- cerpch

Ano 8 Revista n° 30
JUN/JUL/AGO-2006
Desenvolvimento Social
Alternativas de Geração para Comunidades Isoladas
Social Development
Power Generation Alternatives for Isolated Communities
e mais
and more
Inovação para Sustentabilidade - Tecnologia BFT/MIG inova na geração de energia elétrica,
buscando o desenvolvimento sustentável de comunidades rurais e/ou isoladas
Innovation for Sustainability - BFT/MIG technology is an innovation as far as power generation
is concerned, aiming at the sustainable development of rural and/or isolated communities
Preocupação Social - Através do desenvolvimento de três projetos, CERPCH mostra
preocupação com o desenvolvimento econômico e social de comunidades isoladas
Social Concern - Through the development of three projects, CERPCH shows
concern with the economic and social development of isolated communities
ACF Maria Carneiro
Artigos Técnicos
Tecnical Articles
Agenda de eventos
Events Schedulle
Comitê Diretor do CERPCH
Director Committee
Ivonice Aires Campos
Presidente
[email protected]
Geraldo Lúcio Tiago Fº
Secretário Executivo
[email protected]
Gilberto Moura Valle Filho
CEMIG
[email protected]
Patrícia Cristina P. Silva
Fapepe
Prezados leitores
Dear readers,
[email protected]
Célio Bermann
IEE/USP
[email protected]
Hélio Goulart Júnior
FURNAS
[email protected]
José Carlos César Amorim
IME
[email protected]
Antonio Marcos Rennó Azevedo
Eletrobrás
[email protected]
Alessandra Campos C. de Souza
ANEEL
[email protected]
Editorial
Editorial
Editor
Jornalista Resp.
Redação
Projeto Gráfico
Diagramação e Arte
Tradução
Equipe Técnica
Pesquisa
Geraldo Lúcio Tiago Filho
Fabiana Gama Viana
Camila Rocha Galhardo e
Fabiana Gama Viana
Orange Design
Adriano Silva Bastos
Adriana Candal
Cidy Sampaio da Silva e
Paulo Roberto Campos
Helmo Lemos
Estimular e desenvolver projetos de
cunho social que visam à universalização
do acesso à energia elétrica. Esse é um
dos objetivos do Centro Nacional de Referência em Pequenas Centrais Hidrelétricas (CERPCH) que, desde sua criação,
vem desenvolvendo projetos que buscam o desenvolvimento econômico e social de comunidades rurais e/ou isoladas
em todo o Brasil, em especial, na Região
Amazônica.
Neste contexto, a 30ª edição da Revista PCH Notícias & SHP News apresenta três projetos desenvolvidos pelo
CERPCH, que visam à universalização,
mostrando o interesse do Centro em desenvolver trabalhos de cunho social.
Além disso, nesta edição, é dado destaque ao projeto 'Boa Esperança:
BFT/MIG', também de grande importância social e que vigora entre os cinco projetos mais importantes no país na categoria 'Inovação e Sustentabilidade' em
concurso promovido pela Editora Abril e
pelo Banco Real.
Geraldo Lúcio Tiago Filho
PCH Notícias & SHP News
é uma publicação trimestral do CERPCH
The PCH Notícias & SHP News
is a three-month period publication made by CERPCH
Tiragem/Edition: 4.500 exemplares/issues
Foto capa:
Crianças da Comunidade Aruã por Helmo Lemos
Av. BPS, 1303 - Bairro Pinheirinho,
Itajubá - MG - Brasil
cep: 37500-903
e-mail: [email protected]
Tel: (+55 35) 3629 1443
Fax: (+55 35) 3629 1265
ISSN 1676-0220
02
Encouraging and developing social
projects that aim at the univesalization
of the access to electric power are two of
the goals of the National Center of Reference for Small Hydropower Plants
(CERPCH). Since it was created, CERPCH
has been developing projects aspiring to
the social and economic development of
rural and/or isolated communities all
over the country, especially in the Amazon Region.
Within this scenario, the 30th issue of
PCH Notícias & SHP News presents three
projects developed by CERPCH, which
aim at universalization, showing the center's interest in developing social works
and studies. In addition, this issue highlights the project 'Boa Esperança:
BFT/MIG', which is also socially important and is positioned among the five
most important projects in the country
within the category of 'Innovation and
Sustainability' – a contest sponsored by
Editora Abril and Banco Real.
Geraldo Lúcio Tiago Filho
Editorial
Editorial
02
Desenvolvimento Social
Social Development
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Preocupação Social - Através do desenvolvimento de três projetos,
CERPCH mostra preocupação com o desenvolvimento
econômico e social de comunidades isoladas
Internauta
Internet Space
06
Social Concern - Through the development of three projects,
CERPCH shows concern with the
economic and social development of isolated communities
Artigos Técnicos
Tecnical Articles
Desenvolvimento Social
Social Development
09
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Entre os cinco melhores do país
Projeto 'Boa Esperança: BFT/MIG' colocou a UNIFEI entre
as melhores Universidades do País
Among the top five of the country
Project 'Boa Esperança: BFT/MIG' has placed UNIFEI among
the best university in the country
Agenda
Schedulle
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Inovação para Sustentabilidade
Tecnologia BFT/MIG inova na geração de energia elétrica, buscando o
desenvolvimento sustentável de comunidades rurais e/ou isoladas
Innovation for Sustainability
BFT/MIG technology is an innovation as far as power generation is concerned,
aiming at the sustainable development of rural and/or isolated communities
.
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O maior portifólio de
Intermediação de negócios
Mais de 38 centrais em carteira, cerca de 220 MW de potencia divididos entre plantas com licença prévia, licença de implantação, licença de
operação e até centrais em operação.
Comercialização de energia
40 MW de energia de PCH disponíveis para comercialização.
Projetos de repotenciação
08 anos de experiência comprovada em na elaboração de projetos de repotenciação e recapacitação de antigas centrais.
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DESENVOLVIMENTO SOCIAL
Preocupação Social
Através do desenvolvimento de três projetos, CERPCH mostra preocupação
com o desenvolvimento econômico e social de comunidades isoladas
Por Fabiana Gama Viana e Helmo Lemos
Desenvolver e estimular projetos de cunho social voltados para o atendimento de comunidades isoladas, buscando desenvolvimento econômico e social. Este é um
dos propósitos do Centro Nacional de Referência em Pequenas Centrais Hidrelétricas (CERPCH) que, atualmente, trabalha no desenvolvimento de três projetos integrantes do programa de universalização do Governo Federal, o Luz para Todos.
Os projetos Cachoeira Aruã – um Modelo Energético Sustentável envolvendo Organizações de Base Comunitária e
μCH Canaã e μCH Novo Plano, integrantes do Programa de
Disseminação de μCH em sistemas isolados no estado de Rondônia mais do que levar energia elétrica através da implantação de microcentrais hidrelétricas (μCHs), viáveis economicamente e com menor impacto ambiental se comparadas aos grandes empreendimentos hidrelétricos têm o objetivo de trazer o desenvolvimento sustentável às comunidades envolvidas. Embora sejam parecidos, cada um dos três projetos têm suas peculiaridades, encontrando-se em diferentes fases de desenvolvimento.
Projeto µCH Aruã
O projeto Cachoeira Aruã – um Modelo
Energético Sustentável envolvendo Organizações de Base Comunitária, financiado
pelo Ministério de Minas e Energia (MME)
através do fundo setorial CT-ENERG e CNPq
por meio dos recursos do Programa das Nações Unidas de Desenvolvimento (PNUD),
está em sua fase final. Os trabalhos tiveram início em 2003 e, em abril de 2006, foi
implantada a μCH de 50kW, levando energia elétrica para todas as casas da comunidade, além de água encanada, já que agora
é possível fazer o bombeamento de água
para uma caixa d'água comunitária.
