D
HIDRO&HYDRO, 67, (4), OUT,NOV,DEZ/2015
BRASIL E REINO UNIDO FIRMAM PARCERIA EM PROL
DAS ENERGIAS HIDROCINÉTICAS E OCEÂNICAS
Da redação
Legenda: Lagoa artificial na baia de Swansea, País de Gales, que permitirá
uma geração de 320 MW. Previsão de operação da Central em 2021, com
um investimento de 1,3 bilhões de Libras.
Legenda: Artificial pond in Swansea Bay, Wales, which will allow for a
320 MW generation. Plant operation expected in 2021, with 1.3 billion GBP
invested.
Em abril de 2015 a Embaixada Britânica firmou uma parceria
com a Universidade Federal de Itajubá para elaboração de um
estudo sobre o potencial hidrocinético remanescente a jusante de
duas Hidrelétricas - UHEs na região norte.
O estudo permitiu o diagnóstico e modelagem computacional
dos leitos dos rios e os pontos de interesse para instalação de
parques hidrocinético e também possibilitou a realização de
uma missão técnica ao Reino Unido de uma comitiva brasileira
para busca de tecnologias aplicáveis a geração de energias
hidrocinética e oceânica.
A comitiva foi composta por membros do CERPCH/UNIFEI
– professor Gerado Lucio Tiago Filho, Eng. Msc Antonio Barket
Bottan e Msc Camila Rocha Galhardo, da Universidade Federal
de Maranhão UFMA Prof. Osvaldo Saavedra e Prof. Marcio Vaz,
Eletronorte – Msc Neuza Lobato e Pedro Igor Moreira e Embaixada
Britânica – Thais Oliveira e Adriana Correia.
4
Durante a missão foram visitados quatro polos tecnológicos
de energias oceânicas e geração de conhecimento na cadeia
produtiva da fonte.
Orkney - Polo localizado ao extremo norte da Escócia onde
se concentram diversas empresas, universidades e centros
de pesquisa na área de energia de mares, ondas e correntes
marinhas. O governo investiu cerca de 500 milhões de libras no
polo e gera mais de 300 empregos locais, onde foram testados
modelos pré-comerciais em escala real de diversas tecnologias.
Sendo o maior modelo testado da ordem de 1 MW. A região
tem ampla experiência na indústria pesqueira em mar aberto
e petroleira com mão de obra especializada que permitiu a
realização de testes em condições reais.
Swansee – Cidade no país de Gales que tem um projeto
piloto de instalação de uma lagoa artificial no estuaria para
geração de energia o reservatório será de 9,5 km de perímetro,
52 km2 de área com potência estimada em 320 MW. O projeto
prevê a criação de um parque que integrará áreas de lazer para a
comunidade local e a instalação de turbinas de fluxo inverso com
diâmetro de 7,5 metros e potência de 13 MW cada. Considerado
o primeiro do mundo com essas características o projeto terá
um investimento de 1,5 bilhões de libras e é o primeiro de
uma serie já inventariada na região. A inauguração do primeiro
trecho da lagoa está prevista para 2021 a central vai gerar 1850
empregos em tempo integral durante o período de construção e
comissionamento.
Cardiff – Cidade localizada no país de Gales, onde a universidade com o mesmo nome desenvolve um projeto de 44 milhões
de libras que envolvem a criação de um centro de pesquisa em
tratamento e análise de imagens.
Utilização de impressão 3D para produção ágil de modelos
reduzidos de turbinas, a intenção é buscar um ponto de equilíbrio
para o projeto, sem super-engenharia e subengenharia.
Apresentação institucional da univers idade: Validação de
condições de contorno para modelagem, Modelagem numérica
com regressão adimensional para uma curva única, Análise
da direção do escoamento no oceano (variação de +- 20° na
direção), Introdução de regimes de ondas nos modelos e análise
dos resultados, Análise da frequência de oscilações via FFT.
Londres – A missão teve a oportunidade de visitar as
instalações do National Composites Centre, centro esse que atua
em parceria com a Atlantis no estudo de materiais para pás de
turbinas. A solução adotada é a utilização de fibra de carbono
devido resistência à corrosão, menor peso e estabilidade estrutural.
As atividades do Centro são financiadas da seguinte maneira:
Financiamento público = 25%, Financiamento empresarial = 45%
e Financiamento colaborativo por meio de P&D = 30%.
Foram visitadas também as instalações do Innovate UK,
onde o objetivo do instituto é acelerar o crescimento econômico
estimulando e apoiando inovação liderada por negócios. O instituto
dá suporte às empresas no atendimento de suas necessidades:
aumentar a competitividade, abrir novas competições, Centros
de Expertise - Equipamentos raros, Conectividade, Parcerias e
Suporte aos negócios.
Após a missão, de volta ao Brasil, os técnicos brasileiros
irão finalizar os estudos e em abril de 2016 está prevista a
apresentação dos resultados por meio de um workshop que será
realizado na sede da Eletronorte, em Brasília.
R&D
BRAZIL AND THE UNITED KINGDOM HAVE PARTNERED
FOR HYDROKINETIC AND OCEANIC PLANTS
Translation: Joana Sawaya de Almeida
In April of 2015, the British Embassy partnered with the
Federal University of Itajubá, Brazil for a study on the remaining
hydrokinetic plants downstream two Hydropower Plants (UHEs)
in the North.
The study led to the diagnosis and computer models of the
riverbeds and points of interest for the installation of hydrokinetic
parks. The partnership made it possible for a Brazilian Committee
to carry out a technical mission to the United Kingdom in search
of technologies applicable to hydrokinetic and oceanic power
generation
The committee included Professor Gerado Lucio Tiago Filho,
Antonio Barket Bottan, M.Eng., and Camila Rocha Galhardo, Msc.,
from CERPCH/UNIFEI; Professor Osvaldo Saavedra and Professor
Marcio Vaz from the Federal University of Maranhão UFMA; Neuza
Lobato, Msc. and Pedro Igor Moreira from Eletronorte; and Thais
Oliveira and Adriana Correia from the British Embassy.
During the mission, four technological hubs for oceanic energy
were visited in order to become more familiar with the source’s
productive chain.
Orkney is a hub located far north in Scotland where
companies, universities and research centers are concentrated,
all of which work with tidal, wave and sea current energy. The
government has invested £500 million (British pounds) in the
hub and will generate over 300 local jobs, where pre-commercial
life sized models of different technologies have been tested. The
largest model tested was of 1 MW. The region has vast experience
in the open-water fishing and oil industries with skilled labor,
allowing for real life testing conditions.
Swansea is a city in Wales with a pilot project for the
installation of an artificial pond in an estuary for power generation
that will have a reservoir perimeter of 9.5 km, 11, an area of 52
km2 with an estimated capacity of 320 MW. The project foresees
the creation of a park that will integrate recreational areas for the
local community and the installation of reverse-flow turbines with
7.5 meters in diameter and powering 13 MW each. Considered
the first with these characteristics in the world, the project will
have an investment of £1.5 billion and will be the first of many
inventoried in the region. The inauguration of the first stretch of
the pond is expected for 2021 and the plant will generate 1,850
full-time jobs during its periods of construction and commission.
Cardiff is a city located in Wales where the university with
the same name is developing a £44 million project involving the
creation of a research center on image processing and analysis.
With the use of 3D printing for quick production of scaled
turbine models, the intention is to search for balance in the
project, without super- or sub-engineering. The university’s
institutional presentations are: validation of contour conditions
for modeling, numeric modeling with one dimensional regression
for a unique curve, directional analysis of ocean flow (variation of
+- 20° in direction), and introduction of wave regimes in models
and result analysis, and oscillation frequency analysis via FFT.
In London, the mission had the opportunity of visiting
installations of the National Composites Centre, a center that
is partnered with Atlantis in turbine blade material studies.
The solution adopted is using carbon fiber for its resistance
to corrosion, light weight and structural stability. The center’s
activities are financed accordingly: public financing = 25%,
business financing = 45% and collaborative financing through
R&D = 30%.
The installations for Innovate UK were also visited, whose
objective is to accelerate economic growth by stimulating and
supporting innovation led businesses. The institute supports
businesses by meeting their needs for increasing competitiveness,
open new competitors, and also has expertise centers on rare
equipment, connectivity, partnerships and business support.
Once returning to Brazil from the mission, the Brazilian
technicians will finalize the results and in April 2016 will hold a
workshop at Eletronorte headquarters in Brasília.
.
Legenda: Membros da missão brasileira juntamente com pesquisadores ingleses.
Legenda: Members of the Brazilian mission with British researchers
5
CURTAS
6
HIDRO&HYDRO, 66, (3), JUL,AGO,SET/2015
R
E
P
CA
WWW.XCBPE.COM.BR
O
Ã
N
NEWS
Oferta e Demanda de Energia
O papel da tecnologia da informação
na integração dos recursos.
Gramado - RS
26 a 28 de setembro de 2016
REALIZAÇÃO
www.sbpe.org.br
[email protected]
7
AGENDA
EVENTOS LIGADOS AO SETOR DE ENERGIA - 2016
FEVEREIRO
Perú Energia
Data: 10 e 11 de fevereiro de 2016
Local: Lima/Peru
Site http://peruenergia.com.pe/2016/index.html
MARÇO
EnergyMed
Data: 31 de Março a 02 de Abril de 2016
Local: Nápoli/ Itália
Site: http://www.energymed.it/
ABRIL
VI Congresso Brasileiro de Energia Solar
Data: 04 a 07 de abril de 2016
Local: Belo Horizonte/MG
Site: http://www.abens.org.br/CBENS2016/
IFT Energy
Data: 17 a 19 de Abril de 2016
Local: Santiago/ Chile
Site: http://ift-energy.cl/
9º Simpósio Nacional de Biocombustíveis
Data: 27 a 29 de abril de 2016
Local: Teresina/PI
Site: http://agroevento.com/agenda/9-biocom/
X - SIMPÓSIO SOBRE PEQUENAS E MÉDIAS CENTRAIS
HIDRELÉTRICAS E USINAS REVERSÍVEIS
Data: 27 e 28 de abril de 2016
Local: Florianópolis – SC
Site: www.cbdb.org.br
MAIO
SolarExpo
Data: 03 a 05 de Maio de 2016
Local: Milão/ Itália
Site: http://www.solarexpo.com/
13º Encontro Nacional Agentes Setor Elétrico ENASE
Data: 04 de maio de 2016.
Local: Rio de Janeiro/RJ
Enersolar Brasil
Data: 10 a 12 de maio de 2016.
Local: São Paulo/SP
Site: http://www.enersolarbrasil.com.br
Oman Energy & Water Exhibition & Conference
Local: Muaskar Al Murtafa'a/ Oman
Site: http://www.energyandwateroman.com/en/
AWEA Windpower Expo
Local: Orlando / EUA
Site: http://www.windpowerexpo.org/
VII ENAM
Data: 23 a 25 de maio de 2016
Local: Rio de Janeiro
Site: www.enam.com.br
JUNHO
O TCS Brasil’16 – Conferência Internacional de Soluções em
Conversão Térmica e Biogás & Feira Internacional de Soluções
em Conversão Térmica e Biogás
Data: 01 a 03 de junho de 2016
Local: Foz do Iguaçu/PR
Site: http://agroevento.com/agenda/tcs-brasil16/
XI SEMEAR
Data: 2 de 3 de junho de 2016
Local: Itajubá/MG
8
HIDRO&HYDRO, 67, (4), OUT,NOV,DEZ/2015
Congresso Internacional de Biomassa – CIBIO 2016
Data: 15 e 16 de junho de 2016
Local: Curitiba/PR
Site: http://agroevento.com/agenda/cibio-2016/
Bloomberg New Energy Finance (BNEF)
Data: 16 de Junho de 2016
Site: http://go.bloomberg.com/promo/invite/160616/
Turbo Expo - Turbomachinery Technical Conference & Exposition
Data: 13 a 17 de Junho de 2016
Local: Seul / Coréia do Sul
Site: https://www.asme.org/events/turbo-expo
Power-GEN Europe
Local: Milão/ Itália
Site: http://www.powergeneurope.com/index.html
EU PVSEC | European Photovoltaic Solar Energy Conference
and Exhibition
Local: Munique/ Alemanha
Site: http://www.photovoltaic-exhibition.com/
Workshop Energia Mercado Livre – FIESP
Data: 29 de Junho de 2016
Site: http://www.fiesp.com.br/agenda/workshop-energia-junho16mercado-livre/?utm_source=fiesp&utm_medium=email&utm_
content=programacao-31.05.16&utm_campaign=workshop-energiamercado-livre
Brasil Solar Power – Conferência e Exposição
Data: 30 de Junho e 01 de Julho de 2016
Site: http://www.brasilsolarpower.com.br
JULHO
28th IAHR symposium on Hydraulic Machinery and Systems IAHR
Data: 4 a 8 de julho de 2016
Local: Grenoble/França
Site: http://www.iahrgrenoble2016.org/
World Renewable Energy Congress & Exhibition
Data: 08 a 12 de Julho de 2016
Local: Bucareste/Romênia
Site: http://www.wrenuk.co.uk/calendar.html
Power – GEN Europe
Local: Milão/Itália
Site: http://www.powergeneurope.com/
Hydro Vision International
Local: Minneapolis – USA
Site: http://www.hydroevent.com/
III SRN – Seminário de Recursos Naturais, Sustentabilidade e
Tecnologias Ambientais.
Data: 09 de agosto a 12 de agosto de 2016.
Local: Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI/EXCEN
AGOSTO
Intersolar South America
Data: 23 a 25 de agosto de 2016
Local: São Paulo
Site: http://www.intersolar.net.br/pt/inicio.html
Brazil Windpower 2016
Data: 30, 31 de agosto a 1 de setembro de 2016
Rio de Janeiro – RJ
International Group for Hydraulic Efficiency Measurement!I GHEM
-2016
Data: 24 a 26 de agosto de 2016
Local: Linz/ Áustria
Site: http://www.ighem.org/
13º COBEE
Data: 30 de 31 de Agosto de 2016
Site: http://www.cobee.com.br/
SCHEDULE
NEWS
SETEMBRO
X Conferência de Centrais Hidrelétricas, Mercado e Meio Ambiente
Data: 13 e 14 de setembro de 2016.
Local: Hotel Maksoud Plaza
Site: http://centraishidreletricas.com/
Key Energy
Data: 08 a 11 de Novembro de 2016
Local: Rimini/ Itália
Site: http://www.keyenergy.it/
DEZEMBRO
X CBPE
Data: 26 a 28 de setembro de 2016
Local: Gramado
Site: http://www.xcbpe.com.br/
Renewable Energy World International
Data: 13 a 16 de dezembro de 2016
Local: Orlando – USA
Site: http://www.rewintl.com/
XXVII Congresso Latino Americano de Hidráulica
Local: Lima/Peru
Site: http://ladhi2016.org/
Energaïa
Data: 14 a 15 de Dezembro de 2016
Local: Perols/França
Site: http://www.energaia-expo.com/
14º Utility Week
Site: www.latin-american-utility-week.com/
EVENTOS LIGADOS AO SETOR DE ENERGIA - 2017
EGÉTICA
Data: 28 a 29 de Setembro de 2016
Local: Valência/Espanha
Site: http://egetica.feriavalencia.com/
OUTUBRO
FIMAI
Data: 04 a 06 de Outubro de 2016
Local: São Paulo/ SP
Site: http://www.fimai.com.br/
RENEXPO
Local: Ausburg/Alemanha
Data: 06 a 09 de Outubro de 2016
Site: http://www.renexpo.de/
Hydro 2016
Local: Montreux/ Switzerland
Data: 10 a 12 de outubro de 2016.
Site: www.hydropower-dams.com
Seminário Nacional de Energias Renováveis
e Eficiência Energética
Data: 26 e 27 de outubro de 2016
Power- GEN Russia
Data: 25 a 27 de outubro de 2016.
Local: Moscou/Rússia
Site: http://www.powergen-russia.com/ru/
NOVEMBRO
WINDABA
Data: 02 a 04 de Novembro de 2016
Local: Cidade do Cabo/África do Sul
Site: http://www.windaba.co.za/
FEVEREIRO
Energy Now EXPO
Data: 08 a 09 de Fevereiro de 2017
Local: Telford/Reino Unido
Site: http://www.energynowexpo.co.uk/
MARÇO
Mexico WindPower
Data: 01 a 02 de Março de 2017
Local: Cidade do México/México
Site: http://www.mexicowindpower.com.mx/en
RECAM Week
Local: Cidade do Panamá/ Panamá
Site: http://www.recamweek.com/
BW Expo
Site: http://www.bwexpo.com.br/
ABRIL
POWER-GEN Brasil incorporating HydroVision Brasil
Data: 25 a 27 de Abril de 2017
Site: http://www.pennwell.com.br/pt_br/eventos-pennwell.2.leftcolumn_
aggregator.html
SETEMBRO
Husum Wind Energy
Data: 12 a 15 de Setembro de 2017
Local: Husum/ Alemanha
Site: http://www.husumwindenergy.com/
9
Presidente - President
Geraldo Lúcio Tiago Filho - CERPCH/UNIFEI
Editores Associados - Associated Publishers
Adair Matins - UNCOMA - Argentina
Alexander Gajic - University of Serbia
Alexandre Kepler Soares - UFMT
Ângelo Rezek - ISEE/UNIFEI
Antônio Brasil Jr. - UnB
Artur de Souza Moret - UNIR
Augusto Nelson Carvalho Viana - IRN/UNIFEI
Bernhard Pelikan - Bodenkultur Wien - Áustria
Carlos Barreira Martines - UFMG
Célio Bermann - IEE/USP
Edmar Luiz Fagundes de Almeira - UFRJ
Fernando Monteiro Figueiredo - UnB
Frederico Mauad - USP
Helder Queiroz Pinto Jr. - UFRJ
Jaime Espinoza - USM - Chile
José Carlos César Amorim - IME
Marcelo Marques - IPH/UFRGS
Marcos Aurélio V. de Freitas - COPPE/UFRJ
Maria Inês Nogueira Alvarenga - IRN/UNIFEI
Orlando Aníbal Audisio - UNCOMA - Argentina
Osvaldo Livio Soliano Pereira - UNIFACS
Regina Mambeli Barros - IRN/UNIFEI
Zulcy de Souza - LHPCH/UNIFEI
METODOLOGIA PARA DEFINIÇÃO DE LIMITES PARA
INDICADORES DE DESEMPENHO DE UNIDADES GERADORAS
DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS..................................................................... 7
SILVA, Juliany Martins, BRAGA, Nathália Nóbrega de Oliveira, HIRATA, Issao
MEDIÇÃO DA VAZÃO DO RIO RANCHARIA E ESTUDO DO MELHOR
APROVEITAMENTO POTENCIAL HIDRELÉTRICO DA USINA........................... 13
ALVES, Gilberto Manoel, JUNIOR, Anibal Chagas, Stahlhoefer, Marcelo, JUNIOR,
Oswaldo Honorato de Souza
DEVELOPMENT OF A PRIMARY STANDARD FLOW OF LIQUIDS
IN PIPELINES CLOSED..............................................................................18
SOUZA,Coelho Stênio Augusto de, MEINHARD, Sesselman
DISCHARGE MEASUREMENTS AT LA RANCE TIDAL POWER
PLANT USING CURRENT METERS METHOD.................................................23
ROLANDEZ, Grégory, ABGOTTSPON, André, STAUBLI, Thomas
IAHR DIVISION I: HYDRAULICS
TECHNICAL COMMITTEE: HYDRAULIC MACHINERY AND SYSTEMS
Classificação Qualis/Capes
B5
B4
ENGENHARIAS I; III e IV
Biodiversidade
Interdisciplinar
Áreas de: Recursos Hídricos
Meio Ambiente
Energias Renováveis
e não Renováveis
ISSN 1676022-0
A revista está indexada no DOI sob o prefixo 10.14268
ISSN 1676-0220
9 771676 022009
00067
ARTIGOS TÉCNICOS
Comitê Editorial
Editorial Committee
IMPLEMENTAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO CORPORATIVA EM SISTEMA
DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS (SIG) NA CELESC GERAÇÃO S.A................. 3
PEIXOTO, Ana Maria Mello, MAROSTICA, Leonardo Luiz, PIAIA, Eduarda
TECHNICAL ARTICLES
<Destaque>
Comitê Diretor do CERPCH
Director Committee
CEMIG / FAPEPE / IEE-USP / FURNAS /
IME / ELETROBRAS / ANEEL / MME
IMPLEMENTAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO CORPORATIVA
EM SISTEMA DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS (SIG)
NA CELESC GERAÇÃO S.A.
PCHNotícias&SHPNews
Publisher: Acta Editora/CERPCH
DOI:10.14268/pchn.2015.00029
ISSN: 1676-0220
Subject Collection: Engineering
Subject: Engineering, measurement
TECHNICAL ARTICLES
PEIXOTO, Ana Maria Mello, 2MAROSTICA, Leonardo Luiz, 3PIAIA, Eduarda
1
RESUMO
A proposta principal do presente projeto consistiu na implementação de uma solução corporativa em Sistema de Informações
Geográficas, visando à adequada gestão de dados espaciais temáticos referentes ao patrimônio, meio ambiente e as áreas vinculadas
às concessões das usinas hidrelétricas (Resolução ANEEL nº 501/2012). Para isso, a metodologia utilizada contemplou o levantamento
dos dados cartográficos arquivados na Celesc Geração S.A., com posterior elaboração de diagnósticos individuais dos processos de
compra ou desapropriação de cada imóvel vinculado às áreas de concessão das usinas. Também foram realizadas saídas de campo
para a coleta e atualização de dados geográficos. Na sequência os dados coletados foram organizados em um banco de dados espacial,
disponível também via web para acesso corporativo dos funcionários da empresa. Através do presente trabalho, além do atendimento a
Resolução ANEEL nº 501/2012, obteve-se um conhecimento maior dos dados espaciais referentes as 12 usinas da Celesc Geração S.A.,
facilitando os processos de consulta, otimizando o tempo e subsidiando a tomada de decisão por parte dos colaboradores da empresa.
PALAVRA-CHAVE: Geoprocessamento, ANEEL, Cartografia, Fundiário, Corporativo
IMPLEMENTATION OF A SOLUTION IN CORPORATE GEOGRAPHIC
INFORMATION SYSTEM (GIS) IN CELESC GERAÇÃO S.A.
ABSTRACT
The main proposal of this project was the implementation of a corporate solution in Geographic Information System, aiming at the
proper management of thematic spatial data on the property, environment and areas linked to concessions of hydroelectric plants
(ANEEL’s Resolution n. 501/2012). For this, the methodology used contemplated the survey of the cartographic data stored in Celesc
Geração S.A., with further elaboration of individual diagnostics of purchase or expropriation processes of each property linked to the
concession areas of the plants. Field trips made to collect and update geographic data were also carried out. Afterwards, the collected
data were organized in a spatial database, also available via web for corporate access of the company’s employees. By means of this
work, as well as attending ANEEL’s Resolution n. 501/2012, we obtained a better understanding of spatial data from the 12 mills
belonging to Celesc Geração S.A., facilitating consultation processes, saving time and subsidizing decision-making by the company's
employees.
KEYWORDS: Geoprocessing, ANEEL, Cartography, Agrarian, Corporate.
1. INTRODUÇÃO
A Celesc Geração S.A. foi criada em outubro de 2006, a partir
da desverticalização das atividades de geração e distribuição de
energia elétrica da Centrais Elétricas de Santa Catarina S.A. A
operação no Estado de Santa Catarina das 04 Centrais Geradoras
Hidrelétricas (CGHs) e 08 Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCHs)
por parte da Celesc Geração S.A., com capacidade total instalada
de 107 MW, carecia da organização e padronização de seus dados
patrimoniais, ambientais e regulatórios.
As operações e projetos da Celesc Geração têm sempre em
vista a redução dos danos ao meio ambiente e o investimento em
fontes sustentáveis de energia. O parque gerador é inteiramente
formado por usinas de baixo impacto ambiental. As 12 usinas
atendem as normas de licenciamento ambiental vigentes na
legislação federal e estadual.
Os dados ambientais são monitorados de acordo com as
condicionantes das licenças ambientais emitidas pela Fundação
do Meio Ambiente (FATMA), desta maneira cada empreendimento
deve apresentar relatórios de dados ambientais de acordo com
sua licença. Estes dados exigidos pelo órgão fiscalizador podem
ser alimentados em um Sistema de Informação Geográfica, para
que este auxilie no controle e monitoramento ambiental das
informações produzidas.
Uma vez que a empresa possui uma quantia considerável
de empreendimentos, tornou-se necessário a o organização
e gestão de dados de forma mais eficiente e simplificada, a
fim de atender as demandas e pressões inseridas no mercado
mercado de energia elétrica, ocasionada sobretudo pelos agentes
reguladores e a sociedade em geral.
Uma destas demandas foi colocada com a Resolução
ANEEL nº501/2012, que “estabelece os procedimentos para
o mapeamento dos bens imóveis e das áreas vinculados à
concessão de usinas hidrelétricas.”
A Resolução define que:
“§1º As concessionárias deverão atualizar os
arquivos e encaminhá-los à ANEEL sempre que
houver qualquer alteração na área de concessão,
inclusive por ampliação, aquisição de novos terrenos,
desvinculação ou cessão de uso anuída pela ANEEL.
§2º Para os aproveitamentos que já estejam com a
primeira unidade geradora em operação comercial na
data de publicação desta Resolução, as informações
Engenheira Florestal – Celesc Geração S.A. E-mail: [email protected].
Engenheiro Ambiental – Celesc Geração S.A. E-mail: [email protected]
3
Estagiária – UFSC/Celesc Geração S.A. E-mail: [email protected]
1
2
PCH NOTÍCIAS & SHP NEWS, 67, (4), OUT,DEZ/2015, DA PÁG. 3-6
3
ARTIGOS TÉCNICOS
constantes do ANEXO II deverão ser encaminhadas
em até 30 (trinta) meses, contados a partir da
publicação desta Resolução, independentemente
da concessionária ter enviado qualquer informação
anteriormente.” (ANEEL, 2012).
Nesse contexto, a Celesc Geração tinha o desafio de resgatar
os dados produzidos no período de implementação dos empreendimentos (anteriores a década de 1970), adequar os dados para
as especificações determinadas pela ANEEL e em alguns casos ainda realizar novos levantamentos de campo. É importante ressaltar
que para o completo atendimento da resolução, além de realizar
o levantamento de toda cartografia referente as concessões, as
concessionárias devem também manter todos os levantamentos
atualizados e informar para a ANEEL qualquer alteração que envolva os limites da área de concessão.
Deste modo, a proposta principal do presente projeto consistiu
na implementação de uma solução corporativa em Sistema de
Informações Geográficas, visando à adequada gestão de dados
espaciais temáticos referentes ao patrimônio, meio ambiente
e as áreas vinculadas às concessões das usinas hidrelétricas
(Resolução ANEEL nº 501/2012). Para o atendimento completo
destas necessidades o projeto compreendeu a realização das
seguintes etapas:
• Diagnóstico Patrimonial
• Aquisição de Imagens de Satélite
• Levantamentos Topográficos
• Implantação de Solução SIG Web
2. MATERIAL E MÉTODOS
2.1 Diagnóstico Patrimonial
O diagnóstico patrimonial consistiu em uma análise detalhada de
todos os processos de aquisição ou desapropriação de um empreendimento, sendo que esta análise foi realizada individualmente para
cada propriedade atingida pela operação de determinada usina.
Inicialmente foram levantados e catalogados todos os documentos existentes nos arquivos da Celesc Geração e organizados
em pastas individuais com identificações para o arquivamento
dos processos físicos. Nesta etapa foram solicitadas matrículas
atualizadas nos cartórios, escrituras públicas, contratos de compra e venda, decretos de desapropriação e outros documentos
relacionados. Ao final do diagnóstico, todos os processos foram
digitalizados e gerados relatórios para cada empreendimento,
contendo a situação atual da documentação e possíveis ações a
serem tomadas para a adequada regularização fundiária. A figura
1 exemplifica o processo de levantamento e catalogação dos dados patrimoniais da Celesc Geração S.A.
Como os empreendimentos da Celesc Geração foram em
grande parte incorporados de outras pequenas empresas de geração, os processos de desapropriação e aquisição de propriedades
não seguem um mesmo padrão de documentação e cartografia,
o que fez com que para cada análise de processo houvesse uma
metodologia diferente para se adequar ao dado existente.
2.2 Levantamento, adequação e produção de dados
cartográficos
O processo de levantamento de dados cartográficos foi iniciado
juntamente com as atividades do diagnóstico patrimonial. Em
um primeiro momento foram levantados e catalogados todos
os dados cartográficos existentes dos empreendimentos. Foram
reunidos dados de diversas fontes e diversos formatos (plantas
impressas, arquivos dwg e dgn) e efetuada a conversão de dados
em diferentes tipos de data e sistemas de coordenadas para o
SIRGAS 2000.
Foram adquiridas imagens de satélite de alta resolução espacial
atualizadas para a área de todos os empreendimentos. Estas
imagens foram ortorretificadas em escala 1:5000 em PEC¹ “A”. A
partir das imagens foi possível realizar a vetorização de algumas
das camadas que são exigidas pela resolução ANEEL nº 501/2012.
Os dados existentes sobre as cotas altimétricas dos
reservatórios em sua grande maioria eram provenientes de
levantamentos antigos, os quais não possuíam documentação que
comprovasse o método de levantamento ou mesmo a precisão
dos dados. Com o objetivo de sanar estas deficiências e obter
maior precisão e confiabilidade nos dados, nos locais em que não
existiam referências materializadas, foram implantados marcos
de concreto no padrão determinado pelo IBGE. A checagem
foi feita através de nivelamento geométrico, sempre tendo
como origem do levantamento duas referências altimétricas
pertencentes à rede geodésica brasileira (SGB). A figura 2 mostra
um dos trajetos no qual foi realizado o nivelamento geométrico,
a fim de levantar a cota dos reservatórios.
Fig. 2: Trajeto do nivelamento geométrico realizado na Usina Salto, em
Blumenau/SC. Fonte: Celesc.
Fig. 1: Diagrama de atividades do diagnóstico patrimonial. Fonte: Celesc.
4
Ao final dos trabalhos de nivelamento geométrico de cada
reservatório foram irradiados outros pontos cotados ao longo
do reservatório, com o intuito de realizar possíveis correções
nos modelos digitais de terreno que seriam utilizados para a
interpolação das cotas de operação.
Para a obtenção dos vetoriais correspondentes as cotas de
operação dos reservatórios, foi utilizado um modelo digital de
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terreno (MDT) resultante do voo aerofotogramétrico do estado
de Santa Catarina, realizado em 2010 pela Secretaria de Estado
do Desenvolvimento Sustentável disponibilizado no ano de
2013, sendo que os produtos apresentam escala compatível
de 1:10.000. Na figura 3 pode ser observada uma imagem do
levantamento de Cotas e Curvas de Nível através deste MDT.
A figura 4 indica a sobreposição realizada das plantas
existentes com as ortofotos e imagens de satélite.
Fig. 4: Limite de propriedades resgatado a partir de plantas topográficas
georreferenciadas. Fonte: Celesc.