Para o desenvolvimento desse projeto,
foi escolhida a comunidade de Aruã, com
54 famílias às margens do rio Aruã, no município de Santarém (PA). O projeto, além
da implantação da μCH, irá promover no
primeira semestre de 2007 cursos de manutenção e operação da usina, uso eficiente
da energia elétrica e um trabalho de conscientização da população para melhor aproveitamento da energia gerada. Em paralelo, a ONG Projeto Saúde e Alegria (PSA) e o
Instituto Winrock International/Brasil estão desenvolvendo junto à comunidade trabalhos de conscientização dos moradores
para as novas oportunidades que a energia
pode trazer, como a criação de movelaria,
atividades de ecoturismo e a inclusão digital com computadores e Internet via satélite.
rização do proprietário que se colocou contra a utilização de suas terras para a construção da microcentral. Dessa forma, o projeto, que também está sendo financiado pelo MME através do CT-ENERG e CNPq por
meio dos recursos do PNUD, encontra-se
na fase técnica aguardando a liberação para sua a construção. Nesta pesquisa, foi escolhida a Comunidade de Canaã que está localizada no município de Pimenta Bueno
(RO) e possui 55 famílias assentadas pelo
INCRA.
Projeto MCH Canaã
Diferentemente da μCH Aruã, o projeto
da μCH Canaã encontra-se paralisado em
virtude dos problemas encontrados na auto-
Projeto MCH Novo Plano
Já o Projeto μCH Novo Plano, que está
sendo desenvolvido na Comunidade Novo
Plano, no município de Chupinguaia (RO),
encontra-se na fase de licitação para con-
04
Eng. Fábio Horta,
engenheiro responsável pelo projeto
tratação da empreiteira para a construção
da microcentral. Todos os estudos técnicos
já foram realizados e levantados, da mesma forma que os estudos sócio-econômicos da comunidade. No local, já existe
uma μCH de 8kW, que atende apenas três
famílias. Com o projeto, essa microcentral
será repotenciada para 55kW para atender
as 40 famílias da comunidade. Um dos benefícios imediatos esperados do projeto,
que está sendo financiado pelo MME, é o
resfriamento para a produção de leite e facilidades para obtenção de água e farinha.
SOCIAL DEVELOPMENT
Social Concern
Through the development of three projects, CERPCH shows concern
with the economic and social development of isolated communities
By Fabiana Gama Viana and Helmo Lemos
Translation Adriana Candal
Developing and encouraging social projects to assist
isolated communities, aiming at economic and social development – this is one of the purposes of the National
Center of Reference for Small Hydropower Plants
(CERPCH), which today works on the development of
three programs that are part of the universalization program of the Brazilian government “Light for Everyone”.
The projects Cachoeira Aruã, a community-based Sustainable Energy Model, and Canaã Micro Hydropower Plant
(MHP) and Novo Plano MHP, part of the Program for the dissemination of MHPs in isolated systems in the state of
Rondônia, in addition to take electric power through the implementation of MHPs, which are economically feasible and have a
smaller environmental impact when compared to the large hydroelectric enterprises, aims at bringing sustainable development to
the involved communities. Although they are very similar, each of
the projects has its peculiarities, and they are also undergoing different phases of development.
Project 'Aruã MHP'
The project 'Cachoeira Aruã', a community-based Sustainable Energy Model funded by the MME (Ministry of Mines and
Energy) through the sectorial fund CTENERG and by CNPq through resources coming from the Development Program of the
United Nations, is undergoing its final phase. The works started in 2003, and in April
2006 a 50kW MHP was implemented, taking electric power to all the houses of the
community and also piped water, given that
now it is possible to pump the water to a
community reservoir.
Eng. Helmo Lemos,
engenheiro responsável pelo projeto
inclusion with computers and satellite
Internet.
Project 'Canaã MHP'
Differently from Aruã MHP, the Canaã
MHP project is paralyzed because of problems regarding the authorization of the
owner, who is against the use of his lands
for the construction of the MHP. This way,
the project, which is also funded by the
MME (Ministry of Mines and Energy)
through the sectorial fund CT-ENERG and
by CNPq through resources coming from
the Development Program of the United Nations, is on hold, waiting for the permission
to build the MHP. This project chose the
community of Canaã, located in the city of
Pimenta Bueno (Rondônia). The community has 55 families that received land from
INCRA (the Brazilian agency responsible
for agrarian reforms).
The community of Aruã was chosen for
the development of this project. It has 54 familiesp living at the edge of the River Aruã
in the outskirts of the city of Santarém (Pará). Besides the implementation of the
MHP, in the first half of 2007 the project will
provide courses on the maintenance and
operation of the plant, efficient use of the
electric power, and it will also try to create
awareness towards the best way for the population to use the generated power. At the
same time the NGO 'Projeto Saúde e Alegria (Project health and joy) and the International Winrock Institute/Brazil are developing works to make the population aware
of the new opportunities that the power can
bring such as the creation of a furniture factory, eco-tourism activities and the digital
Project 'Novo Plano MHP'
Projeto 'Novo Plano MHP', which is being developed in the community of Novo Plano in the city of Chupinguaia also in the state of Rodonia, is istll undergoing the tender
process phase in order to hire the contractor the will build the MHP. All the technical
studies have already been carried out, as
well as the socio-economic studies regarding the community. The community already has a 8kW MHP that assists only three
families. With the project, this MHP will be
repowered to 55kW in order to assist the 40
families of the community. The project,
which is being funded by the MME, expects
that one of its immediate benefits is a cooling system for milk production and the facilities to obtain water and several kinds of
flour.
05
INTERNAUTA
As matérias abaixo são divulgadas pelo site do CERPCH, que possui uma seção com notícias
atualizadas sobre o mercado de energia, PCHs e o setor elétrico. O site ainda contém
informações fabricantes, eventos e cursos. Para maiores informações acesse:
Brasil deve poupar água para evitar "apagão", diz consultor
(25/10/ 2006)
A crise do Brasil com a Bolívia pode aumentar bastante o risco de racionamento de energia no país, a partir de 2009. A Bolívia já não tem, hoje, capacidade de atender todos os contratos firmados para o fornecimento de gás, e, sem acordo com a Petrobras e com outros produtores,
a situação tende a piorar ainda mais. Os investimentos no país para aumento da produção de gás estarão sacrificados. Ao fazer essa análise, o
consultor Marco Tavares, sócio diretor da Gás Energy e um dos maiores
especialistas no assunto do país, afirma que o governo brasileiro já deveria estar adotando medidas com o objetivo de reduzir o consumo de
água para evitar uma nova crise de racionamento no final desta década.
"Nós já deveríamos ter começado a poupar água", diz. A Bolívia dispõe
de uma capacidade de fornecimento de 34.000.000 m3 diários, mas
tem contratos firmados de 41.000.000 m3. Apenas com o Brasil os contratos superam a casa dos 30.000.000 m3, e, com a Argentina,
7.700.000 m3. Só essa situação de desbalanceamento já seria preocupante. Agora, com a possibilidade de rompimento dos produtores com
o governo boliviano, tornam-se muito menores as chances de a Bolívia
ampliar a produção, a curto ou médio prazos. Para o Brasil, o grande problema do corte de gás da Bolívia será o abastecimento das termelétricas, que, assim, não poderão ser acionadas no caso de uma emergência. O governo não pode contar mais com as termelétricas como reserva, caso haja problemas nos reservatórios. A Aneel até já pôs em audiência pública uma resolução para discutir a possibilidade de as térmicas saírem do sistema elétrico. De acordo com Marco Tavares, o risco de
racionamento torna-se ainda mais sério se a economia brasileira crescer acima de 3,5% ao ano, a partir de 2007. Sem as térmicas disponíveis para a operação e com crescimento acima de 3,5% nos próximos dois
ou três anos, isso causaria um estrangulamento na oferta de energia, e
o racionamento seria quase inevitável.