Fig. 3: Levantamento de cotas e curvas de nível através de MDT. Fonte: Celesc.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Como em alguns casos os modelos digitais de terreno apresentavam diferenças se comparados com os valores obtidos através
de RN’s da rede geodésica brasileira, foi necessário realizar a correção numérica da altimetria dos MDT’s. Os pontos cotados que
foram irradiados ao longo dos reservatórios durante o processo
de nivelamento geométrico serviram como fonte de dados para a
obtenção do parâmetro de correção que deveria ser aplicado.
Após toda a conferência e correção dos dados altimétricos,
foram extraídos os vetores (linhas) com a cota normal de
operação e a cota maximorum de cada reservatório. Além deste
produto também foram geradas curvas de nível com equidistância
de 5m para toda a área do entorno dos reservatórios, auxiliando
posteriormente outros estudos técnicos.
A delimitação da cota maximorum dos reservatórios é de
grande importância para a Celesc Geração S.A., pois como seus
reservatórios foram formados em período anterior a Medida Provisória nº 2.166-67, foram aplicados os dispositivos estabelecidos na Lei Federal Nº 12651/2012, a qual determina que:
3.1 Implantação de SIG corporativo
“Art. 62. Para os reservatórios artificiais de água
destinados a geração de energia ou abastecimento
público que foram registrados ou tiveram seus
contratos de concessão ou autorização assinados
anteriormente à Medida Provisória no 2.166-67, de
24 de agosto de 2001, a faixa da Área de Preservação
Permanente será a distância entre o nível máximo
operativo normal e a cota máxima maximorum.”
(BRASIL, 2012)
Mesmo com data de implantação antiga, alguns dos
reservatórios possuíam plantas topográficas de desapropriação
que estavam em bom estado de conservação. Estas plantas
foram digitalizadas e georreferenciadas com base em ortofotos,
imagens de satélite e pontos coletados em campo. Ao final deste
processo foi possível fazer um resgate histórico dos limites
fundiários anteriores a formação dos reservatórios.
Este resgate possibilita também aos departamentos jurídicos
insumos que podem embasar a argumentação em processos
de retificação de áreas, onde proprietários lindeiros geralmente
solicitam a retificação de áreas com sobreposição aos terrenos
das usinas.
Com todos os dados levantados e produzidos ao longo deste
projeto, surgiu também a necessidade de centralizar os dados em
um único repositório e disponibilizar as informações para todos
os usuários de forma rápida e simplificada. Para atender esta
demanda foi desenvolvida uma aplicação WebGIS customizada,
baseada na plataforma ArcGIS – Esri.
O acesso ao sistema se faz totalmente via navegador,
dispensando assim que o usuário possua qualquer aplicação
específica instalada em seu computador e possibilitando também
o acesso em qualquer ambiente que tenha disponibilidade de
internet. A visão geral que o usuário tem do sistema sempre está
vinculada a um mapa do empreendimento visualizado, fazendo
com que os usuários (mesmo sendo leigos em SIG) consigam ter
uma espacial dos empreendimentos e cada dia mais familiarizando
a cartografia nas atividades diárias dos usuários. Através de níveis
de perfis de usuários, é possível definir quais usuários poderão
editar informações, ou somente visualizar os dados.
Abaixo são descritas de forma resumida as funções de cada
módulo do sistema e suas funcionalidades:
• Módulo de Gestão Patrimonial: Permite ao usuário visualizar em um mapa interativo as propriedades de uma área de
concessão, realizar a gestão dos dados técnicos, jurídicos e
fiscais relacionados a propriedade;
• Registro de Ocorrências: Permite o usuário registrar
ocorrências identificadas em uma área de concessão, definir
ações a serem executadas em resposta a uma ocorrência,
gerar relatórios e gráficos sobre as ocorrências e visualizá-las
em um mapa interativo;
• Gestão Ambiental: Permite ao usuário cadastrar e gerenciar
as licenças ambientais, relatórios ambientais entregues aos
órgãos responsáveis e visualizar os dados geográficos referentes aos programas de monitoramento ambiental. O sistema permite que sejam alimentados os dados da ictiofauna,
águas superficiais, águas subterrâneas, processos erosivos,
macrófitas, hidrológico e outros relatórios vinculados às licenças ambientais de operação. Além disso, em cada acesso
ao sistema no módulo gestão ambiental, um aviso referente a
5
ARTIGOS TÉCNICOS
existência ou não de relatórios ambientais a serem entregues
é gerado, possibilitando um maior controle e organização por
parte da equipe técnica que precisa elaborar tais relatórios.
• Regulação RN Nº 501 – ANEEL: Disponibiliza para o usuário um mapa interativo onde é possível visualizar as modificações sofridas por uma área de concessão. O usuário tem a
identificação automática de todas as pendências que ainda há
em relação a dados e documentos para atender as exigências da Resolução ANEEL Nº 501/2012, além de todas as funcionalidades necessárias para geração do produto de acordo
com os padrões estabelecidos.
Na figura 5 a interface da solução WebGIS pode ser visualizada. À esquerda ficam as abas para navegação; no centro
pode ser visulizado o mapa do empreendimento selecionado e
suas informações de acordo com o módulo selecionado; na parte
inferior estão relacionados os documentos associados ao item
selecionado na aba de navegação.
Fig. 5: Visão geral da solução SIG Web. Fonte: Celesc.
4. CONCLUSÃO
Através do presente trabalho, além do atendimento a
Resolução ANEEL nº 501/2012, obteve-se um conhecimento maior
6
dos dados espaciais referentes as 12 usinas da Celesc Geração
S.A., facilitando os processos de consulta, otimizando o tempo
e subsidiando a tomada de decisão por parte dos colaboradores
da empresa. Portanto, a aplicação de uma solução corporativa
em Sistema de Informações Geográficas na Celesc Geração
S.A. apresentou vantagens significativas na área de produção
de energia hidrelétrica, uma vez que facilitou o gerenciamento
adequado por parte da instituição no que tange as questões
ambientais, patrimoniais e regulatórias.
5. REFERÊNCIAS
• AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. RESOLUÇÃO
NORMATIVA N° 501, DE 24 DE JULHO DE 2012: Estabelece
os procedimentos para o mapeamento dos bens imóveis e das
áreas vinculados à concessão de usinas hidrelétricas. Brasília:
Diário Oficial, 2012. Disponível em: <http://www.aneel.gov.
br/cedoc/ren2012501.pdf>. Acesso em: 17 de junho de 2015.
• BRASIL. Dispõe sobre a proteção da vegetação nativa; altera
as Leis nos 6.938, de 31 de agosto de 1981, 9.393, de 19
de dezembro de 1996, e 11.428, de 22 de dezembro de
2006; revoga as Leis nos 4.771, de 15 de setembro de 1965,
e 7.754, de 14 de abril de 1989, e a Medida Provisória no
2.166-67, de 24 de agosto de 2001; e dá outras providências.
Lei Nº 12.651, de 25 de Maio de 2012. Brasília, DF. Acesso em
29 de abril de 2015.
• BRASIL. Decreto nº 89.817, de 20 de janeiro de 1984.
Estabelece as Instruções Reguladoras das Normas Técnicas
da Cartografia Nacional. Reguladoras das Normas Técnicas
da Cartografia Nacional. Brasília, DF, Disponível em: <http://
www.planalto.gov.br/ccivil_03/decreto/1980-1989/D89817.
htm>. Acesso em: 17 de junho de 2015.
• SANTA CATARINA. Levantamento Aerofotogramétrico do
Estado de Santa Catarina. Governo do Estado de Santa
Catarina, Secretaria de Estado de Desenvolvimento
Sustentável. 2013.
INDICADORES DE DESEMPENHO DE UNIDADES
GERADORAS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
DOI:10.14268/pchn.2015.00030
ISSN: 1676-0220
Subject: Engineering, measurement
TECHNICAL ARTICLES
SILVA, Juliany Martins, 2BRAGA, Nathália Nóbrega de Oliveira, 3HIRATA, Issao
1
RESUMO
Diante da importância das usinas hidrelétricas na matriz energética brasileira, faz-se necessário fiscalizá-las e, para isso, um parâmetro
passível de comparação entre uma usina e outra que permita avaliar seu desempenho torna-se imprescindível. Esse parâmetro pode
ser os indicadores de desempenho. A partir de seus valores, é possível, então, fazer mudanças no processo de regulamentação
realizado pela Agência Nacional de Energia Elétrica. Com a intenção de dar suporte à Agência no quesito fiscalização da geração
de energia elétrica e redefinição dos limites dos indicadores de desempenho definidos temporariamente pelo Operador Nacional do
Sistema, este trabalho desenvolve uma metodologia de cálculo que embasa a redefinição dos limites de indicadores de desempenho.
Os indicadores contemplados são a Taxa de Falhas, a Taxa Média de Reparo e a Disponibilidade de unidades geradoras (UGs) de usinas
hidrelétricas. A intenção é incluir na análise características das UGs que permitam seu agrupamento por semelhança física ou técnica
utilizando o Método Hierárquico de Clusterização e, dessa forma, obter critérios mais equânimes para classificação de seu desempenho.
Foram elaborados programas computacionais capazes de agrupar as UGs e cujos resultados do agrupamento foram analisados pelo
Método de Regulação de Desempenho para Não Piorar e pelo Yardstick Competition. A partir dessas análises, é possível estimular a
manutenção do bom comportamento daquelas unidades geradoras que apresentaram resultados aceitáveis e estipular a melhora das
usinas que não tem um desempenho satisfatório quando comparadas com outras cujas características são semelhantes. O resultado
final gerou limites específicos para cada grupo, confirmando as expectativas iniciais.
PALAVRA-CHAVE: Indicadores de desempenho; fiscalização da geração; clusterização.
METHODOLOGY FOR LIMITS DEFINITION OF PERFORMANCE INDICATORS
OF HYDROPOWER PLANTS GENERATION UNITS.
ABSTRACT
Given the importance of hydroelectric power plants in the brazilian energy matrix, it is necessary to supervise them and for that, a
parameter of comparison between the plants becomes essential for assessing their performance, this parameter can be the performance
indicators. From this values, you can then make changes in the regulatory process conducted by the National Electric Energy Agency. In
order to support the Agency in the item inspection of power generation and redefining the limits of performance indicators temporarily
defined by the National System Operator. This paper develops a calculation methodology that supports the redefinition of performance
indicators limits. The indicators included are the Failure Rate, the Average Rate Repair and Availability generating units (GU) of
hydroelectric plants. The intention is to include in the analysis features of GU allowing it to group by physical resemblance or technique
using hierarchical clustering method and, through this, more equitable criteria for their performance rating. Computer programs were
developed being able to group the GU and the results of the group were analyzed by Performance Regulatory Method Non Worsen
and the Yardstick Competition. From these analyzes, it is possible to stimulate the maintenance of good behavior of those generating
units that showed acceptable results and stipulate the improvement of plants that do not have a satisfactory performance compared to
others whose features are similar. The end result generated specific limits for each group, confirming initial expectations.
KEYWORDS: Performance indicators; supervision of generation; clustering.
1. INTRODUÇÃO
Embora a participação da fonte hidráulica na matriz elétrica
brasileira tenha diminuído, ainda corresponde a maior parte da
geração, de acordo com o Banco de Informações de Geração da
ANEEL (2015), 62,0% da capacidade instalada. São 1176 empreendimentos em operação que utilizam o potencial hidráulico
para gerar energia, destes, 201 são grandes usinas hidrelétricas (UHE), empreendimentos com mais de 30 MW de potência
instalada.
O órgão governamental responsável pela regulação e fiscalização desses empreendimentos é a Agência Nacional de Energia Elétrica. Dentre as 25 superintendências que compõem a
ANEEL, a Superintendência de Fiscalização dos Serviços de Ge-
ração (SFG) está incumbida de fiscalizar todos os empreendimentos de geração de energia elétrica do país, contemplando
tanto usinas em fase de construção, quanto em fase de operação (KOÇOUSKI, 2011). O principal objetivo da SFG é analisar
(através do acompanhamento de relatórios fornecidos pelas empresas, fiscalização em escritório, monitoramento à distância e
fiscalização em campo) se tais empreendimentos estão em conformidade com a legislação e com as normas vigentes dos procedimentos de operação, manutenção, conservação e segurança
operacional.
Em face da necessidade de fiscalizar o parque gerador de
energia elétrica brasileiro, torna-se crucial um parâmetro que
permita comparar os empreendimentos em operação comercial. Diante disso, os indicadores de desempenho são capazes de
Mestranda em Engenharia de Energia na Universidade Federal de Itajubá e pesquisadora do Centro Nacional de Referência em Centrais Hidrelétricas
(CERPCH) – contato: [email protected];
2
Bacharel em Engenharia de Energia na Universidade de Brasília;
3
Especialista em Regulação da Agência Nacional de Energia Elétrica – Superintendência de Fiscalização dos Serviços de Geração (SFG).
1
7
ARTIGOS TÉCNICOS
subsidiar a fiscalização e permitir comparações entre unidades
geradoras de característica semelhantes, evitando assim comparações que não condizem com a situação de cada equipamento. A
pergunta motivadora deste trabalho é: de que forma as unidades
geradoras se diferenciam de acordo com as suas características e
quais são os limites de desempenho de cada grupo de características semelhantes?
Dentre as usinas em operação até o 1º semestre de 2014, 133
usinas foram analisadas nesse trabalho, visto que são analisadas
apenas as usinas hidrelétricas com modalidade de operação do
Tipo I, totalizando 549 unidades geradoras.
A unidade geradora é composta, basicamente, pela turbina
hidráulica e pelo gerador e, como equipamentos complementares
principais: o regulador, a válvula, o quadro de comando e o
volante. No Submódulo 20.1 dos Procedimentos de Rede, uma
unidade geradora é descrita como o equipamento instalado entre
a tomada de água, o tubo de sucção e a bucha de baixa tensão
do transformador elevador. (ELETROBRÁS, 1985)
1.1 Indicadores de Desempenho
Os cálculos dos indicadores de desempenho da manutenção
são definidos pelo ONS no Submódulo 25.8 dos Procedimentos
de Rede, documentos de caráter normativo que definem os
procedimentos e os requisitos necessários à realização das
atividades de planejamento da operação eletroenergética, de
administração da transmissão, de programação e de operação
em tempo real no âmbito do Sistema Interligado Nacional (SIN).
As equações apresentam um somatório de 1 a N, sendo N
a quantidade de UGs da usina. Sendo assim, para calcular a
disponibilidade, taxa de falhas e tempo médio de reparo de cada
unidade geradora faz-se N = 1. Para o cálculo de Indicadores em
bases anuais, adotam-se 8.760 (oito mil e setecentos e sessenta)
horas para anos normais e 8.784 (oito mil e setecentos e oitenta
e quatro) horas para anos bissextos.
1.1.1. Disponibilidade
A Disponibilidade é dada pelo somatório da multiplicação entre
a potência de cada uma das unidades geradoras e o número de
horas que ela está disponível dividido pelo somatório da mesma
potência, sendo cada uma multiplicada pelo respectivo número
total de horas de existência da unidade geradora no período de
estudo, é dada em porcentagem.
Equação 1
Onde:
HDi=número de horas disponíveis da UGi;
HPi =número total de horas de existência da UGi no período
considerado;
Pi =
potência efetiva da UGi homologada pela ANEEL,
expressa em MW;
N =número total de UGs; e
i
=contador do número de UGs.
1.1.2. Taxa de Falhas
A Taxa de Falhas considera o número de falhas de cada
unidade geradora em relação ao número de horas de serviço da
turbina utilizada. É multiplicado pelo número de horas do ano.
Equação 2
Onde:
NFi =número de falhas da UGi;
8
HXi=número de horas da UGi conforme abaixo. Utilizase HXi = HSi para número de horas de serviço do
equipamento rotativo i e HXi = HDi para número de
horas disponíveis do equipamento não rotativo i;
i
=contador do número de UGs;
N =número total de UGs; e
8.760 (ou 8.784 para anos bisextos) = fator de anualização.