Fonte: Folha de São Paulo
Brazil must save water to avoid blackout, says expert
(October 25th, 2006)
The crisis between Brazil and Bolivia may sharply increase the risk of
power rationing in the country after 2009. Today, Bolivia is not able to
honor all the contracts for gas supply, and without the agreement with
Petrobras and other producers, the situation tends to worsen. The investment in the country to increase gas production will be sacrificed. Doing this analysis, Mr. Marco Tavares, partner and director of Gás Energy
and one of the greatest experts on the subject in the country, says that
the Brazilian government should already been adopting measuring in order to reduce the water consumption to avoid a new rationing crisis that
may take place at the end of this decade. “We should have already started to save water,” he says. Bolivia has a daily supplying capacity of
34,000,000 m3, but the country signed contracts to supply 41,000,000
m3. With Brazil alone, the contracts exceed 30,000,000 m3, and with
Argentina 7,700,000 m3. Just taking this unbalanced situation into account would be worrying. Now, with the possibility of a breakup between the producers and the Bolivian government, the chances that Bolivia
will enhance its production in the medium or long run are considerably
small. As far a Brazil is concerned, the main problem caused by the gas
cut from Bolivia will be the gas supply for thermal plants, which will not
be able to be used in case of an emergency. The government can no longer rely on thermal plants as an alternative plan, in case there are problems with the reservoirs. ANEEL (National Agency for Electric Power)
has already called for a public hearing to discuss the possibility that the
thermal plants will leave the national power system. According to Mr. Tavares the risk of rationing becomes even more serious if the growth of
the Brazilian economy exceeds 3.5% a year from 2007 and on. Without
the thermal plants available for operation and with a growth over 3.5%
within the next two or three years, these would cause a stranglehold on
the power offer and the rationing would be practically inevitable.
Source: Folha de São Paulo
Europa quer economizar 100 bi de euros por ano em energia
(19/10/2006)
A União Européia apresentou nesta quinta-feira um plano para melhorar a eficiência energética dos eletrodomésticos, edifícios e sistemas
de transportes e de produção de eletricidade para reduzir o consumo de
energia do bloco em 20% até 2020, o que representaria uma economia
de 100 bilhões de euros (cerca de R$ 270 bilhões) por ano.
“A eficiência energética é crucial para a Europa. Se agirmos já, o custo
direto do nosso consumo de energia poderá ser reduzido e evitaremos
também produzir cerca de 780 milhões de toneladas de CO2 anualmente”, afirmou o comissário europeu de energia, Andris Piebalgs. No total,
são mais de 75 medidas, que deverão ser implementadas e colocadas
em prática gradativamente dentro dos próximos seis anos.
O plano prevê uma legislação mais severa para o setor de eletrodomésticos e produtos eletroeletrônicos, que deverão cumprir requisitos
mínimos e comprovar ter a eficiência adequada. Esse produtos seriam
indicados com um adesivo de qualidade, como já acontece com alguns
produtos no Brasil. Indústrias estrangeiras também terão de se submeter a essas regras se quiserem ter acesso ao mercado europeu. Essa
perspectiva, no entanto, não preocupa a Associação Brasileira da
Indústria Elétrica e Eletrônica (Abinee), que agrupa produtores responsáveis por 25% das exportações do setor à União Européia.
Europe wants to save 100 billion euros a year in energy
(October 19th, 2006)
Last Thursday the European Union presented a plan to improve the
energy efficiency of household appliances, buildings, transport systems
and electricity producing systems in order to reduce their power consumption by 20% until 2020, which would represent the savings of 100
billion euro every year (about R$ 270 billion). “Energy efficiency is crucial for Europe. If we act right now, the direct cost of our consumption
may be reduced and we will also avoid the production of nearly 780 million tons of CO2 annually,” said Energy commissioner Mr. Andris Piebalgs. Altogether, there are more than 75 measures that must be im-
06
INTERNAUTA
Competitividade
“Interpreto essas exigências de forma positiva”, afirmou à BBC Brasil
Humberto Barbato, diretor de relações internacionais da Abinee. “Isso
poderá afastar a competência desigual de outras indústrias que, diferente do Brasil, não fizeram o dever de casa e não aperfeiçoaram sua
produção, como é o caso da China.” Barbato acredita que a indústria brasileira não precisará realizar novos investimentos para se adaptar a novas exigências européias. Segundo o diretor, “os principais produtos eletroeletrônicos exportados pelo Brasil já respeitam padrões de qualidade bastante altos”, referindo-se a componentes para equipamentos industriais e para telecomunicações, eletrônica embarcada, motores, geradores e refrigeradores. No ano passado o setor eletroeletrônico brasileiro exportou para a UE o total de US$ 1,1 bilhão (cerca de R$ 2,3 bilhões), 14% do total de suas vendas externas. No primeiro semestre
deste ano, as vendas para o bloco somaram US$ 463 milhões (cerca de
R$ 990 milhões). Na Europa, as empresas que estiverem dispostas a
melhorar a eficiência de seus produtos além do exigido pela nova legislação poderão receber incentivos da UE, como redução de impostos.
Um dos objetivos do Executivo do bloco em relação aos eletrodomésticos é acabar com o modo “stand-by” (modo de espera), comum em muitos equipamentos e responsável sozinho por quase 7% do consumo total de energia na região.
Meio ambiente
A União Européia também vai promover a construção de edifícios e casas denominados “passivos”: os tradicionais sistemas europeus de calefação e refrigeração são suprimidos e se valoriza o isolamento térmico
das construções e o reaproveitamento do calor.
“Os edifícios são responsáveis por 40% da energia consumida na Europa. Continuam desperdiçando muita energia por culpa de sistemas
de aquecimento e de iluminação ineficientes”, explicou Piebalgs.
Segundo o comissário, o sistema de transporte representa 20% do
consumo total de energia na União Européia e 26% das emissões de
CO². Por isso, a União propõe que o valor dos impostos sobre veículos
seja vinculado à quantidade de CO² que emitem.
O novo plano energético ainda estabelece medidas para melhorar a
produção, transmissão e distribuição de eletricidade, “que atualmente
desperdiça dois terços da energia primária que necessita para gerar eletricidade”, diz o informe.
Para Piebalgs, “economizando energia, a Europa contribuirá para resolver os problemas resultantes das mudanças climáticas, do consumo
crescente e da sua dependência em relação aos combustíveis fósseis importados de países terceiros”.
Essas medidas podem render a cada um dos consumidores uma economia anual entre 200 e mil euros, em média, de acordo com as estimativas da União Européia.
O plano será apresentado aos ministros dos 25 países membros da
União Européia nesta sexta-feira, durante uma cúpula informal de chefes de Estado, na Finlândia, e precisa ser aprovado por eles antes de entrar em vigor.
Fonte: Folha on line
Economia do mundo pode encolher 20% devido ao aquecimento global, diz estudo
O estudo, encomendado pelo governo britânico e conduzido pelo execonomista-chefe do Banco Mundial Nicholas Stern, diz que, se o planeta mantiver as emissões de carbono no ritmo atual, a temperatura da
Terra poderia subir até cinco graus dentro dos próximos cem anos, com
graves conseqüências.
Stern disse que, se forem tomadas medidas imediatas para se combater o problema, o custo dessas medidas seriam equivalente a se pagar somente “1% a mais por tudo”, o que, segundo ele, seria viável. Para ele, o aquecimento global atingirá todos os países, mas os países pobres serão os que mais sofrerão.
Refugiados
Se não houver uma resposta rápida para o problema, Stern acredita
que o mundo pode ter cerca de mais 200 milhões de pessoas se transformando em refugiadas, em virtude de secas, enchentes e outros desastres ecológicos.
“Nós sabemos o suficiente para entender o tamanho dos riscos, a hora de se tomar uma atitude e como agir de maneira mais eficiente”, disse Stern. “Por isso que eu estou otimista por ter feito este relatório –
plemented gradually within the next six years. The plan forecasts a more rigorous legislation regarding the sectors of household appliances
and electronic products, which will have to fulfill some minimum requirements and prove to have the appropriate efficiency. These products
would receive a quality label, just like the ones we sometimes see here
in Brazil. Foreign industries will also be submitted to these rules if they
want to have access to the European market. This perspective, however, does not worry the Abinee (Brazilian Association of Electric and Eletronic Industries), which groups the manufacturers that are responsible for 25% of the sector's exports to the European Union.