1.1.3 Taxa Média de Reparo
O Tempo Médio de Reparo é o indicador que fornece a soma
do número de horas em que cada unidade geradora esteve
indisponível por motivo de manutenção forçada, em relação à
soma de desligamentos forçados de cada unidade geradora.
Equação 3
Onde:
HIRi =número de horas em que a UGi ficou indisponível para
operação e entregue à manutenção forçada;
NDFi =número de desligamentos forçados da UGi;
i
=contador do número de UGs; e
N =número total de UGs.
1.2.Metodologias de clusterização
De acordo com di Carlantonio (2001), a clusterização é o agrupamento de elementos de forma que os elementos que compõem
cada grupo sejam mais parecidos entre si do que com os elementos dos outros grupos, “é colocar os iguais (ou quase) juntos num
mesmo grupo e os desiguais em grupos distintos”. Com o conhecimento dos grupos existentes é possível analisar os elementos que
compõem cada um deles, assim como identificar as características
comuns aos seus elementos e, assim, criar uma classe para este
grupo. Com as classes, pode-se classificar um novo objeto que
pertença ao universo considerado (DI CARLANTONIO, 2001).
Para que haja a classificação, é necessária uma análise
estatística. Neste trabalho, foi feita a do tipo exploratória,
utilizando-se dos dados das unidades geradoras, a qual permite
a formulação de hipóteses e a tomada de decisão (MOSCATO
& ZUBEN, 2013). A formulação de hipóteses foi feita em cima
da tentativa de unir duas ou mais características ao indicador,
formando um cluster. A partir da formação de clusters, a decisão
de um novo limite para estabelecer a qualidade da manutenção
de acordo com as características das UGs pôde ser tomada.
Essa formação de clusters pode ser dividida em dois métodos:
o hierárquico e o não hierárquico. O método de agrupamento
utilizado no estudo em questão é o método hierárquico, que
pode ser do tipo aglomerativo ou divisivo. A técnica hierárquica
aglomerativa foi a escolhida. Esta técnica consiste no agrupamento
dos elementos, desde o momento em que o cada elemento
constitui em um grupo, assim n elementos formam n grupos, até
que todos os elementos façam parte de um único grupo.
Os passos principais para aplicação das técnicas hierárquicas
aglomerativas podem ser resumidos da seguinte forma:
a) Inicialmente, cada elemento constitui um cluster de
tamanho 1. Portanto, tem-se n clusters.
b) Em cada estágio do algoritmo, os pares de elementos mais
semelhantes são agrupados e passam a constituir um
único grupo. Apenas um novo grupo pode ser formado em
cada passo. Dessa forma, em cada estágio do processo,
o número de grupos diminui, enquanto a quantidade de
elementos nos grupos aumenta;
c) A hierarquia tem como propriedade que cada novo cluster
formado é um agrupamento de clusters formados nos
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estágios anteriores e que se dois elementos amostrais
aparecem juntos num mesmo cluster em algum estágio do
processo de agrupamento, eles aparecerão juntos em todos
os estágios subsequentes, não poderão ser separados;
Devido à propriedade de hierarquia, é possível construir
um gráfico chamado de Dendrograma, ou Dendograma, que
representa a árvore ou a história de agrupamento. O Dendrograma
é um gráfico em forma de “árvore” no qual a escala vertical indica
o nível de similaridade (ou dissimilaridade). No eixo horizontal,
são marcados os elementos amostrais numa ordem conveniente
relacionada à história de agrupamento.
Dentre as técnicas hierárquicas aglomerativas, tem-se os métodos de ligação simples, o método de ligação completa, o método das
médias das distâncias e o método dos centróides. No método de ligação simples (single linkage), escolhido para a formação de clusters
no presente trabalho, a similaridade entre dois clusters é definida pelos dois elementos mais parecidos entre si (MINGOTI, 2013). Como
ilustração, supõem-se que num determinado estágio do algoritmo
de agrupamento se tenham dois grupos, um contendo elementos
amostrais 1, 3, e 7 e outro contendo os elementos 2 e 6. Então a
distância entre esses dois grupos será definida pela Equação 4.
Equação 4
ou seja, é a distância entre os “vizinhos” mais próximos ou
entre os elementos mais parecidos de cada conglomerado. Em
cada estágio do processo de agrupamento, os dois conglomerados
que são mais similares com relação à distância em Equação 4 são
combinados em um único cluster (MINGOTI, 2013).
Após a formação de clusters, a técnica de análise do resultado
encontrado pelo método hierárquico é chamada de Regulação por
Desempenho, será definida pelo método Yardstick Competition e
pelo Método de Regulação por Desempenho para Não Piorar.
O modelo de Yardstick Competion se baseia no estímulo à
adoção de um desempenho baseado em um comportamento padrão. Este padrão decorre das análises de desempenho dos agentes
que compõem o universo considerado e do padrão que se julga
razoável atingir. Nesta abordagem, os agentes com desempenho
acima da referência têm uma margem de folga para seu desempenho. As empresas situadas abaixo desta marca devem buscar
melhorar seus indicadores para aproximar-se do valor de referência. Para identificação desta marca de referência pode-se adotar
muitas técnicas diferentes, dependendo de cada contexto em que
trabalha e do desempenho que se busca atingir (TANURE, 2000).
Para a análise de unidades geradoras de centrais hidrelétricas
é proposta como medida de referência a mediana dos elementos
pertencentes a um grupo como o padrão a ser alcançado para
as UGs de desempenho abaixo deste valor. Como medida de
localização, a mediana é mais robusta do que a média, pois não é
tão sensível aos dados; isto é, a mediana não é tão influenciada,
como a média, por valores muito grandes ou muito pequenos que
não caracterizam a amostra, mas que são desgarrados (outliers).
Tendo em vista o prazo de revisão da garantia física da usina
e o consequente impacto comercial, o prazo para essa marca ser
alcançada é de 5 anos. Foi feita uma projeção linear ligando os
valores da média do histórico dos indicadores dos anos de 2009 a
2013, sendo essa média o valor no tempo zero da análise inicial até
a mediana do histórico de cada cluster, correspondente ao valor que
o indicador deve alcançar no tempo final igual a cinco anos.
A partir dessa projeção, foi encontrado o valor do indicador de
desempenho que a usina deve alcançar a cada ano, visto que a fiscalização desses valores pode ser realizada a qualquer momento,
isto é, através de uma projeção linear, as UGs devem elevar o indicador que possui atualmente até o valor de mediana da amostra.
Desta forma, nenhuma unidade geradora está sendo reprovada
pelo valor da mediana, mas valores intermediários advindos da
projeção linear serão os seus limites, definidos individualmente.
Além do método de Yardstick, para projetar o bom desempenho das unidades geradoras será utilizado outro método de
regulação por desempenho, chamado de Método de Regulação
de Desempenho para Não Piorar. Esse método foi utilizado no
trabalho de redefinição de limites ligados ao setor de distribuição
de energia elétrica e foi apresentado na Resolução Normativa nº
574 (SRC, 2013).
Usando o Indicador Disponibilidade como exemplo de
aplicação do método, o valor margem para o ano 1, inicia com
97,5% do valor relativo ao ano de pior desempenho da UG. O
valor no ano 5, também é conhecido, pois ele equivale a 97,5%
do valor do ano em que a disponibilidade esteve mais alta. A
partir disso, é possível fazer uma projeção linear que mostre os
valores acima dos quais a UG deve operar a cada ano no intervalo
de 5 anos. Apesar do nome, esse método irá definir, para as
unidades geradoras cujos valores dos indicadores estão num bom
patamar, uma margem de queda de desempenho. Foi escolhido o
percentil de 2,5% pois se acredita que esse valor corresponde a
uma meta possível de ser alcançada.
Para as análises de Tempo Médio de Reparo e Taxa de falhas
o raciocínio se inverte, visto que quanto menor for o valor
desses indicadores, melhor é o desempenho. Dessa forma, o
valor da primeira coluna e da última é acrescido de 2,5%, que
multiplicarão o valor de maior TMR e TF do histórico. Já o quinto
valor é também acrescido de 2,5%, porém multiplica o valor de
menor TMR e TF do histórico. A projeção linear, da mesma forma
que se calculou para DISP, é calculada para TMR e TF, mudando
apenas o percentil de partida e de final.
Foram analisadas unidades geradoras de Usinas Hidrelétricas
(UHE) do Tipo I, ou seja, usinas conectadas na rede básica –
aquelas com tensão maior que 230 kV, exceto as de uso para
importação/exportação – independente da potência líquida
injetada no SIN e da natureza da fonte primária; ou usinas cuja
operação hidráulica possa afetar a operação de usinas Tipo I
já existentes; ou ainda usinas conectadas fora da rede básica
cuja máxima potência líquida injetada no SIN contribua para
minimizar problemas operativos e proporcionar maior segurança
para a rede de operação.
As informações quanto ao desempenho dessas usinas são
apresentadas pelo ONS no Relatório de Avaliação do Desempenho
de Manutenção (RAD), a partir desta base de dados, adquirida
através do Sistema de Acompanhamento de Manutenção (SAM)
é possível obter os indicadores Disponibilidade, Indisponibilidade
por Manutenção Forçada, Indisponibilidade por Manutenção
Programada, Taxa de Falhas, Taxa de Desligamento Forçado
e Tempo Médio de Reparo para cada usina, para cada mês é
apresentado um valor cumulativo correspondente aos últimos 12
meses, exemplificando: o valor do mês de dezembro é do período
de um ano, formado por todos os valores de janeiro a dezembro.
Para iniciar a análise estatística foi utilizado o SCILab,
software livre e de código aberto para computação numérica, que
proporciona um ambiente de computação poderoso para aplicação na Engenharia. A partir dele, obteve-se os gráficos para a
análise estatística e, sucessivamente, programou-se o algoritmo
para análise de desempenho das UGs e agrupamento destas em
clusters com base em suas características (GADELHA, 2015).
A análise dos dados compreende o período de 2008 a 2013
e as características utilizadas para o agrupamento das unidades
geradoras são listadas a seguir:
9
ARTIGOS TÉCNICOS
a)Potência: a potência das UGs varia entre 10MW e 527MW.
b) Tempo em operação: as UGs analisadas possuem idades
diversas, variando a entrada em operação desde 1924 até
2012.
c) Região: as usinas e suas respectivas UGs foram agrupadas
de acordo com a região do seu Centro de Operação, sendo
estes: Sul (S), Sudeste (SE), Nordeste (NE) e NorteCentro Oeste (NCO), de acordo com a classificação do
ONS (ONS, 2013).
d) Quantidade de UGs na usina: a quantidade de unidades
geradoras varia de 2 UGs a 25 UGs por usina.
e) Tecnologia hidráulica: entende-se por tecnologia hidráulica
os tipos de turbina utilizados nas unidades geradoras, para
as analisadas são utilizadas as do tipo Francis, Kaplan,
Bulbo e Pelton.
A partir do programa de clusterização e do método de escolha
do número de clusters descritos, foram obtidos os clusters
relacionando todos os parâmetros físicos em análise neste
trabalho, ou seja, a data de entrada em operação, a região em que
se encontra a potência da UG e seu tipo de turbina. Os clusters
formados são apresentados na Figura 1, onde na primeira coluna
está o “nome do cluster” e na segunda coluna está o número de
elementos pertencentes ao grupo.
Encontrados os clusters, definidas as medianas de cada cluster
e identificadas as UGs que estão abaixo e acima da mediana
do seu agrupamento, torna-se necessário ir adiante com esses
dados, de forma a estipular a melhora das usinas que não tem
um desempenho satisfatório e manter as usinas que estão acima
da mediana nesse nível ou melhores.
No programa computacional desenvolvido para o trabalho, o
número de clusters nos quais as UGs devem se encaixar, deve
ser escolhido antes da sua execução e, para a escolha deste
número, considera-se a distribuição dos dados entre os clusters.
Ao escolher apenas a formação de 1 cluster, este conterá todos
os elementos da amostra. À medida que o número escolhido de
clusters aumenta, os elementos se distribuem de forma que os
mais similares continuem unidos e os mais distantes formem
outros clusters.
Para definir o número de clusters que deveria ser formado,
foram feitas análises visuais de como se distribuíam os pontos e
escolheu-se o número de clusters que diminuíssem as distâncias
interclusters, isto é, que entre um cluster e outro as distâncias
não fossem muito grandes e ainda mantivesse o menor número
de clusters possível, para evitar clusters com muitos elementos
e outros com poucos e facilitar o processo de fiscalização das
unidades geradoras.
A Tabela 1 apresenta diferentes formas de distribuição dos
elementos em clusters de acordo com o número de clusters
escolhido. Foi escolhida a distribuição com 15 clusters, pois esta
quantidade de clusters proporcionou uma distribuição onde não
apenas um grupo continha a maioria de todos os elementos,
mas também se dividiram em pelo menos dois grupos maiores
e alguns grupos com quantidades significativas de elementos. É
possível perceber, que alguns clusters não variam a quantidade de
elementos entre os passos, tais como 4 6, 9 e 11, estes podem ser
visualizados como aqueles que estão mais distantes do grupo com
as UGs de características mais comuns. Suas características são
bastante incomuns e próximas e por isso manter-se-ão unidas.
Tabela 1: Distribuição dos elementos em clusters.
Número
Quantidade
de UGs por
cluster
10
2
9
540
4
9
14
515
11
6
6
9
505
14
4
11
7
6
9
336
14
169
11
8
6
9
117
336
14
4
52
11
10
6
9
117
298
6
32
14
4
52
11
14
15
16
6
6
6
9
9
9
4
190 190
11
4
4
117 11
11
40 117 117
6
40
40
32
6
6
14
32
32
4
14
14
8
4
4
11
8
8
243 11
11
44
53
53
44
34
10
17
6
9
184
4
11
117
40
6
6
32
14
4
8
11
53
34
10
20
6
9
16
6
4
11
117
26
6
6
32
14
4
8
8
11
53
34
10
168
Fig. 1: Clusters finais obtidos pelo programa.
Como foi dito anteriormente, o método de regulação do
desempenho das unidades geradoras será dado pelo método
de Yardstick Competition, definindo a mediana como o limite
para garantir o bom desempenho. Sendo assim, para cada um
dos 15 clusters gerados, tem-se um valor de mediana de cada
indicador, que definirá o objetivo a ser alcançado em 5 anos para
as unidades geradoras que estão abaixo deste valor.
Como exemplo para a aplicação da metodologia proposta
será utilizado o indicador disponibilidade, podendo ser utilizada
da mesma forma com os outros indicadores com o cuidado de
inverter os limites, pois contrariamente ao que ocorre com TF
e TMR, na DISP, quanto maior o valor, melhor é o desempenho.
Toma-se o cluster 399, com 190 unidades geradoras, a Tabela 2
apresenta os valores da mediana, máximo e mínimo deste grupo.
Tabela 2: Valor de mediana, máximo e mínimo da disponibilidade
do cluster 399.
Cluster 399
Mediana
96,50571
Máximo
99,97203
Mínimo
2,27359
O caso mais crítico, com menor disponibilidade, com o qual
será feito o estudo de caso deste cluster é a 148ª UG que tem os
seguintes dados históricos de disponibilidade:
Tabela 3: Dados de Disponibilidade para a UG 148 nos últimos 5 anos.
Índice
2008
2009
2010
2011
2012
2013
Média (2009-2013)
148
89,77
97,85
47,59
2,27
69,54
93,50
62,15
TECHNICAL ARTICLES
A projeção linear da disponibilidade média dos 5 anos
antecedentes no período atual até chegar à mediana nos próximos
5 anos dar-se-á como na Tabela 4 e na Figura 2.
Tabela 4: Valores de disponibilidade projetados para os próximos
5 anos e inclinação da reta de projeção.