Competitiveness
“I interpret these demands in a positive way,” said Mr. Humberto Barbato, Abinee's director of international relations, to BBC Brasil. “This
may drive the unhealthy competition of other industries away, which,
differently from Brazil, did not do their homework and did not improve
their products, China is an example”. Mr. Barbato believes that the Brazilian industry will not need to carry out new investments to adjust itself
to the new European demands. According to him the main electronic
products exported by Brazil already respect considerably high quality
standards such as industrial and telecommunication equipment, engines, generators and refrigerators. Last year, the electric-electronic sector exported US$ 1.1 billion to the EU (about R$ 2.3 billion), 14% of the
total of its foreign sales. In the first half of 2006, that sales to the EU reached US$ 463 million (about R$ 990 million). In Europe, the companies
that are willing to improve the efficiency of the products beyond the requirements of the new legislation may receive incentives such as tax reductions. One of the goals of the UE's Executive Council in relation to
household appliances is to put an end to the stand-by mode, commonly
found in many equipment sets and responsible for nearly 7% of the total energy consumption in the region.
Environment
The EU will also encourage the construction of buildings and houses
that will be called 'passive': the tradition European heating and cooling
systems will be suppressed, valuing the thermal insulation of the construction and the re-use of the heat. “The buildings are responsible for
40% of the power consumed in Europe. They continue to waste a considerable amount of power because of inefficient heating and lighting
systems”, explained Mr. Piebalgs.
According to him the transport system represents 20% of the total power consumption in the European Union and 26% of the CO2 emission.
This is the reason why the Union will propose that the value of the car taxes be connected to the amount of CO2 they release. The new energy
plan also establishes measures to improve power production, transmission and distribution, which today waste two thirds of the primary
energy that is necessary to generate electricity. Mr. Piebalgs goes on,
“saving power, Europe will contribute towards solving the problems that
result from the climatic changes, the growing consumption and its dependency on fossil fuels imported from other countries”.
According to estimates of the European Union, these measures may
represent annual savings between two hundred and a thousand euros
for the consumers. The plan will be presented to the ministers of 25 European Union countries during an informal meeting that will take place
in Finland. Before being applied, the plan must first be approved.
Source: Folha on line
Study says that world economy may recede by 20% because
of global warming
A Study ordered by the British government and carried out by the former head economist of the World Bank, Mr Nicholas Stern, shows that if
the planet keeps its carbon emissions at today's rhythm, the temperature of the Earth could rise up to 5 degrees within the next 100 years, causing serious consequences.
Mr. Stern said that if immediate measures are taken in order to fight
the problem, the cost of these measures would be equivalent to paying
“an extra 1% for everything,” according to him, would be feasible.
For him, global warming will have an impact on all the countries, but
the poor countries will be the ones to suffer the most.
Refugees
If there is not a fast answer to the problem, Mr. Stern believes that the
world may have about 200 million more people becoming refugees because of droughts, floods and other ecological catastrophes.
07
INTERNAUTA
nós temos tempo e recursos para tomar as medidas necessárias, mas
só se agirmos internacionalmente, com urgência e vigor.”
Entre as conseqüências que poderiam atingir a Terra ainda neste século, o relatório menciona a elevação do nível dos oceanos, desalojando
cerca de 100 milhões de pessoas, secas que deixariam uma pessoa em
seis com escassez de água e a extinção de até 40% das espécies animais.
Finanças ecológicas
Quando um bando de pássaros consegue interferir na liberação dos recursos de um projeto de R$ 670 milhões, é sinal de que algo está realmente em transformação no mundo das finanças. Foi exatamente o que
aconteceu na construção do parque eólico Ventos do Sul, inaugurado
no final de junho em Osório, no Rio Grande do Sul. Os estudos sobre o
impacto ambiental da obra indicaram que os aerogeradores seriam instalados em plena rota de migração de aves. O Banco do Brasil só liberou
a sua parte – R$ 100 milhões – quando as hélices mudaram de local para garantir a passagem segura das andorinhas e dos bem-te-vis.
Não se trata de um caso isolado. Outros bancos, como Bradesco e
Itaú, têm utilizado critérios socioambientais para financiar projetos de
grande impacto nas comunidades onde são instalados. Questões como
poluição, preservação da biodiversidade, segurança e saúde de trabalhadores e habitantes em volta dos empreendimentos são essenciais para a concessão – ou não – dos recursos. Não há dinheiro, por exemplo,
para quem polui ou contrata mão-de-obra infantil. Banco do Brasil, Bradesco e Itaú seguiram a trilha aberta pelo Banco Real, um dos primeiros
a adotar políticas de respeito à natureza e à sociedade em suas linhas
de crédito e investimentos. No início de julho, eles também aderiram à
segunda versão dos Princípios do Equador, um conjunto de normas elaboradas por um grupo de bancos em conjunto com a International Finance Corporation, do Banco Mundial.
O documento que agora entra em vigor é uma evolução da primeira
versão dos Princípios do Equador, de junho de 2003. O número de signatários subiu de dez para 40 bancos e as exigências devem atingir um
número maior de empresas: projetos com custo total a partir de US$ 10
milhões (R$ 22,1 milhões) serão submetidos ao crivo socioambiental.
Antes, as exigências começavam a partir de US$ 50 milhões. “As empresas que não ligavam muito para as questões ambientais vão ter de
se preocupar. Caso contrário, não conseguirão financiamento”, diz Maria Estela de Campos, gerente de projetos do banco de investimentos
Itaú-BBA, do Grupo Itaú.
Somente o Itaú tem dez projetos, avaliados em R$ 5 bilhões, sujeitos
aos Princípios do Equador. Em 2005, o Real analisou 15 projetos que somaram R$ 2,85 bilhões. Entre eles havia usinas hidrelétricas e eólicas,
linhas de transmissão, gasodutos e projetos imobiliários. Dois foram reprovados: um por não cumprir os critérios ambientais e outro porque
parte da comunidade afetada não concordava com sua construção. Recentemente, o ABN Amro negou-se a financiar novos projetos de empresas envolvidas com a extração ilegal de madeira. No HSBC, cuja matriz na Inglaterra aderiu ao acordo, sete pedidos de crédito foram negados no ano passado.
Além de seguir políticas responsáveis na concessão de empréstimos,
os bancos mais engajados comprometem-se a seguir os Princípios do
Equador quando auxiliam as empresas a captar recursos no mercado
de capitais com o lançamento de ações ou debêntures. “Os novos parâmetros trazem um cuidado maior com a transparência e a minimização
dos riscos desde o início dos projetos”, afirma Domingos Figueiredo de
Abreu, diretor executivo do Bradesco.
Para os bancos, além de cultivar uma boa imagem pública, essas políticas reduzem os riscos de prejuízos com ações referentes a eventuais
danos ambientais provocados por seus clientes. Nos EUA, a “onda verde” surgiu no final da década de 1990, quando o Fleet (antigo proprietário do BankBoston) foi penalizado por ter emprestado recursos a uma
companhia que despejava poluentes num rio próximo à cidade de Boston. Hoje, os ambientalistas querem ampliar ainda mais o alcance das
políticas preventivas. “Todos os tipos de empréstimos deveriam obedecer a diretrizes de respeito à natureza e à comunidade”, defende Alexandre Prado, gerente da ONG Conservação Internacional.
08
“We know enough to understand the potential risks, when to do something about them and how to act in the most efficient way”, said Mr.
Stern. “That is the reason why I am optimistic about having carried out
this study – we have time and resources to take the necessary measures, but only if we act internationally, urgently and vigorously”.
Aong the consequences that might strike the planet still during this
century, the report mentions the rise in the ocean levels, when 100 million people would be affected, having to leave their homes. Also,
droughts would cause one out of six people to have shortage of water
and the extinction of up to 40% of animal species.