Valor de
DISP
Ano 1
Ano 2
Ano 3
Ano 4
Ano 5
Inclinação
69,02
75,89
82,76
89,63
96,50
6,87
Fig. 2: Projeção linear para definição de limites mínimos de disponibilidade
para as UGs 147, 148, 149, 152, 171 e 79.
De forma a complementar este método de regulação, foi
utilizada uma análise do histórico individual da UG, visando definir
limites para que as UGs que já estão com bom desempenho não o
ultrapassem caso piorem, ou ainda, para que unidades geradoras
que tiveram anos incomuns, não os façam de referência e
possam manter o seu melhor desempenho. Para exemplificar
este método, toma-se uma unidade geradora do cluster 399 que
está com um bom desempenho, como a 1ª UG que está com uma
média dos 5 anos antecedentes um pouco acima da mediana,
como mostrado na Tabela 5.
Tabela 5: Dados de Disponibilidade para a UG 1 nos últimos 5 anos.
Índice
2008
2009
2010
2011
2012
2013
Média
(2009-2013)
1
96,64
98,95
93,21
97,90
95,86
98,00
96,79
O segundo método consiste em utilizar o melhor e o pior
ano da amostra para definir o limite para o próximo ano e para
o 5º ano e, ao fazer a projeção linear, definir os objetivos dos
anos intermediários. Na Tabela 6 estão os valores obtidos com a
projeção linear do segundo método e os valores objetivados nos
anos intermediários.
Tabela 6: Aplicação do método de regulação de desempenho
para não piorar na UG 1, que apresenta bom desempenho.
Valor Mínimo
2014
2015
2016
2017
2018
Valor Máximo
93,21
90,88
93,12
94,24
95,36
96,48
98,95
da aplicação dos dois métodos, faz-se necessário escolher um
deles como limite para aplicar à UG e definir se seu desempenho
está aceitável ou não. Um deles será mais rigoroso e o outro será
menos. Cabe ao órgão fiscalizador, no caso a ANEEL, julgar qual
lhe interessa mais do ponto de vista fiscalizatório.
4. CONCLUSÃO
A metodologia proposta nesse trabalho permite analisar o
desempenho da principal tecnologia e fonte de energia elétrica
do país: as unidades geradoras de usinas hidrelétricas. Diante de
tamanha importância das usinas hidrelétricas, faz-se necessário
fiscalizá-las e, para subsidiar a ação de fiscalização pela agência
regulatória é importante que haja um parâmetro passível de
comparação entre uma usina e outra, que permita avaliar o
desempenho destas. Esse parâmetro foi proposto como os limites
dos indicadores de desempenho redefinidos neste trabalho.
O resultado do trabalho pode ser considerado positivo; pois,
com respaldo metodológico, são redefinidos os limites para os
indicadores de desempenho das unidades geradoras das usinas
hidrelétricas estruturantes, que antes eram definidos de forma
arbitrária sem considerar as características de cada unidade
geradora.
Do ponto de vista da Superintendência de Fiscalização dos
Serviços de Geração da ANEEL, o trabalho permite a visão geral
sobre as características e pontos em comum das unidades
geradoras que fazem parte dos objetos de fiscalização e utilizar
limites obtidos através de métodos válidos que argumentam
sobre a necessidade de melhorar o desempenho. Além disso, a
pesquisa bibliográfica apresentada ao longo desde documento
permite que a superintendência altere esses limites de acordo
com suas necessidades.
A partir dos resultados são propostas algumas alterações no
processo de regulamentação com vista a otimizar a forma como
se fiscaliza a geração de energia elétrica. Embora as unidades
geradoras fossem advertidas quanto ao enquadramento nos
limites definidos anteriormente, não eram penalizadas, pois não
havia justificativa para os limites adotados. A partir dos limites
apresentados é possível começar a exigir melhores desempenhos
com base nas características de cada usina.
Ainda há possibilidades de evolução do estudo, expandindo
a análise para demais fontes que compõem a matriz elétrica
nacional, utilizando diferentes métodos de clusterização, a saber:
k-means, ligação completa, diferentes métricas de distância
entre elementos, análise da necessidade de novos parâmetros ou
exclusão de novos parâmetros, entre outros. Além da possibilidade
de novos trabalhos, a continuidade do mesmo é prevista através
de consulta pública, com participação de agentes geradores e
elaboração do manual prático de aplicação da metodologia. O
Centro Nacional de Referência em Pequenas Centrais Hidrelétricas
(CERPCH) e o Grupo de Estudos em Energias Renováveis (GEER)
inicia neste ano continuação dessa pesquisa, com o foco principal
na otimização da metodologia e na aplicação prática dos limites
redefinidos.
5. AGRADECIMENTOS
A avaliação do desempenho das unidades geradoras é feita
com base em dois métodos propostos neste trabalho: o Yardistick
e o Método para Regulação de Desempenho para Não Piorar.
Ambos os métodos apresentam valores próximos para um limite
mínimo em que deve estar o valor de Disponibilidade e limites
máximos para os valores de Tempo Médio de Reparo e Taxa de
Falhas. Comparando os valores próximos que são gerados a partir
À ANEEL, especialmente à Superintendência de Fiscalização
dos Serviços de Geração, ao superintendente Sr. Alessandro
Cantarino e os Especialistas em Regulação que acompanharam
o trabalho e ao CERPCH pelo apoio e orientação na submissão
desse trabalho.
À FAPEMIG (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de
Minas Gerais), que promove atividades de fomento, apoio e
11
ARTIGOS TÉCNICOS
incentivo a pesquisas científicas e tecnológicas em Minas Gerais,
possibilitando a realização do estudo por meio do fornecimento
de bolsa.
•
6. REFERÊNCIAS
• ANEEL. (20 de Junho de 2015). Capacidade de Geração do
Brasil. Fonte: Banco de Informações de Geração : http://www.
aneel.gov.br/aplicacoes/capacidadebrasil/capacidadebrasil.cfm
• DI CARLANTONIO, L. M. (2001). Novas Metodologias para
Clusterização de Dados. Rio de Janeiro: Universidade Federal
do Rio de Janeiro (UFRJ).
• ELETROBRÁS. (1985). Manual de Microcentrais Hidrelétricas.
Brasília: Ministério das Minas e Energia.
• GADELHA, D. (20 de Junho de 2015). Scilab 5.X. Fonte:
Instituto de Matemática UFRGS: http://euler.mat.ufrgs.
br/~giacomo/Manuais-softw/SCILAB/Apostila%20de%20
Scilab%20-%20atualizada.pdf
• KOÇOUSKI, A. R. (2011). Desempenho dos Serviços de Ge-
12
•
•
•
•
ração de Energia Elétrica Brasileira no Sistema Isolado: reflexões e proposições metodológicas com enfoque estratégico. Brasília: Fundação Getúlio Vargas - FGV.
MINGOTI, S. A. (2013). Análise de Dados Através de Métodos
de Estatística Multivariada: Uma Abordagem Prática (1ª Ed.).
Belo Horizonte: UFMG.
MOSCATO, & ZUBEN, V. (27 de Outubro de 2013). Uma Visão
Geral de Clusterização de Dados. Fonte: DCA/FEEC/Unicamp:
ftp://ftp.dca.fee.unicamp.br/pub/docs/vonzuben/ia368_02/
topico5_02.pdf
ONS. (2013). O que é o SIN - Sistema Interligado Nacional.
Acesso em 06 de Novembro de 2013, disponível em http://
www.ons.org.br/conheca_sistema/o_que_e_sin.aspx
SRC. (20 de Agosto de 2013). Resolução nº 574. Agência
Nacional de Energia Elétrica.
TANURE, J. E. (2000). Análise Comparativa de Empresas de
Distribuição Para o Estabelecimento de Metas de Desempenho
Para Indicadoresde Continuidade do Serviço de Distribuição.
Itajubá: Escola Federal de Engenharia de Itajubá.
MEDIÇÃO DA VAZÃO DO RIO RANCHARIA
E ESTUDO DO MELHOR APROVEITAMENTO
POTENCIAL HIDRELÉTRICO DA USINA
TECHNICAL ARTICLES
DOI:10.14268/pchn.2015.00031
ISSN: 1676-0220
Subject: Engineering, hydro power
plants; dam
ALVES, Gilberto Manoel, 2JUNIOR, Anibal Chagas,
STAHLHOEFER, Marcelo, 4JUNIOR, Oswaldo Honorato de Souza
1
3
RESUMO
O aumento da demanda por energia elétrica no Brasil tornou as fontes de energias alternativas uma opção viável para a geração de
energia, elas proporcionam a descentralização da geração de energia, aliviando as linhas de transmissão existentes e proporcionando
economia/lucro para o proprietário de uma pequena usina.
Considerando a importância e o crescimento desse tipo de empreendimento no país, este trabalho visa dar condições de determinar o
potencial hidrelétrico da antiga Usina Siderúrgica Marumby Ltda – Usimar, localizada no município de Rio Branco do Sul/PR, desativada
há muito tempo e sucateada. São abordados diversos métodos para medição de vazão de um rio de pequeno porte, apontando
suas principais características, como forma de realizar a medição, facilidade de aplicação e precisão. Para determinar a vazão do rio
Rancharia foi escolhido o método do Vertedouro por já existir um canal de adução no local da propriedade, por onde todo o volume de
água do rio pode ser desviado, facilitando sua aplicação.
Foram confeccionados três vertedouros: retangular, trapezoidal e triangular. E realizados até três medições diárias da cota do
vertedouro, possibilitando calcular a vazão do rio.
Em seguida foi realizada a transposição da vazão do rio Capivari que era conhecida e calculado o desvio relativo a fim de validar os
resultados obtidos.
De posse da série histórica da vazão dos últimos vinte e cinco anos do rio Capivari, foi possível transpor a série histórica para o rio
Rancharia, determinando a média de vazão dos últimos vinte e cinco anos. Consequentemente determinando o coeficiente de variação
que representa o quanto a vazão tende a se dispersar em relação à média, possibilitando sugerir uma vazão firme em torno da média
e dimensionar o aproveitamento hidrelétrico sem considerar perdas.
PALAVRA-CHAVE: Usimar, medição de vazão, método do vertedouro.
MEASURING THE FLOW OF THE RIVER RANCHARIA
AND STUDY THE BEST USE OF HYDROPOWER PLANT
ABSTRACT
The increased demand for electricity in Brazil has made alternative energy sources a viable option for power generation; they
provide the decentralization of power generation, relieving existing transmission lines and providing savings / profit for the owner
of a small plant.
Considering the importance and the growth of this type of development in the country, this study aims to determine conditions of the
hydroelectric potential of the former Usina Siderurgica Marumby Ltda - Usimar, located in Rio Branco do Sul / PR, disabled long and
scrapped. Several methods to a small river flow measurement are discussed, pointing out their main characteristics, in order to perform
the measurement, ease of application and accuracy. To determine the flow of the river Ranchi was the Spillway of the method chosen
by already a adduction channel in place of the property, where all the river water flow can be diverted, facilitating its implementation.
Rectangular, trapezoidal and triangular, three spillways were made. And made up to three daily measurements of the spillway elevation,
allowing calculates the flow of the river.
Then was performed the transposition of the Capivari river flow that was known and calculated the deviation in order to validate the
results obtained.
Having the time series of the flow of the last twenty-five years of the Capivari River was possible to transpose the time series of the
river Ranchi, determining the average flow of the last twenty-five years. Consequently determining the coefficient of variation that
is how the flow tends to disperse from the average, allowing suggest a strong flow around the mean and scale the hydroelectric
excluding losses.
KEYWORDS: Usimar, flow measurement, spillway of the method.
UTFPR, [email protected]
4
UNIFEI,[email protected]
1
2
3
13
ARTIGOS TÉCNICOS
1. INTRODUÇÃO
2.1.3. Vertedor triangular
O proprietário da área onde existia a antiga Usina Siderúrgica
Marumby Ltda – Usimar, em posse da liberação do aproveitamento
de potencial hidroelétrico pelo Águas Paraná – Instituto das
Águas do Paraná, solicitou avaliar a viabilidade de gerar energia
no local e dimensionar o potencial hidrelétrico.
Para implantação de uma central hidrelétrica, diversas etapas
precisam ser cumpridas. Tais etapas podem ser divididas em estudos gerais, medição de vazão, determinação das perdas e dimensionamento da turbina. A etapa de estudos gerais compreende,
dentre outros itens, os estudos hidrológicos para determinar o
comportamento do curso d’água onde será instalada a central
geradora (SOUZA; SANTOS; BORTONI, 2009, p.25). Segundo
Souza, Fuchs e Santos (1983, p.91), uma importante etapa dos
estudos hidrológicos é a fluviometria, cujo objetivo é determinar o
comportamento da vazão de um curso d’água ao longo do tempo.
Conhecendo-se o comportamento da vazão, é possível dimensionar os vários componentes da central hidrelétrica e determinar
sua potência instalada (SOUZA; SANTOS; BORTONI, 2009, p.25).
A determinação da vazão característica de um curso d’água
possui caráter estatístico, admitindo-se que os eventos se repetem
de forma cíclica. Dessa forma, para se determinar a vazão de
projeto de um aproveitamento hidrelétrico, faz-se necessário
conhecer a série histórica (25 anos) de vazões para o local, num
período mais extenso possível (RICARDO, 2006, p.14).
De acordo com a NBR 13403 (ASSOCIAÇÃO..., 1995, p.4)
os vertedores triangulares são utilizados para medir pequenas
vazões apresentando boa precisão. Esses vertedores são
econômicos e fáceis de instalar. É recomendado sua utilização
para vazões de 1 [L/s] a 5 [L/s].
A vazão de um medidor triangular com ângulo reto (90˚),
conforme a encontrada. é dada por (VILLELA; MATOS..., 1975):
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Para realizar o estudo da vazão de água do rio Rancharia
é necessário pesquisar a vazão de outros rios da mesma bacia
que tenham a média histórica das vazões, ou seja, regionalizar a
média histórica dos últimos 25 anos do Rio Capivari pertencente
à mesma bacia hidrográfica.
2.1 Medição da Vazão
O volume de água que passa por uma seção de um rio dividido
por um intervalo de tempo é denominado vazão, geralmente
essa vazão é expressa em metros cúbicos por segundo [m3/s]
(EMBRAPA, 2007, p.1).
2.1.1 Métodos de Medição de Vazão
A medição de vazão em cursos d’água é realizada de forma
indireta, a partir da medição da velocidade ou do nível do rio
(SEVERO, 2010, p.144).
Existem inúmeras formas de se medir a vazão, que tem
princípios diferentes: volumétrico, calorimétrico, estruturas hidráulicas (calhas e vertedores), velocimétrico, acústico e eletromagnético (PORTO; FILHO; SILVA, 2001, p.7).
(1)
Onde Q é a descarga em [m³/s], e
água que passa sobre a soleira em [m].
2.1.4. Vertedor retangular com contração de placa delgada
São vertedores de placas delgadas finas, com largura menor
do que a do canal que se encontra (b<B), fazendo-se necessário
fazer contrações no vertedor, como pode ser observado na
equação de descarga dada por (CPRH N 2.004, p.7):
(2)
Sendo que b = B - 0,2H, então a fórmula da descarga neste caso é:
(3)
Onde Q é a vazão, em [m³/s], B é a largura do canal, em
metros, b é a largura da contração, em metros, H é a altura do
nível de água sobre a crista do vertedor, em metros.
A largura do vertedor contraído (b), e a altura do vertedor
(P), devem ser no mínimo 0,30 [m]. A altura da lâmina d’água
(H) vertedor deve estar compreendida entre 0,075 [m] e 0,60
[m] (CPRH N 2.004, p.7).
Sendo obedecidas às condições previamente destacadas,
estima-se que o método do vertedor retangular sem contração
de placa delgada apresente erro de até 3% na determinação da
vazão (CPRH N 2.004, p.7).