Ecological finances
When a flock of birds are able to interfere in the release of the resources of a R$670 million project, it is a sign that something is really going
through a change in the world of financed. That is exactly what happened during the construction of Vento Sul Wind Park, inaugurated in the
city of Osório, Rio Grande do SuL, at the end of June. The studies regarding the environmental impact of the park indicated that the windmills
would be installed during the migration of the birds. The Bank of Brazil
only released its part – R$100 million – when the place of the blades
was changed to guarantee the safe passage of the birds.
This is not an isolated case. Other banks such as Bradesco and Itaú have also used socio-environmental criteria to fund projects that will have
a significant impact on the community they will be installed. Issues
such as pollution, biodiversity preservation, safety and health of the
workers and inhabitants who live nearby the enterprise are essential to
the release, or not, of the resources. There is no money, for example,
for those who pollute or hire child labor. Bank of Brazil, Bradesco and
Itaú followed the path opened by Banco Real, one of the first banks to
adopt policies that respect the nature and the society when it comes to
their funding and investment policies. At the beginning of July, they also
joined the second version of the Equator Principles, a set of rules elaborated by a group of banks together with the International Finance Corporation of the World Bank.
The document that is about to be in force is an evolution of the first
version of the Equator Principles, June 2003. The number of signatories
increased from 10 to 40 banks and the demands may reach a higher
number of enterprises: Projects that have a total cost ranging about
US$ 10 million (R$ 22.1 million) or higher will be submitted to the socioenvironmental analysis. Before, the demands started at the cast of US$
50 million. “The companies that did not care for environmental issues
will have to start worrying. Otherwise, they will not be able to get the
funding,” says Ms. Maria Estela de Campos, project manager of the Itaú
Investment Bank – BBA - Grupo Itaú.
Only Itaú has ten projects, evaluated at R$ 5 billion, subjected to the
Equator Principles. In 2005, Banco Real analyzed 15 projects that totalled R$ 2.85 billion. Among them, there were hydropower and wind
plants, power lines, gas pipelines and real estate projects. Two of them
were not approved: one because it did not fulfill the environmental criteria and the other because part of the affected community did not
agree with its construction. Recently, the ABN Amro Bank refused to
fund new projects of enterprises involved with the illegal extraction of
timber. HSBC, whose head office in England joined the agreement, refused seven funding requests last year.
Besides following responsible policies regarding the release of loans,
the most engaged banks committed themselves to follow the Equator
Principles when they help the companies to collect resources in the venture market by releasing shares or debentures. “The new parameters
bring a greater care with transparency and the mitigation of the risks
since the beginning of the projects,” says Mr. Domingos Figueiredo de
Abreu, Bradesco's executive director.
For the banks, in addition to fostering a good public image, these policies reduce the risks of losses with lawsuits regarding eventual environmental damage caused by their clients. In the USA, the green wave flourished in the late 90s, when the Fleet (former owner of the BankBoston)
was penalized for having provided the resources for a company that
dumped polluting substances in a river close to the city of Boston. Today, the environmentalists want to broaden the reach of preventive policies. “All the kinds of funding must follow the guidelines regarding the
respect of the nature and the community,” defends Mr. Alexandre Prado, manager of the International Conservation NOG.
www.cerpch.unifei.edu.br/submeterartigo
Comitê Editorial - Editorial Commite
Presidente - President
Geraldo Lúcio Tiago Filho - CERPCH UNIFEI
Editores Associados - Associated Publishers
Adair Matins - UNCOMA - Argentina
Ângelo Rezek - IEE UNIFEI
Artur de Souza Moret - UNIR
Augusto Nelson Carvalho Viana - IRN UNIFEI
Bernhard Pelikan - Universidade de Bodenkultur Wien – Áustria
Carlos Barreira Martines - UFMG
Célio Bermann - IEE USP
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
Zulcy de Souza - LHPCH UNIFEI
Classificação Qualis/Capes
Engenharia I - Nacional C
Multidisciplinar - Local A
09
METODOLOGIA PARA DETERMINAÇÃO DO EFEITO
DA INTENSIDADE DE TURBULÊNCIA EM PEIXES BRASILEIROS
1
Viviane Pinto Ferreira Magalhães
2
Carlos Barreira Martinez
3
Hersília de Andrade Santos
Resumo
Os efeitos da intensidade de turbulência na sobrevivência dos peixes envolvidos principalmente à montante das estruturas como tubos de sucção e canais de fuga são pouco conhecidos. Os raros e recentes estudos sobre o assunto se referem basicamente às espécies
norte-americanas e européias, como trutas e salmões. Além disto, pouco se conhece sobre a os efeitos da turbulência excessiva sobre os
peixes quando de sua passagem por turbinas, vertedores ou mecanismos de transposição. Tais estruturas podem criar escoamentos com
grande presença de vórtices de escalas variadas. Acredita-se que determinadas escalas de turbulência, causadoras de desorientação,
mesmo quando não provoca danos diretos aos peixes envolvidos, pode predispô-los a condições de maior suscetibilidade aos predadores.
Este trabalho apresenta uma metodologia que permitirá examinar a partir de um aparato experimental as respostas dos peixes às possíveis variações de intensidades e escalas de turbulência impostas pelas principais estruturas das usinas hidrelétricas.
Palavras-Chave:Turbulência, Peixes, Brasileiros
Abstract
The effects of the intensity of the turbulence in the survival of the fish that are mainly upstream from structures such as suction tubes
and tail race are not well-known. The rare and recent studies on the subject refer basically to the North-American and European species
such as trouts and salmons. Besides, little is known about the effects of the excessive turbulence on the fish when they pass through turbines, spillways or diversion mechanisms. Such structures may create drainings with the presence varied-level vortexes. It is believed that
the range of turbulence that may cause disorientation, even if it does not cause direct injuries to the fish, may have the fish predisposed to
a condition of higher susceptibility to predators. This study presents a methodology that will allow the examination of the fish facing several possible variations of intensity and range of turbulence imposed by the main structures of hydroelectric power plants.
Keywords: Turbulence, Fish, Brazilian
INTRODUÇÃO
Os escoamentos turbulentos ocorrem
quando partículas fluidas se movem de
uma maneira altamente aleatória, mesmo
se como um todo o escoamento se processa em uma única direção. O que ocorre é
que existem intensos movimentos de pequena escala de direções diferentes daquela dada pela direção principal, os chamados
escoamentos de larga escala (Vogel,1981).
Diferente do que ocorre no escoamento dito laminar, o qual pode ser descrito por uma
equação linear, o escoamento turbulento
apenas pode ser definido estatisticamente
(Gordon et al. 1992); a definição do sentido
do escoamento turbulento não pode ser tomado como sendo a direção dada pelas suas partículas individuais.
O fenômeno da turbulência ocorre em
diferentes escalas e intensidades na natureza, desde vórtices criados pelo movimento do peixe dentro d'água (em escalas menores do que o tamanho do peixe) até vórtices ou redemoinhos de grande escala em
um rio (de dimensões muito maiores do
que o tamanho dos peixes). Semelhantemente, nas proximidades das estruturas de
uma usina hidrelétrica, fenômenos de turbulência ocorrem em diferentes intensidades e escalas. Os efeitos do alto nível de tur-
bulência junto a estas estruturas na sobrevivência dos peixes envolvidos são pouco
conhecidos (Cada et al. 1997). Os raros e
recentes estudos sobre o assunto se referem basicamente às espécies norteamericanas e européias, como trutas e salmões. Além disto, pouco se conhece sobre
a os efeitos da turbulência excessiva sobre
os peixes quando de sua passagem por turbinas, vertedores ou mecanismos de transposição.
Sabe-se que a grande intensidade de
turbulência, mesmo de pequena escala,
que ocorre quando da passagem dos peixes
pelo sistema da turbina, pode provocar torções e comprimir parte do corpo do peixe.
Já turbulências de grande escala, que ocorrem mais pronunciadamente no tubo de
sucção e no canal de fuga, ou em associação com vertimentos, criam vórtices capazes de provocar rotação nos peixes, podendo causar-lhes desorientação. Acredita-se
que esta escala de turbulência, causadora
da desorientação, mesmo quando não provoca danos diretos ao peixe, pode predispô-los à condições de maior suscetibilidade
aos predadores.
O efeito da turbulência tem se mostrado um importante parâmetro para o desenvolvimento de critérios biológicos para o
projeto de novas turbinas, modificações
nas unidades existentes, concepção de novas estruturas hidráulicas de dissipação, regras operativas, assim como projetos de
mecanismos de transposição para peixes.
Os efeitos do alto nível de turbulência
na sobrevivência dos peixes são pouco conhecidos (Cada et al. 1997). Em um dos
poucos estudos experimentais publicados,
Killgore et al (1987) colocou larvas de Polyodon spathula “paddlefish yolk-sac” em
um reservatório circular e os submeteu a diferentes intensidades e freqüências de turbulência estabelecida por jatos de água.
Em baixa turbulência (0,01774 a 0,01902
N/cm2) causaram 3% e 13% de mortalidade direta e a curto prazo respectivamente,
enquanto que em alta turbulência
(0,06219 a 0,06421 N/cm2) resultam em
87% e 80% de mortalidade direta e a curto
prazo respectivamente. Baseados nestes
estudos de laboratório e medidas em campo das pressões próxima a embarcações comerciais (às vezes superiores a 0,5 N/cm2
na proximidade dos propulsores), Killgore
et al(1987) sugere que determinados níveis de turbulência poderiam causar mortalidade nas larvas de Polyodon spathula. Já a
sensibilidade de outras espécies, incluindo
salmonid smolts a turbulência próxima a
1 - [email protected];Universidade Federal de Minas Gerais - Centro de Pesquisas Hidráulicas e Recursos Hídricos
2 - [email protected];Universidade Federal de Minas Gerais - Centro de Pesquisas Hidráulicas e Recursos Hídricos
3 - [email protected];Universidade Federal de Minas Gerais - Centro de Pesquisas Hidráulicas e Recursos Hídricos
Centro de Pesquisas Hidráulicas e Recursos Hídricos da Universidade Federal de Minas Gerais
Av. Antônio Carlos, 6627-Pampulha-– tel/fax 31 3499-4822 - Belo Horizonte – Brasil
10
grandes embarcações não tem sido estudada.
Além disto, não se conhece a resposta
dos peixes submetidos à turbulência excessiva relacionada com a passagem por barragens hidrelétricas (passagem pela turbina, vertedores ou mecanismos para passagens de peixe).
Desta forma existe a necessidade de se
desenvolver uma metodologia que permita
examinar as respostas dos peixes às possíveis variações de intensidades e escalas de
turbulência impostas pelas várias estruturas das usinas hidrelétricas.
DESENVOLVIMENTO
Este trabalho apresenta o projeto de
um aparato experimental que permitirá gerar intensidades e escalas de turbulência
em laboratório. Assim, poder-se-á, testar
peixes migradores de diferentes espécies e
em vários estágios da vida a determinados
níveis de turbulência e quantificar suas respostas biológicas. As respostas dos indivíduos serão medidas em termos de mortalidade direta (de curto e longo prazo), grau e
freqüência de injúrias e em termos da desorientação ou redução da capacidade natatória, aspectos que podem conduzir para o
aumento da susceptibilidade a ataques predatórios.
Espécies de peixes brasileiras
O Brasil tem uma admirável e numerosa diversidade de espécies nos diferentes
grupos de vertebrados, sendo considerado
o mais rico entre os países de megadiversidade (Sabino & Prado, 2003).
A ictiofauna brasileira pode ser divida
em sete grupos principais: Characiformes
(e.g. lambaris, dourados, curimatãs, etc.);
Siluriformes, conhecidos como os peixes de
couro ou de fundo (e.g. cascudos, mandi,
surubim, jaú, bagres etc); Cichlidae (e.g.
acarás, tucunarés, etc.); Cyprinodontiformes (barrigudinhos, guarus,etc.); invasores marinhos (grupo sem valor sistemático
que reúne e.g. raias, apapás, pescadas, linguados, etc.) e relitos (e.g. pirambóia, pirarucu, peixe folha, aruanã) (Bizerril & Primo,2001).
O fato do Brasil apresentar uma extensa rede de drenagem, com muitos ambientes pouco amostrados constituem-se como
um dos principais fatores para o desconhecimento da ictiofauna de água doce brasileira.
Entre as centenas de espécies que podem ser encontradas em um determinado
rio, as espécies migratórias raramente excedem a porcentagem de 10% (Goulding,
1981 e Agostinho, 1995), entretanto, correspondem à maioria das espécies de maior interesse comercial, tanto pelo seu valor
econômico quanto para a pesca esportiva.
A maioria das espécies de médio e grande
porte, geralmente de grande valor comercial, possui comportamento migratório e
apresenta ciclo de vida longo, desova total
e em correntezas o que torna mais preocupante a obstrução parcial ou total das calhas de rios na rota de espécies migratórias.
Entre os principais peixes brasileiros de
água doce de comportamento migratório
podemos citar, entre os Characiformes, as
espécies ditas de escamas: piracanjuba, curimatã, algumas espécies de lambari, dourado, pacu, algumas espécies de piaus, etc.
Entre os Siluriformes, as espécies conhecidas como peixes de couro, podemos citar:
mandis, pintados, douradas, bagres, surubins, jaús, etc.
Para tornar o estudo mais abrangente e
validar a metodologia a ser utilizada, procurou-se escolher espécies de peixes migradores a serem testadas no aparato que
apresentam maiores biomassas, estando
presentes em um grande número de rios
brasileiros (Santos, 2003) Assim, para a indicação das espécies, fez-se um levantamento dos principais Siluriformes e Characiformes presentes nos rios do estado de Minas Gerais, com o intuito de facilitar a redução do tempo de transporte do local de captura até o laboratório onde serão realizados
os testes.
Além disto foram consideradas as observações quanto ao monitoramento realizado junto à escada de peixes da UHE Igarapava, mecanismo de transposição construído no Estado de Minas Gerais, no Rio
Grande, que apontaram o Pimelodus maculatus, espécie conhecida popularmente como mandi-amarelo e o Prochilodus lineatus, curimatã, como espécies de grande
abundância.
Arranjo Experimental
Para o levantamento dos efeitos da turbulência sobre algumas espécies de peixes
brasileiros está sendo desenvolvido no
CPH, Centro de Pesquisas Hidráulicas e Recursos Hídricos da Universidade Federal de
Minas Gerais, um aparato que permitirá a
observação dessas características. Construído em estrutura metálica e vidro incolor, a estrutura irá funcionar como um circuito fechado, sendo constituído por um reservatório, cuja alimentação será fornecida
por um sistema de bombas de pequena altura manométrica. A seção de teste propriamente dita estará compreendida na parte
anterior do mecanismo e constituir-se-á basicamente de uma câmara retangular de
110 cm de comprimento por 40 cm de largura por 40cm de profundidade que quando preenchida de água poderá submeter os
peixes ali inseridos a diferentes regimes de
escoamento. A alimentação do sistema será através de um manifold com tubulações
derivadas onde serão instaladas válvulas
de controles e um conjunto de bocais utilizados para o enchimento da câmara. Estes
bocais serão de diferenciados diâmetros e
direções com o intuito de estabelecer determinadas condições de turbulência. A
área sem obstrução do sistema simulará as
condições do canal de fuga à montante de
uma turbina hidráulica. Esta prevista a instalação de um anteparo, constituído por
uma chapa perfurada de PVC de 3mm de espessura posicionada arqueada horizontal e
verticalmente de um lado até o outro da câmara. Este arqueamento tem como objetivo tornar o escoamento hidraulicamente
mais regular já que a redução das arestas
pode eliminar a formação de vórtices e regiões de estagnação.
Para evitar que os peixes testados sejam diretamente atingidos pelos jatos será
instalada uma tela logo a jusante da saída
dos bocais.