2.1.5. Vertedor trapezoidal (CIPOLLETTI)
O método do vertedor trapezoidal visa compensar a redução
da vazão gerada pelas contrações laterais, Cipolletti propôs um
dispositivo com formato trapezoidal (UCKER, p.19).
Como pode ser observado na a largura da contração (b)
continua a mesma do método do vertedor retangular com
contração de placa, mas as vazões Q1 compensam a perda de
vazão gerada pelas contrações (UCKER, p.19).
Para inclinação das faces laterais deve obedecer a proporção
de 1:4, ou seja, para cada unidade de medida na horizontal,
devem ser feitas quatro unidades na vertical (UCKER, p.21).
A equação de descarga é dada por (CPRH N 2.004,p.6):
2.1.2. Método do vertedor
Segundo a NBR 13403 (ASSOCIAÇÃO..., 1995, p.2) é um
método que utiliza um dispositivo que é introduzido no rio
perpendicularmente ao seu fluxo. Esse dispositivo tem uma
abertura por onde o líquido escoa.
Segundo a NBR 13403 (ASSOCIAÇÃO..., 1995, p.4) os
vertedores dividem-se segundo muitos fatores, como forma,
altura relativa da soleira, natureza da parede e largura da abertura
do vertedor em relação ao canal. Para vazões menores que 30
[L/s], os vertedores triangulares fornecem maior precisão. Já
para vazões estimadas entre 30 [L/s] e 300 [L/s], os vertedores
triangulares e os retangulares oferecem a mesma precisão. Para
vazões acima de 300 [L/s], os vertedores retangulares são mais
indicados por possuírem coeficientes de vazão mais bem definidos.
14
a altura da lâmina de
(4)
Onde Q é a vazão, em [m³/s], b é a largura do vertedor em
metros, H é a altura do nível de água sobre a crista do vertedor,
em metros.
3.1 MATERIAL
3.1.1 Localização da Usina Rancharia
A Usina Rancharia está localizada no município de Rio Branco
do Sul localizado na Região Metropolitana Norte de Curitiba ao
Leste do Estado do Paraná. Suas coordenadas na barragem são
em UTM igual a 7.214.112N e 670.953E (fuso 22J).
TECHNICAL ARTICLES
A usina situa-se no curso d’água Rio Rancharia que pertence
à sub-bacia do Rio Açungui, que por sua vez é afluente do
Rio Ribeira, este um dos principais rios da região e da Bacia
Hidrográfica do Ribeira.
3.1.2 Materiais para Medição da Vazão pelo Método
Vertedouro
Para medição da vazão pelo método do vertedouro foram
confeccionadas placas de madeirite com medidas graduadas
conforme Figura 1 e instaladas no canal de adução vide Figura 2.
4.1.1 Método do Vertedor Retangular
Foi determinada uma vazão média de 0,1105 [m3/s], desvio
padrão de 0,0131 e um coeficiente de variação de 0,1182.
4.1.2 Método do Vertedor Trapezoidal
4.1.3 Método do Vertedor Triangular
4.2 TRANSPOSIÇÃO DE VAZÕES
Fig. 1: Placas de madeirite.
Fig. 2: Placas de madeirite instalada no canal de adução.
3.2 MÉTODO
3.2.1 Medição da Vazão pelo Método Vertedouro
Para medição da vazão foram realizadas medidas no local
da Usina Rancharia, entre os dias 15/05/2014 e 11/08/2014,
foram 25 dias de medidas para cada vertedouro e até três vezes
ao dia. Em cada coleta de dados foi verificado o nível da água
que passava pelo vertedouro conforme a graduação deste e
exemplificado pela Figura 2.
Os vertedores são simples aberturas ou entalhes na parte
superior de uma parede por onde o líquido escoa, podendo ser
instalados em cursos d’água naturais ou artificiais e sua utilização
é indicada para pequenos cursos d’água, canais com vazão média
entre 10 e 300 litros por segundo.
Para implantação de uma usina hidrelétrica é necessário
realizar um estudo hidro energético baseado no histórico de
vazões naturais. Pode se obter a vazão natural realizando a
reconstituição, observando a vazão em um determinado trecho do
rio e as informações antrópicas na bacia, tais como reservatório,
desvio de água, evaporação em reservatório, irrigação, criação
animal, abastecimento urbano, rural, industrial entre outros. Em
decorrência da indisponibilidade no site da Agência Nacional de
Águas (ANA), para o alcance da série histórica de vazões da PCH
Rancharia foi necessário realizar a transposição de vazões, ou
seja, obteve-se a relação entre a vazão em um curso d'água
com série histórica desconhecida e a vazão em um curso d'água
com série conhecida. Tal procedimento somente foi possível pelo
fato de ambos os cursos d'água estarem em uma mesma bacia
hidrográfica. (SOUZA; FUCHS; SANTOS, 1983, p. 100).
Para essa referida transposição de vazões foram utilizados
os dados do reservatório da Usina Hidrelétrica Governador Pedro
Viriato Parigot de Souza (Usina GPS), localizado no Rio Capivari.
Inicialmente obteve-se a vazão média diária afluente para
Usina de GPS nos mesmos dias em que foram medidas as vazões
no rio Rancharia. A cota de cada método do vertedor foi medida
no mínimo duas vezes ao dia por 25 dias e em dias diferentes
para cada vertedor, no período de 15/05/2014 à 11/08/2014.
Com tais dados calcula-se o fator de transposição pela formula:
(5)
Onde FT é o fator de transposição, é a vazão média observada
na Usina de Rancharia [m³/s] e é a vazão média observada na
Usina de GPS [m³/s], obtendo o valor de FT.
A fim de validar a transposição deve-se achar o desvio
relativo, que nos dá uma informação a mais acerca da precisão
dos valores encontrados.
A fórmula para encontrar o desvio relativo é:
(6)
4.1 MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE VAZÃO
Tendo em vista as características do rio Rancharia decidimos
utilizar o método do vertedor, já que apresenta erros de até 3%
para a medição da vazão.
Para melhor confiabilidade utilizamos três tipos de vertedores,
retangular, trapezoidal e triangular.
Para todas as vazões calculadas foram acrescentados
0,014 [m3/s] no resultado, pois na barragem existe uma válvula
de esgotamento e drenagem que não está totalmente vedada e
em uma visita no local da barragem medimos aproximadamente
14 [L/s] de vazão escoando pelo canal da válvula de esgotamento
e drenagem.
Onde Dr é o desvio relativo e n é o número de medições de
vazão realizadas, Qcalculado é a média das vazões calculadas no rio
Rancharia e Qtransposto é a média das vazões transpostas do rio que
abastece a Usina de GPS.
4.2.1 Transposição pelo Método do Vertedor Retangular
Por esse método o fator de transposição (FT) foi de 0,006127,
e o desvio relativo de 1,2122%.
A figura 3 representa um comparativo entre as vazões
calculadas no rio Rancharia pelo método do vertedor retangular e
vazões transpostas do rio que alimenta a Usina de GPS.
15
ARTIGOS TÉCNICOS
4.2.4 Definição da Transposição a ser aplicada
O desvio relativo máximo encontrado foi da ordem de 1,7356
%, conclui-se que todos os métodos utilizados para encontrar a
série histórica da vazão do rio Rancharia são válidos. Foi adotado
o FT de 0,0059059, que é igual à média de todos os fatores de
transposição, independentemente do método utilizado.
Compilando os dados de todos os métodos do vertedor
utilizados e aplicando o fator de transposição encontra-se o
gráfico da figura 6.
Fig. 3: Comparação das vazões obtidas pelos métodos, do vertedor
retangular e da vazão transposta.
4.2.2 Transposição pelo Método do Vertedor Trapezoidal
calculadas no rio Rancharia pelo método do vertedor trapezoidal
e vazões transpostas do rio que alimenta a Usina de GPS.
Fig. 6: Comparação das vazões compiladas dos métodos do vertedor e da
vazão transposta.
Observando o gráfico da figura 6, verifica-se que pela
comparação dos dados existe uma tendência das vazões calculada
e transposta, apresentarem valores próximos no decorrer do
período analisado.
4.2.5 Transposição da vazão do rio Capivari para o rio
Rancharia
trapezoidal e da vazão transposta.
4.2.3 Transposição pelo Método do Vertedor Triangular
calculadas no rio Rancharia pelo método do vertedor triangular e
vazões transpostas do rio que alimenta a Usina de GPS.
triangular e da vazão transposta.
16
Para determinar a série história de vazões do rio Rancharia,
multiplica-se a série histórica do rio Capivari que se encontra
disponível na base de dados já exposta pelo fator de transposição
que é FT=0,0059059. Resultando na tabela 1.
Tabela 1: Série histórica das vazões do rio Rancharia.
Com os dados da vazão transposta da tabela 1 foi plotado
o gráfico da figura 7 evidenciando a variação das vazões no
decorrer do período.
TECHNICAL ARTICLES
5. CONCLUSÃO
Fig. 7: Gráfico da vazão transposta no período de 25 anos.
4.3 CURVA DE PERMANÊNCIA
A curva de permanência de vazão é um gráfico que informa a
vazão em um período de tempo. O traçado da curva é feito, com
a vazão lançada em ordenada, pela porcentagem do tempo em
que essa vazão é igualada ou excedida em abscissa (BARBOSA,
2014). Utilizando os dados da tabela 1, foi possível traçar a curva
de permanência para os últimos 25 anos, conforme figura 8.
Para implementar uma usina hidroelétrica, o principal fator
que deve ser levado em consideração é o potencial aproveitável
e para isso é de suma importância conhecer a vazão do rio em
questão.
A literatura possui diversos métodos para determinar a vazão
de um rio. Porém cada estudo exige métodos específicos devido
a fatores como custos de aplicação, volume de água, precisão,
topologia e acesso do local.
Neste trabalho os métodos utilizados obtiveram resultados
satisfatórios comparados com a vazão transposta do rio Capivari,
apresentando um desvio relativo que não comprometeu o
resultado final.
Segundo o laudo aprovado pelo Instituto de Águas do Paraná
a vazão média é de 0,19091 [m3/s] e pelos resultados obtidos
pelo método do vertedor chegamos a uma vazão média 0,13155
[m3/s]. Como o desvio relativo máximo apresentado no trabalho
foi de apenas 1,7356% com relação à vazão transposta do rio
Capivari, aconselhamos utilizar os resultados obtidos pelo método
do vertedor.
Considerando a situação do mercado energético, em que
diversas pessoas preocupam-se cada vez mais em investir em
fontes alternativas de energia, o proprietário viu nas instalações
já existentes em sua propriedade, uma oportunidade de geração
de energia para consumo próprio. A reativação da usina no rio
Rancharia se mostra uma oportunidade viável, tendo em vista a
vazão firme de setenta e oito por cento calculado e uma potência
aproveitável de 29,41[kW], possibilitando assim a reativação da
central.
6. REFERÊNCIAS
Fig. 8: Gráfico da curva de permanência.
4.4 POTÊNCIA APROVEITÁVEL
Tendo o valor de queda líquida apresentado no laudo aprovado
pelo Instituto Águas do Paraná de H = 18,30 [m] é possível obter
uma projeção da potência aproveitável do rio Rancharia.
(7)
Onde P é a potência instalada projetada, Q a vazão média
acrescida a porcentagem do coeficiente de variação e H é a
queda líquida.
Os valores mais pertinentes de potência aproveitável são
listados na tabela 2.
Tabela 2: Potência aproveitável do rio Rancharia.
• AGÊNCIA ESTADUAL DE MEIO AMBIENTE. Medição de vazão
de efluentes líquidos – escoamento livre: Procedimento.
Pernambuco: CPRH N 2.004. 23/08/2000. p.7. Disponível em:
<http://www.cprh.pe.gov.br//downloads/normas-cprh-2004.
pdf>. Acesso em: 1 ago. 2014.
• AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS. Hidroweb. Disponível em:
<hidroweb.ana.gov.br> . Acesso em: 21. out.2014
• ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR
13403: Medição de vazão em efluentes líquidos e corpos
receptores – Escoamento livre. Rio de Janeiro, 1995.
• EMBRAPA. Comunicado técnico nº455, de julho de 2007.
Medição da vazão em rios pelo método do flutuador. Concórdia,
SC. Disponível em: <http://www.cnpsa.embrapa.br/down.
php?tipo=publicacoes&cod_publicacao=1017>. Acesso em:
25 jun. 2014.
• RICARDO, Mateus. Transposição de dados hidrológicos para
a determinação da vazão de projeto de micro e minicentrais
hidrelétricas: estudo de caso. PCH Noticias & SHP News.
N.28. Itajubá: 2006.
• SEVERO, Gildomar Borges. Medição de vazão. Disponível
em: <http://blog.fimes.edu.br/gildomar/files/2010/04/cap13-Medi%C3%A7%C3%A3o-de-vaz%C3%A3o.pdf>. Acesso
em: 03 jun. 2014.
• SOUZA, Zulcy; FUCHS, Rubens D.; SANTOS, Afonso H. M.
Centrais hidro e termelétricas. São Paulo: Edgard Blücher;
Itajubá-MG: Escola Federal de Engenharia, 1983.
• SOUZA, Zulcy; SANTOS, Afonso H. M.; BORTONI, Edson da
C. Centrais Hidrelétricas. Rio de Janeiro: ELETROBRÁS, 2009.
• VILLELA, S. M. Hidrologia aplicada. São Paulo: McGraw-Hill ,
Berkeley, 1975.
17
ARTIGOS TÉCNICOS
DOI:10.14268/pchn.2015.00032
ISSN: 1676-0220
plants, hydro generators
DEVELOPMENT OF A PRIMARY STANDARD
FLOW OF LIQUIDS IN PIPELINES CLOSED
SOUZA,Coelho Stênio Augusto de, 2MEINHARD, Sesselman
1
ABSTRACT
In Brazil, especially in Minas Gerais there is a lack of calibration of flow measurement systems, while other mechanical areas have a
reasonable number of laboratories accredited to their respective measurands. To encourage change this scenario, this work presents
the construction of a primary standard flow (PSF) of liquids in closed pipes.
According to the NBR ISO 4185 and other related supplementary rules, it defined the development of the standard reservoir fed by
constant level satisfying the various requirements for accurate measurements of the standard in favor of the uncertainty and get 0.1%.
The primary standard of measurement mentioned above is in the final stages of construction. Then it will be subjected to reviews of
metrological performance. It is expected to start calibrations within the various scientific papers developed by the Center for Hydraulic
Research UFMG and the scientific community of Minas Gerais.
KEYWORDS: measurement systems; hydraulic..
1. INTRODUCTION
The increasing depletion of natural resources (NR) in the
entire world has been a concern to all nations. In Brazil, the
country owns numerous NR, holds the greatest water potential of
the planet, with the prevision in 2015 half the population will not
have access to fresh water.
In this context, the constant advancement and technological
improvement of measurement systems that were created centuries
ago, helps to better use of water resources, as long as these are
properly calibrated to perform an accurate measurement.
Calibration is an experimental process in which are correlated
under the same experimental conditions, the measures of the
measurement systems and standards in favor of fit and / or
check out the SM to provide this standardized measures within
the tolerances specified by the reference agencies.
Currently, the certified laboratories for calibration of volumetric
flow meters and mass are concentrated in the southeastern region
of Brazil, more specifically in Sao Paulo and Rio de Janeiro. The
example of this is Table 1 Laboratorios RBC - Accredited INMETRO,
endorsing the fact.
With poor access in some regions of Brazil to calibration
systems. Set up the planning and implementation of the Primary
Standard Flow, which throughout development showed up,
more and more assertive position with the sustainability needs
of society today. Subsequently become supportive of scientific
metrology, industrial metrology and possibly legal metrology.
The method selected for the device construction was the
method of flow measurement in closed ducts, also known as
gravimetric method, this is the measurement process of the mass
of a volume of liquid collected in a weigh tank in a interval of time
known. This makes the calibration of the device under test by the
indirect method, which needs to have the error at least 10 times
less than the system to be calibrated.