A definição do material a ser utilizado
nas laterais e fundo da câmara é conseqüência da necessidade de medições de velocidade por método não intrusivos assim
como para a possibilidade do monitoramento dos testes por filmagem.
Uma comporta ajustável de regulação
controlará o nível de água no interior da câmara. A Figura 1. mostra o esquema em 3D
do projeto do aparato descrito acima.
Para a medição da variação de velocidade será utilizado um Anemômetro LASER
Doppler (ALD), que tem como principal característica o fato de ser um medidor não invasivo.
A metodologia proposta, baseada no
trabalho apresentado por Cada & Odeh
(2001), consiste na divisão dos peixes a serem testados em dois grupos. O primeiro
prevê que os peixes, individualmente e em
grupo, sejam previamente acondicionados
no aparato por 10 minutos não sendo submetidos a condições de turbulência.
O comportamento dos peixes será então monitorado e registrado por meio de filmagens tanto no interior da câmara quanto
nos tanques de apoio, a curto e longo prazo
após o teste.
Já o segundo grupo prevê que os peixes
sejam introduzidos no aparato também por
10 minutos, entretanto sob condições de
turbulência, repetindo o procedimento de
monitoramento realizado para o primeiro
grupo.
Os dois diferentes grupos serão então
colocados em dois tanques sob as mesmas
condições para as observações e comparações comportamentais. Poder-se-á criar,
por exemplo, condições de exposição à predadores para os dois grupos e comparar os
resultados observados.
11
Figura 1. Esquema em 3D do projeto do aparato
para os teste.
Pretende-se criar condições que não causem danos diretos ou mortalidade, mas
possam estabelecer padrões de redução de
orientação e de capacidade de escapar de
ataques predatórios.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
O ambiente de intensa turbulência do
escoamento presente junto às estruturas
do canal de fuga e do tubo de sucção inviabiliza a instalação de sistemas de medição
em campo. Este constitui-se em um forte
condicionante na escassez de informações
no que se refere à interfase dos fenômenos
hidrodinâmicos que acontecem nestas regiões e os efeitos sob a ictiofauna presente.
Submeter algumas espécies de peixes a escalas e intensidades de turbulência que são
representativas nas diversas condições encontradas junto às principais estruturas
das usinas hidrelétricas e então observar
suas respostas biológicas em laboratório
para cada condição é o primeiro passo para
uma caracterização do efeito da turbulência.
Pretende-se também, conjuntamente
com os testes no aparato, realizar uma modelagem computacional, através da técnica
de dinâmica dos fluidos computacional
(CFD). A união destas duas estratégicas,
poderá resultar em uma melhor abordagem do fenômeno, contribuindo para validar as simulações em CFD com os dados coletados em análise experimental assim como abranger a análise também a outras
condições de testes.
Espera-se que os resultados obtidos a
partir da metodologia proposta neste trabalho, possam ser úteis para a otimização
ambiental de diferentes projetos futuros ligados a empreendimentos hidrelétricos,
através da diminuição de seu impacto principalmente sobre a comunidade de peixes.
AGRADECIMENTOS
CPH – Centro de Pesquisas Hidráulicas
e Recursos Hídricos da Universidade Federal de Minas Gerais pelo apoio e disposição
da infra estrutura de equipamentos para realização dos experimentos;
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da Escola de Engenharia
da UFMG;
CAPES – Pela ajuda financeira disponibilizada;
FURNAS CENTRAIS ELÉTRICAS S.A –
Pelo apoio e incentivo ao desenvolvimento
do projeto.
REFERÊNCIAS
AGOSTINHO, A.A.A., VAZZOLER,
A.E.A., THOMAZ, S.M.(1995). The high River Paraná basin: limnological and ichthyological aspects. In: Limnology in Brazil (eds
J.G.Tundisi, C.E.M.Bicudo) pp.59-103. Brazilian Academy of Sciences, Brazilian Limnological Society
BIZERRIL, C. R. S. F., PRIMO, P. B. S.
(2001). Peixes de Águas Interiores do Estado do Rio de Janeiro. FEMAR – SEMADS ,
Rio de Janeiro, , 417p
Est
aP
ubl
This icação c
onta
publ
com o
icatio
s apoios
n has
de:
the sup
ports of:
CADA, G.F., COUTANT, C.C., and
WHITNEY, R.R.. (1997). Development of biological criteria for the design of advanced
hydropower turbines. DOE/ID-10578. U.S.
Department of Energy, Idaho Operations
Office, Idaho Falls, ID. 85 p.
GEORGES P.L. (1993). Synthese de
quelques méthodes de génération de maillages éléments finis. Revue européenne
des éléments finis Vol.2, 121-153.
GORDON, N.D., R.A. MCMAHON, and
FINLAYSON, B.L.. (1992). Stream hydrology: an introduction for ecologists. John
Wiley & Sons, New York, NY
GOULDING, M.(1981). Man and fisheries on an Amazon frontier. The Hague, Dr.
W. Junk, 222p
KILLGORE, K. J., and MILLER. A. C.
(1987) Effects of turbulence on yolk-sac larvae of paddlefish. Transactions of the American Fisheries Society 116: 670-673
SABINO, J.and PRADO, P.I. (2003). Avaliação do Estado do Conhecimento da Diversidade Biológica do Brasil, Vertebrados
– Versão Preliminar. COBIO/MMA
GTB/CNPq NEPAM/UNICAMP, 2003
SANTOS,H.A.(2004). Metodologia para
determinação das velocidades de nado de
espécies de peixes Brasileiras. Dissertação
de mestrado em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos - Universidade Federal de Minas Gerais - 218 f.
VOGEL, S. (1981). Life in Moving Fluids.
Willard Grant, Boston,. MA.352 pp
ZIENKIEWICS O.C., ZHU J.Z. (1992).
The superconvergent patch recovery (SPR)
and adaptive finite element refinement.
Comput. Methods appl. Mech. Engrg. Vol.
101,207-224.
MME
Ministério de Minas e Energia
FUNDAÇÃO DE APOIO AO ENSINO,
PESQUISA E EXTENSÃO DE ITAJUBÁ
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12
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SIMULACIÓN NUMÉRICA DEL FLUJO EN UNA
TURBINA TIPO BANKI
1
Ariel R. Marchegiani
Resumo
En este trabajo se presentan los resultados de simulaciones numéricas 2D del flujo realizadas sobre una turbina de flujo transversal o
Michell-Banki. Se investiga numéricamente la eficiencia de la turbina. Para este estudio se utilizó un diseño conocido como es la de la Organización Latinoamericana de Energía (OLADE). Los objetivos generales de la simulación numérica del flujo a través de la turbina fueron la
determinación de los campos de presión y velocidad, y finalmente la especificación de su rendimiento en diferentes puntos de funcionamiento.
Se realizaron simulaciones utilizando un modelo de flujo Turbulento, con un modelo de turbulencia k-ε. Se impuso un salto de presión
entre la entrada y la salida obtenido a partir de los valores típicos de operación de esta máquina. Las simulaciones numéricas se llevaron a
cabo mediante el software FLUENT, que resuelve numéricamente este problema mediante el método de volúmenes finitos (FVM) aplicado
a un flujo permanente incompresible. Los resultados fueron comparados con datos experimentales a fin de validar el modelo teórico.
Palabras llave: Turbina Banki
Abstract
In this work the results of numeric simulations 2D of the flow are presented carried out on a turbine of traverse flow or Michell-Banki. It
is investigated the efficiency of the turbine numerically. For this study a well-known design was used as it is that of the Latin American
Organization of Energy (OLADE). The general objectives of the numeric simulation of the flow through the turbine were the determination
of the fields of pressure and speed, and finally the specification of their yield in different operation points.
Were they carried out simulations using a model of Turbulent flow, with a turbulence model k-ε. A jump of pressure was imposed
among the entrance and the exit obtained starting from the typical values of operation of this machine. The numeric simulations were carried out by means of the software FLUENT that solves this problem numerically by means of the method of finite volumes (FVM) applied to
an incompressible permanent flow. The results were compared with experimental data in order to validate the theoretical pattern.