Tabela 1: Laboratories RBC - Certified Inmetro.
Fig. 1: Indirect Calibration Method. Source: Gonçalves, 2008.
The standard reference for design and auxiliary standards ISO
4006, ISO 5168 and OIML n ° 1, 2, 3, 20, 28 and 33, provided
the intrinsic conditions and contour necessary for the measuring
equipment conditions, procedure, the method of flow calculation
and uncertainties associated with the measurement.
So that, static weighing was selected for construction of the
device first. This principle is based:
1) Determine the initial mass of any residual liquid tank;
2) Diverts the flow into the tank weighing the divertor
operation until it contains a sufficient amount of fluid to
meet the desired accuracy. Simultaneously, the divertor
triggers a stopwatch to measure the time of filling;
3) Determine the final mass of the tank plus the liquid
collected. Is given in eq. (1):
Centro de Pesquisas Hidráulicas e Recursos Hídricos da UFMG. Av. Antônio Carlos 6627, Belo Horizonte MG. CEP 31 270-901, e-mai: [email protected].
Centro de Pesquisas Hidráulicas e Recursos Hídricos da UFMG. Av. Antônio Carlos 6627, Belo Horizonte MG. CEP 31 270-901, e-mai: [email protected].
1
2
18
TECHNICAL ARTICLES
2.1. Construction Planning of PSF:
(1)
Planning for construction of Primary Standard Flow was
effected through planning and strategy maps that optimize the
process of implementation and show the development of the
project.An example of this is creating spreadsheets in Excel
software and also in Bitrix 24, as soon as these allow modifications
and is easy to use.
The eq. (1) can be approximated by eq. ( 2) and equation (3)
due to the relative magnitudes of quantities.
(2)
(3)
2. METHODOLOGY
The process of construction of the primary standard flow in
closed ducts followed the dictates of ABNT NBR 4185 1SO and other
supplementary standards, on which is required the fulfillment of
several requirements in order to obtain the uncertainty of 0.1%.
The schematic diagram of selected typical installation
suggests that the standard is the model:
Fig. 3: Flow Diagrama of PSF Development
2.2. Project Structural Mechanic (Structures Auxiliary):
The Development of auxiliary structures was in AUTOCAD
2007, so that the shear stress, tensile, bending and oxidation
results in high quality and precision equipment.
Tabela 2: Table of Engineered Mechanical Equipment.
Fig. 2: Diagram of a calibration installation for weighing (static method,
feeding reservoir constant level).
Through the numerous instructions collected constituted the
various projects and planning required for the implementation
of PSF, which are: Construction Planning of PSF, Project
Structural Mechanic (Structures Auxiliary), Pneumatic and
Eletrical design and Improvement of the Treatment Unit
Signal – TUS.
19
ARTIGOS TÉCNICOS
Fig. 4: Mechanical Projects 3D Structure (left) and Proojeto Flange Nylon
2D (right).
Tabela 3: Specifications Load Cell Projected.
Fig. 5: Project Pneumatic / Electrical.
2.4. Improvement of the Treatment Unit Signal – TUS.
Refinements were performed together signal processing, the
example is the increased tension in the power supply of 5 V to 12
volts, with subsequent voltage reduction, in favor of minimizing
fluctuations in the system.
2.3. Pneumatic and Eletrical design:
The Electrical control of PSF is necessary for semi-automatic
tilting system divertor. Below it is the list of major equipment:
Tabela 4: Table of Electrical Equipment (purchased).
Fig. 6: The block Diagram.
3. CALIBRATION
The pneumatic drive project of the divertor was developed
in FluidSIM-P (Version-Demo) FESTO software, in which it was
tested and verified the functioning and efficiency of the designed
circuit.
20
Calibration was performed for the range of 0 to 44.100 kg.
The calibration method adopted follows below:
For each block of standard mass was performed the following
sequence:
• Reset;
• Tare the balance;
• Measuring the value of the standard mass or masses
sequence;
• Collect the time of the experiment;
• Conduct the average of values collected.
The realization of this procedure provides independent measures. Thus it is possible to calculate the measurement result to
a measurand invariant according to eq. (4) below:
TECHNICAL ARTICLES
(4)
4. RESULTS AND DISCUSSION
In the evaluation test of the load cell was tested standard
weights 0 to 44.100 kg. The signal from the load cell was the first
experiment and so that the data obtained are:
Graaphic 1: Signal Graphic of Load Cell with Mass Variation (0 to
44.100 kg).
The TUS developed was tested on the load cell idealized by
the Centre for Water Resources and Hydraulic Research at UFMG,
and in order to calibrate and operate in TUS / Load Cell blocks
set standard weights were used. Data were collected through the
Windows Hyperterminal program and saved in Excel. Data were
processed in Excel. The program has a range of tools that were
used to analyze the data collected.
In the first 60s was incremented a mass of 100g, then notices
a small change in the electrical signal received.
From 120s was incremented a mass of 1 kg in 60s to 60s
approximately. 300s after the balance would have been added to
4.100 kg. From 300s masses of 5kg were added till 44.100 kg.
After 850s the masses were removed one at a time with each
interval of 60s.
In Graphic 3, without standard mass, presents a time 1200s
reading without the variation of standard mass in a balance, so
that there was an increase in the variation of signal after 500s.
This was due to heating of electronic components and effects of
external interference equipment.
Graaphic 3: Without Standard Mass.
The analysis of section 3 of the graphic used to analyze the
level of measurement noise. The difference is 0.12901 kg to a
maximum point (28.539296) and minimum (28.410286).
The average deviation calculated equals 0.022804713 kg and
the standard deviation is equal to 0.025772153 kg
Graphic 4, 5kg variation, presents a quick response from a
variation of the standard mass and a low oscillation incremented
value.
Graaphic 2: Sequence of Measurement (0 to 44,100 and
44,100 to 0) kg.
Graaphic 4: Variation of 5kg.
Initially there is a signal different of zero in the load cell due
to the fastening components, and the central axis positioning of
the tank cables and eletrical supply to the Wheatstone bridge.
The reference value 0.047mV represents the coefficient for
converting kg to mV, which was constructed and inserted into
the C language program TUS, ie in every kg load cell signal to be
incremented 0.047mV.
The coefficient of linear conversion was implemented in
the Treatment Unit Signal thus realizing the overall conversion
(without considering systematic effects) mV to kg.
Due to find out a calibration points PSF and their results. It
was built up several tables for points similar calibration point
calibration 5kg, the following:
21
ARTIGOS TÉCNICOS
Tabela 5: Reference Data of Calibration Point of 5kg.
Initially, it is established that the PSF can only measure mass
above 190 kg in favor of obtaining the less uncertainty than
0.1%. Because the device is in the process of adjustments and
enhancements.
5. CONCLUSÃO
The treatment of other measuring points is given the same
way as the calibration point and 5kg were synthesized as follows:
Tabela 6: Result of 10 Calibrations Points.
The construction of the Primary Standard Flow - PSF showed
satisfactory results regarding the operation of the equipment
directing the implementation of improvements for better accuracy
of the device. Consonant, obtaining the uncertainty less than 0.1%.
The large contribution of this work is a complete measuring
system was developed from technologies ranging from
construction techniques of mechanical elements (load cell) and
the software. However, some devices were not obtained and
developed without harming the device.
Thus, it is believed that the final suitability of the PSF,
according to the standards of ISO 4185 and related standards,
readily will solve the needs of CPH - UFMG and the scientific
community of Minas Gerais, in addition to the significant gain in
terms of know -how.
6. REFERÊNCIAS
It is observed that when analyzing the points obtained are
high tendency values for the measurement points 7, 8, 9 and 10.
Can be inferred that these values are probably due to the fact of
using a linear curve fit (y = 0,047 mV . x + b),obtained in the
development of TUS.
The measurement uncertainty for the calibration points is
between 30 kg and 190 kg. These values are compatible with
the measuring range of the measurement system developed, but
should be reduced by decreasing noise TUS.
22
• Norma Brasileira, ABNT NBR ISSO 4185, Medição de vazão de
líquidos em dutos fechados ─ Método gravimétrico.
• GONÇALVES JR. Armando Albertazzi, Metrologia Parte I, 2004,
Laboratório de Metrologia e Automatização, Departamento
de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Santa
Catarina 2004 130p.
• INSTITUTO NAVIONAL DE METROLOGIA, NORMALIZAÇÃO
E QUALIDADE INDUSTRIAL - INMETRO, Rede Brasileira de
Calibração, Disponibilidade e acesso: [http://www.inmetro.
gov.br/laboratorios/rbc] em 15/07/2014.
• MAIA, Prof. Dr. Antônio. Estudo de caso: PIC16F877A, Apostila
da disciplina Introdução a Sistemas Embutidos, 40p 2010.
• MICROCHIP, PIC16F87XA Data Sheet 28/40/44-Pin Enhanced
Flash Microcontrollers 2003 Microchip Technology Inc.
• OIML R 33 Editon 1979 (E). International Recommendation.
Conventional value of the result of weighing in air.
• DELMEÉ G. J.; Manual de Medição de Vazão. Editora Edgard
Blücher LTDA. 3° Edição, São Paulo,2003.
• Dettmar, Glauico.Portal Brasil, O Brasil Possui o maior potencial
hídrico da terra. Disponível em < http://www.brasil.gov.br/
old/copy_of_imagens/sobre/geografia/recursoshidricos/obrasil-possui-o-maior-potencial-hidrico-da-terra-1/view>.
TECHNICAL ARTICLES
DISCHARGE MEASUREMENTS AT LA RANCE TIDAL
POWER PLANT USING CURRENT METERS METHOD
DOI:10.14268/pchn.2015.00033
ISSN: 1676-0220
plants; dam
1
ROLANDEZ, Grégory, 2 ABGOTTSPON, André,
3
STAUBLI, Thomas,
ABSTRACT
La Rance was the first tidal power plant worldwide with a capacity of 240 MW supplied by 24 bulb units working in both flow
directions. Many tests had been undertaken in laboratory and on the prototype of Saint-Malo, but no real commissioning tests had
been carried out until now. Measuring discharge at La Rance is indeed complex because of a very low and changing head from 2 m
to 11 m depending on the tides, large gate bays of 8.7 m on 8.8 m, and high flow rate variations from 75 m3/s to 280 m3/s. It was
decided to use current meters on a moving frame in the bulkhead slot for flow rate measurement. Further challenge was to maintain
an almost constant head of 4 m during data acquisition. Full exploration of the velocity field was completed in both directions in 6
vertical positions. Additionally cam tests were performed, using index measurement with the frame in the middle position.
KEYWORDS: power plant; turbines; measurement.
1. INTRODUCTION
2.1 « Simple effect » – ebb generation
The Rance Tidal Power Station is the world's first tidal power
plant and also the world's second biggest tidal power plant (recently
the second, but the first for a long time). The facility is located on
the estuary of the Rance River, in Brittany, France, near the town
of Saint-Malo. It was commissioned in 1966. With a peak rating of
240 MW, generated by its 24 bulb turbines, it supplies an annual
output of approximately 540 GWh. Thus La Rance was the first
power plant to produce massive energy from tidal power. In the
50s and 60s, many of studies were carried out and model turbines
were tested before the initiation of the construction of the power
plant to ensure the best efficiency design for these new generation
bulbs. In particular a model turbine was built on site in Saint-Malo
on which performance tests were performed. But until now, no
efficiency tests have ever been carried out on La Rance units.
Cam tests for high head were realized in 1999 and potential
efficiency gains at low head were identified. The classical method
for index flow measurement is not possible at La Rance because no
pressure taps are available for differential pressure measurements.
In 1999, field tests were carried out by exploring the index flow rate
with one current meter and one Pitot tube. Based on the previous
experience, it was decided in 2013 to realize an absolute discharge
measurement. Among all discharge measurement methods, the
only IEC Standard 60041 code approved method for very short
intakes is with current meters. However, a special structure was
necessary to measure high velocities in a large intake in both
flow directions. This paper presents the important details of the
performance tests and evaluation carried out by etaeval and EDFDTG teams on unit C11 in LA RANCE for a 4-meter head. Special
attention was given to the design of the frame and the absolute
and relative discharge measurement.
Fig. 1: Ebb generation.
In this cycle, water flows through the turbine from the basin
to the sea, see Figure 3. The maximum flow rate for each 10 MW
unit is about 260 m3/s for a head of 4 m in direct turbine mode.
2.2 « Double effect » – ebb and flood generation
2. TIDAL POWER PLANT’S OPERATION CYCLE
La Rance estuary has among the highest tides in the world:
8.2 meter on average with a 13.5 meter peak. A dam was built in
the estuary, creating a reservoir. Operating in both directions, the
dam creates a difference of water levels inducing a flow, which can
pass through the turbines twice a tide (during the incoming and
outgoing tidal flows). An orifice mode is also available for low head
while not producing electricity. A brief description of the scheme is
given, explaining “one-way” and “two-way” tide cycle utilization.
Fig. 2: Flood and Ebb generation.
In this cycle, flow passes the turbine from the basin to the
sea and from the sea to the basin. The maximum flow rate is
about 220 m3/s for a head of 4 m in reverse turbine mode and
280 m3/s in reverse orifice mode. Ebb generation (direct turbine
mode) covers 60 % of operations. Flood generation (reverse
EDF-DTG, Grenoble, France, e-mail: [email protected]
Etaeval GmbH, Horw, Switzerland, e-mail: [email protected]
3
Etaeval GmbH, Horw, Switzerland, e-mail: [email protected]
1
2
23
ARTIGOS TÉCNICOS
turbine mode) covers 2 to 6 % and direct pumping 15 to 20 %.
The remaining time, water flows freely through turbine orifices.
In order to have a constant head of 4 m during field tests, it was
necessary to adjust the production program to maintain equal
level variation in basin and sea. That was only possible during
a two hour period, so that two consecutive tidal cycles were
necessary to perform the entire field tests.
3. DESCRIPTION OF THE MEASUREMENT CAMPAIGN
The measurements included absolute measurements in
turbine (flow direction from basin side to sea side) and in orifice
modes (flow direction from sea side to basin side). Additionally,
index measurements (cam tests) were performed in turbine
mode. EDF-DTG performed measurements of generator power,
of head, guide vane position and turbine blade position, while
etaeval was carrying out the velocity measurements with current
meters. With all the acquired data turbine efficiencies could be
evaluated. For the absolute discharge measurements in turbine
and orifice mode, six positions (elevations) with the current
meter frame and accordingly 24 measuring points each were
measured, see Figure 4, resulting in a total of 112 velocity data.
For the index measurements one position in the middle of the
measuring section was selected to speed up the measurements.
Thus the index flow was based on 24 measuring points. This
index data could be attributed to an absolute flow rate, thanks
to the previously performed full tests in the entire cross section.
4. DESIGN OF THE CURRENT METER FRAME
The design of the frame for the current meter flow measurements includes essentially two different parts. The first part
(marked in red in Figure 5) is a steel frame comprising the two
boxes with mounted wheels, which are sliding in the bulk head
slots. The central beam is designed for low drag forces and high
mechanical resistance. It is fixed to the side boxes and the middle
plates. The central beam is the core of the frame because it takes
all forces of all parts exposed to the flow. The middle plates are
the support of current meter profiles. Two steel cables provide
additional stiffness in vertical direction and add damping to the
frame. The second part includes the current meter profiles manufactured in aluminum, which are mounted on the base construction with profile shoes. 12 Ott component current meters are
mounted on each of the two horizontal measurement lines. For
the change of the flow direction the profiles including the profile
shoes and the current meters can be rotated by 180 degrees
without disassembling the frame completely.
Fig. 5: Current meter frame for HPP La Rance.
Fig. 3: Cross section through turbine water way of the Tidal Power Plant
La Rance .
Before manufacturing the frame, a calculation for the
static and dynamic loading was carried out. The static loading
encompasses the weight of the elements and the fluid forces. The
dynamic loading stems from the turbulence and vortex shedding
behind upstream elements of the structure and eventually from
pressure pulsations induced by the blade passing frequency of
the machine. The most important element was to ensure that
none of the mechanical eigenmodes of the structure might be
excited. The following frequencies were taken into account:
• Kármán vortex streets with the corresponding Strouhal
numbers
• Blade passing frequency of the turbine
• Eigenfrequencies of the current meter profiles and the frame
The eigenfrequency of the current meter profile is far below
the excitation frequencies of the Kármán vortex street and
consequently no resonance had to be expected. Also, since
the eigenfrequency of the current meter profile is considerably
higher than the blade passing frequency no resonance will occur.
A possible excitation during starts or shut down at the low flow
velocities was not considered as problematic.
5. RESULTS OF CURRENT METER MEASUREMENTS
Fig. 4: Cross section at current meter section of the Tidal Power Plant La Rance.
24
The absolute flow rates were calculated by integrating the
differences between CFD-simulated velocities and the measured
point velocities. The advantage of such integration of the velocity
TECHNICAL ARTICLES
differences is that the near wall zones are correctly described
in CFD and extrapolation (normal procedure according to ISO
3345:2008) becomes needless. The CFD simulations were
performed for the exact geometry of the measuring sections and
fulfill the law of conservation of mass. The mean velocity is then
determined by dividing the flow rate through the area (which
was slightly different for turbine and pump mode as can be seen
from the contour of the measuring section in Figure 4). The index
velocity results from the cubic integration of the 24 measuring
points in the middle position divided by the width. The factor
listed in the table 1 and 2 is defined as follows:
Factor = Discharge divided by the index velocity (1)
Table 1: Results for the absolute turbine mode discharge
measurements.
Measurement
point
Index
velocity
Mean
velocity
Area
Discharge
Factor
[m/s]
[m/s]
[m2]
[m3/s]
[m2]
ab_tm_1
3.197
3.175
67.104
213.054
66.650
ab_tm_2
2.175
2.154
67.104
144.574
66.471
ab_tm_3
2.173
2.158
67.104
144.825
66.641
66.588
Mean factor
Table 2: Results for the absolute orifice mode discharge
measurements.
Measurement
point
Index
velocity
Mean
velocity
Area
Discharge
Factor
[m/s]
[m/s]
[m ]
[m /s]
[m2]
ab_oi_1
2.253
2.971
66.538
197.710
87.758
ab_oi_2
2.073
2.738
66.538
182.199
87.913
2
3
87.835
Mean factor
Although the discharge in turbine mode varies by approximately
32 % (see Table 1, from 213.05 m3/s to 144.70 m3/s) the ratio
between the discharge and the index velocity (factor) remains
almost constant. This indicates that the velocity distribution is
self-similar over a wide operating range, as demonstrated with
an example in Figure 4. On the basis of this finding the index
velocities could be scaled to an absolute flow rate. Although the
velocity distribution in orifice mode is very non-uniform due to the
wake flow downstream of the bulb and the swirling flow behind
the machine, the described ratio appears also to be constant in
the orifice mode for the tested operating range, see Table 2.
can be calculated for the index measurements, as well. With the
chosen methodology of integration supported by CFD a calculated
relative measurement uncertainty of 0.92 % for the discharge in
the turbine mode was estimated. Due to the presence of the
wake effect and of swirling flow in the orifice mode, the calculated
relative measurement uncertainty of the discharge became 1.82
%. The repeatability of the discharge measurements showed to
be excellent and lay in the order of 0.1 %.
6. RESULTS OF CAM TESTS
To obtain optimum performance from double regulated bulb
turbines, the proper guide vane to runner blade relationship
has to be adjusted. Such an optimization, also called cam tests,
consists in determining the optimum dependence between the
opening angles of the guide vane and of the runner blades so that
the unit is operating at maximum efficiency for a given head and
discharge. In first step propeller curves were measured by fixing
the runner blades angles and changing the guide vane position.
Such curves were determined for 7 different runner blade angles.
The envelope around the measured propeller curves allows
assigning to each runner blade angle the optimum guide vane
opening. The net head was calculated from the difference of
the sea and reservoir levels, which were measured in bulkhead
grooves and from the difference of the kinetic energy at the inlet
and outlet of the turbine. For each operating point the following
parameters were measured:
• Guide vane opening (in percent of total opening) with an
accuracy of 1%;
• Runner blade inclination (in percent of total opening) with an
accuracy of 1%;
• Sea level at bulkhead groove with an accuracy of 2 cm;
• Basin level at bulkhead groove with an accuracy of 2 cm;
• Electrical power with an accuracy of 1.1%;
• Flow rate with current meters with an accuracy of 0.92 % in
turbine mode.
Figure 7 depicts the configuration of measuring equipment
for cam tests.
Fig. 7: Unit’s instrumentation for cam tests.
Fig. 6: Typical velocity distribution in turbine mode for index efficiency
measurements.
Thus the index velocity can be used to calculate an absolute
discharge for the index measurements (cam tests) using the
above-defined mean factor. Therefore, an absolute efficiency
For cam tests, it is sufficient to measure not the absolute but
the index flow rate. Such index flow rate measurements can be
performed with an appropriate differential pressure measurement.
Unfortunately, La Rance is not equipped with such pressure taps.
A first idea was to replace the cathodic protection probes by
25
ARTIGOS TÉCNICOS
pressure taps, as shown in Figure 8. However, the low pressure
section was too close to the runner and no relevant differential
pressure acquisition was possible. Finally, it was decided to use
the current meters method. The duration of the tides was too
short to measure absolute discharge for each of the approximately
100 operating points with current meters. One absolute discharge
measurement requires indeed about 20-30 minutes, while only 2
hours are available for the measurement with a constant head.
As consequence it was decided to measure for the cam tests only
with 24 current meters in the mid position. As mentioned above,
a special production program allowed keeping a constant gross
head for the entire HPP from the lock sensor. The gross head for
HPP remained at about 4.5 m except for some acquisitions for
which head reached 4.17 m (see Figure 9). The basin level is not
flat from bank to bank. Gross head was also measured for group
C (C9-C10C11-C12 units). The head was 4.4 m on average with a
fluctuation of about ± 0.2 m (4.5 %).
Fig. 8: Pressure tap location for index measurements (unsuccessful solution).
Net head fluctuated between 3.25 and 4.32 m (see Figure
10). However, for each propeller curve measurement, net head
difference between the existing cam point and optimum point did
not exceed ± 0.12 m (3.4%) (see Table 3).
Table 3: Results for the absolute orifice mode discharge
measurements.
On existing
cam point
Net head
(m)
Optimum
point
Net head
(m)
H1c
H2c
Difference
(%)
3.96
H1-4
4.06
2.5%
4.32
H2-3r
4.30
-0.5%
H3c
4.11
H3-2
4.12
0.2%
H4c
3.88
H4-3
3.83
-1.3%
H7c
3.76
H7-2
3.86
2.6%
H8c
3.82
H8-3
3.76
-1.6%
H9c
3.66
H9-2
3.54
-3.4%
All results are computed for the net head using equations (1)
and (2):
(1)
(2)
Where Q is the absolute discharge (m3/s), Pout the electrical
power (MW) and H the net head (m).
Cam curves for a 4-meter net head are presented in Figure 11.
26
TECHNICAL ARTICLES
For index measurement, uncertainty is derived from random
uncertainty only. The systematic uncertainty can be assumed
to be constant for flow rate variations. The random uncertainty
of the flow rate was determined to be 0.33 %. It is the mean
standard deviation of several acquisitions at the same point.
Figure 11 shows that efficiency could be increased by up to 2
percent with the optimized cam relation for the head conditions
of the field tests. This is achieved by a 0 to 6 % smaller guide
vane opening compared to the existing cam (Figure 12).
7. CONCLUSION
La Rance Tidal Power Plant is a complex place for flow rate
measurement as the head keeps changing and the intake is very
short. Measuring a relative flow rate was not possible because
no such pressure taps for index measurements were considered
during the construction of the power plant. New pressure taps
were installed at the positions of the existing cathodic protection
system, but differential pressures were too small and no accurate
relationship between the differential pressure and relative flow rate
could be obtained. A special movable structure was then designed
to fix 24 current meters and to explore the basin-side bulkhead
cross section in the two directions of flow. The absolute flow
rates are calculated by integrating the differences between CFDsimulated velocities and the measured point velocities to reduce
the integration error. Good results have been achieved in this way
with an estimated uncertainty of 0.92 % in direct turbine mode
and 1.82 % in reverse mode. With this structure, cam tests could
also be performed by measuring velocities in the mid position of
the bulk head cross section with 24 current meters. Discharge has
then been calculated using a factor between index velocity and
absolute flow rate. Only two consecutive tides and a duration of
4 hours were needed to complete cam tests for one head. Results
show that turbine efficiency could be improved for high flow rates
by about 2 percent with a better relation of guide vane and runner
blades openings. This finding enables the power plant operator now
to optimize the production of the tested and all the other 23 units.
8. REFERENCES
• [1] Standard IEC 60041. Field acceptance tests to determine
the hydraulic performance of hydraulic turbines, storage
pumps and pump turbine. IEC, 3rd edition, 1991.
• [2] EDF-DTG, A. Reymond. LA RANCE – Groupe n°E19 –
Détermination de la conjugaison optimume sous 5,80 m et
7,50 m, 1999.
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ARTIGOS TÉCNICOS
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PCH NOTÍCIAS & SHP NEWS, 66, (3), ABR,JUN/2015, DA PÁG. 3-5
TECHNICAL ARTICLES
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ARTIGOS TÉCNICOS
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ARTIGOS TÉCNICOS
TECHNICAL ARTICLES
INSTRUÇÕES AOS AUTORES
INSTRUCTIONS FOR AUTHORS
Forma e preparação de manuscrito
Form and preparation of manuscripts
Primeira Etapa (exigida para submissão do artigo)
First Step (required for submition)
O texto deverá apresentar as seguintes características: espaçamento 1,5; papel A4 (210 x 297 mm), com margens superior,
inferior, esquerda e direita de 2,5 cm; fonte Times New Roman 12;
e conter no máximo 16 laudas, incluindo quadros e figuras.
Na primeira página deverá conter o título do trabalho, o
resumo e as Palavras-chave. Os quadros e as figuras deverão ser
numerados com algarismos arábicos consecutivos, indicados no
texto e anexados no final do artigo. Os títulos das figuras deverão
aparecer na sua parte inferior antecedidos da palavra Figura mais
o seu número de ordem. Os títulos dos quadros deverão aparecer
na parte superior e antecedidos da palavra Quadro seguida do
seu número de ordem. Na figura, a fonte (Fonte:) vem sobre a
legenda, à direta e sem ponto final; no quadro, na parte inferior
e com ponto final.
O artigo em PORTUGUÊS deverá seguir a seguinte sequência: TÍTULO em português, RESUMO (seguido de Palavras-chave), TÍTULO DO ARTIGO em inglês, ABSTRACT (seguido de
keywords); 1. INTRODUÇÃO (incluindo revisão de literatura);
2. MATERIAL E MÉTODOS; 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO; 4.
CONCLUSÃO (se a lista de conclusões for relativamente curta, a
ponto de dispensar um capítulo específico, ela poderá finalizar
o capítulo anterior); 5. AGRADECIMENTOS (se for o caso); e 6.
REFERÊNCIAS, alinhadas à esquerda.
O artigo em INGLÊS deverá seguir a seguinte sequência:
TÍTULO em inglês; ABSTRACT (seguido de Keywords); TÍTULO
DO ARTIGO em português; RESUMO (seguido de Palavras-chave); 1. INTRODUCTION (incluindo revisão de literatura); 2.
MATERIALAND METHODS; 3. RESULTS AND DISCUSSION; 4.
CONCLUSIONS (se a lista de conclusões for relativamente curta,
a ponto de dispensar um capítulo específico, ela poderá finalizar
o capítulo anterior); 5. ACKNOWLEDGEMENTS (se for o caso);
e 6. REFERENCES.
O artigo em ESPANHOL deverá seguir a seguinte sequência: TÍTULO em espanhol; RESUMEN (seguido de Palabra llave),
TÍTULO do artigo em português, RESUMO em português (seguido de palavras-chave); 1. INTRODUCCTIÓN (incluindo revisão
de literatura); 2. MATERIALES Y METODOS; 3. RESULTADOS Y
DISCUSIÓNES; 4. CONCLUSIONES (se a lista de conclusões for
relativamente curta, a ponto de dispensar um capítulo específico, ela poderá finalizar o capítulo anterior); 5. RECONOCIMIENTO (se for o caso); e 6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
Os subtítulos, quando se fizerem necessários, serão escritos
com letras iniciais maiúsculas, antecedidos de dois números
arábicos colocados em posição de início de parágrafo.
No texto, a citação de referências bibliográficas deverá ser
feita da seguinte forma: colocar o sobrenome do autor citado
com apenas a primeira letra maiúscula, seguido do ano entre
parênteses, quando o autor fizer parte do texto. Quando o autor
não fizer parte do texto, colocar, entre parênteses, o sobrenome,
em maiúsculas, seguido do ano separado por vírgula.
O resumo deverá ser do tipo indicativo, expondo os pontos
relevantes do texto relacionados com os objetivos, a metodologia,
os resultados e as conclusões, devendo ser compostos de uma
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Para submeter um artigo para a Revista PCH Notícias & SHP
News o(os) autor(es) deverão entrar no site www.cerpch.unifei.
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Serão aceitos artigos em português, inglês e espanhol. No
caso das línguas estrangeiras, será necessária a declaração de
revisão linguística de um especialista.
Segunda Etapa (exigida para publicação)
The manuscript should be submitted with following format:
should be typed in Times New Roman; 12 font size; 1.5 spaced
lines; standard A4 paper (210 x 297 mm), side margins 2.5 cm
wide; and not exceed 16 pages, including tables and figures.
In the first page should contain the title of paper, Abstract
and Keywords. The tables and figures should be numbered consecutively in Arabic numerals, which should be indicated in the
text and annexed at the end of the paper. Figure legends should
be written immediately below each figure preceded by the word
Figure and numbered consecutively. The table titles should be
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The manuscript in PORTUGUESE should be assembled in the
following order: TÍTULO in Portuguese, RESUMO (followed by
Palavras-chave), TITLE in English; ABSTRACT in English (followed by keywords); 1. INTRODUÇÃO (including references);
2. MATERIAL E MÉTODOS; 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO; 4.
CONCLUSÃO (if the list of conclusions is relatively short, to the
point of not requiring a specific chapter, it can end the previous
chapter); 5. AGRADECIMENTOS (if it is the case); and 6. REFERÊNCIAS, aligned to the left.
The article in ENGLISH should be assembled in the following order: TITLE in English; ABSTRACT in English (followed by
keywords); TITLE in Portuguese; ABSTRACT in Portuguese (followed by keywords); 1. INTRODUCTION (including references);
2. MATERIAL AND METHODS; 3. RESULTS AND DISCUSSION;
4. CONCLUSIONS (if the list of conclusions is relatively short,
to the point of not requiring a specific chapter, it can end the
previous chapter); 5. ACKNOWLEDGEMENTS (if it is the case);
and 6. REFERENCES.
The article in SPANISH should be assembled in the following order: TÍTULO in Spanish; RESUMEN (following by Palabrallave), TITLE of the article in Portuguese, ABSTRACT in Portuguese (followed by keywords); 1. INTRODUCCTIÓN (including
references); 2. MATERIALES Y MÉTODOS; 3. RESULTADOS Y
DISCUSIÓNES; 4. CONCLUSIONES (if the list of conclusions is
relatively short, to the point of not requiring a specific chapter, it
can end the previous chapter); 5.RECONOCIMIENTO (if it is the
case); and 6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
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