Keywords: Banki Turbine
INTRODUCCION:
El inventor de la turbina de flujo transversal también conocida como turbina Banki (o Michell-Banki)fue el ingeniero Australiano A.G.M. Michell, quien obtuvo una patente para esta máquina en 1903. La turbina fue basada en la teoría de Poncelet, ingeniero francés (1788-1867) quien desarrolló
la clásica rueda hidráulica de eje horizontal. No hay información adicional sobre la
patente de Michell (Khorowspanah S., et.al., 1984). El profesor húngaro Donat Banki en la ex Alemania Occidental hizo un trabajo extensivo sobre esta máquina entre
1912 y 1918.
La turbina de Flujo Transversal o turbina Mitchell-Banki es una máquina utilizada
principalmente para pequeños aprovechamientos hidroeléctricos. Basa sus ventajas
fundamentalmente en un sencillo diseño y
fácil construcción lo que la hace especialmente atractiva en el balance económico
de un aprovechamiento en pequeña escala.
No obstante esto no impide que la turbina
se utilice en grandes instalaciones.
Los últimos desarrollos para las turbines Banki fueron realizados en dos direcciones principales. Una de las ramas investigativas fue la reconstrucción de la sección
de succión, especialmente por el rediseño
de la descarga, añadiendo un tubo de aspiración. La otra dirección se basa en la optimización del inyector y la forma del álabe regulador.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO:
La turbina consta de dos elementos principales: un inyector y un rotor. El agua es
restituida mediante una descarga a presión
atmosférica. El rotor está compuesto por
dos discos paralelos a los cuales van unidos
los álabes curvados en forma de sector circular (figura 1).
El inyector posee una sección transversal rectangular que va unida a la tubería
por una transición rectangular - circular.
Este inyector es el que dirige el agua hacia
el rotor a través de una sección que toma
una determinada cantidad de álabes del
mismo, y que guía el agua para que entre al
rotor con un ángulo determinado obteniendo el mayor aprovechamiento de la energía. La regulación de la potencia se realiza
variando el caudal que ingresa a la máquina, mediante un álabe regulador que permite estrechar la sección de pasaje del
agua a través de un movimiento sobre su
eje.
El chorro entra al rotor con un ángulo
que es constante en toda la admisión y tangente a la periferia del rotor. El flujo que
abandona las paredes sólidas del inyector
es definido como un chorro libre. La diversidad de diseño en la geometría del inyector
hace que se adopten distintos ángulos de
admisión. A través de las diversas investigaciones que se han realizado sobre esta
máquina los ángulos de admisión del inyector van desde los 30º hasta los 120º.
La energía del agua es transferida al rotor en dos etapas, lo que también da a esta
máquina el nombre de turbina de doble
efecto, y de las cuales la primera etapa entrega un promedio del 70% de la energía total transferida al rotor y la segunda alrededor del 30% restante.
En el presente estudio se analizará un di-
1 – Laboratorio de Máquinas Hidráulicas (La.M.Hi.) - Depto de Mecánica Aplicada -Facultad de Ingeniería
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL COMAHUE - Buenos Aires 1400 - (8300)Neuquén
e-mail: [email protected]
13
Tabla 1: Parámetros geométricos y de operación de la turbina ensayada.
Parámetros Geométricos de la turbina
Diámetro exterior = 125 mm
Diámetro interior = 85 mm
Ancho del rotor = 60 mm
Número de álabes = 24
Espesor de los álabes = 1 mm
Ángulos de entrada y salida β1= 150º y β2=90º
seño de turbina Banki desarrollado por la
Universidad Nacional de la Plata y que fue
ensayado en la misma. Esta geometría es
una variante del propuesto por Organización Latinoamericana de Energía (O.LA.
D.E.). En la Tabla 1 se dan los parámetros
geométricos y de operación de esta turbina.
MODELACIÓN NUMÉRICA Y CONDICIONES DE BORDE.
El sistema de leyes de conservación para analizar el escurrimiento de un fluido permanente e incompresible en la turbina suele expresarse mediante las ecuaciones de
Navier Stokes, que matemáticamente representan un sistema de ecuaciones a derivadas parciales de primer orden acoplado y
no lineal, de la forma:
Ñ·u = 0
(1)
æ ¶u
ö
rç
+ u · Ñu ÷ = -Ñp + r f + r g + m Ñ 2 u
è ¶t
ø
A la entrada se impuso la presión dada
por el salto que aprovecha la turbina. A la
salida se impuso una presión relativa igual
a cero. Las velocidades sobre las paredes
sólidas se asumen igual a cero (Marchegiani et.al., 2003).La simulación numérica se
llevó a cabo mediante el software para aplicaciones de CFD, FLUENT 6.2.
Para analizar el flujo en los elementos
rotantes de la turbina, se utilizó la opción
de Marco de referencia móvil del Fluent.
Los cálculos fueron realizados en un dominio móvil correspondiente al rotor. En este
caso el flujo fue referido a un marco de referencia rotante, lo cual simplifica el análisis.
Como consecuencia de tales simplificaciones, problemas de inestabilidad tal como la
interacción entre el álabe regulador y el rotor no pueden ser modelados.
Para la modelación de flujo turbulento
se utilizó un modelo del tipo eddie viscosity
(hipótesis de Boussinesq) donde la viscosidad turbulenta se obtiene a partir de dos
cantidades, la energía cinética turbulenta y
la disipación turbulenta resueltas mediante
dos ecuaciones en derivadas
parciales(ke). Las condiciones de contorno a aplicar sobre estos campos en las inmediaciones de contornos sólidos responden a
la bien conocida ley de pared, apta para flujos a altos números de Reynolds.
14
Parámetros en el punto óptimo de
operación
Altura H = 10 m
Caudal Q = 21.82 l/s
Potencia en el eje P = 1.44 kW
Velocidad nominal = 1000 r.p.m.
Apertura del álabe regulador a0 = 100%
La distribución de presión y velocidad
es calculada en cada punto de la malla computacional. El campo de presión resultante
en el campo del flujo es una herramienta
apropiada para predecir el comportamiento
de la turbina.
SIMULACIÓN COMPUTACIONAL Y
VALIDACIÓN DE LOS RESULTADOS
Los objetivos generales de la simulación numérica del flujo a través de la turbina fueron la determinación de los campos
de presión y velocidad, y finalmente la especificación de su rendimiento en diferentes
puntos de funcionamiento.
Para realizar la validación de la simulación computacional se compararon los resultados obtenidos con valores experimentales obtenidos para la turbina mencionada
anteriormente (Aguerre et. al , 1987). Se
realizaron simulaciones para una apertura
del álabe regulador de 100%, y se comparó
con los resultados experimentales.
El análisis se realizó en un modelo 2D
en toda el área del flujo. Los cálculos en la
tercera dimensión (axial) se omitieron debido a la invariabilidad de la geometría del flujo en esta dirección. Este paso disminuyó la
exactitud de los resultados de algún modo,
pero por otro lado redujo el tiempo de
cálculo substancialmente. El análisis se realizó usando el solver Fluent[TM] que se basa en el método de volúmenes finitos.
La simulación se llevó a cabo para mallas de distinta densidad a fin de encontrar
la que mejor se adaptara al proyecto. Finalmente se optó por una malla de 27913 nodos y 53278 elementos triangulares, con la
cual se logró una rápida convergencia (figura 2). Esta decisión resultó de las deformaciones sustanciales de la malla estructural en muchas áreas cruciales del campo de
flujo.
En el proceso de generación de la malla
se usaron dos herramientas de software:
AutoCADTM fue aplicado para construir la
geometría inicial de la turbina. La malla fue
generada por el programa de Gambit
TM
y se densificó en las áreas de flujo más conflictivas a fin de obtener un nivel aceptable
de solución.
Definición de la Eficiencia
La eficiencia de una turbina hidráulica
es medida por su rendimiento. En general
el rendimiento es una indicación de que porcentaje de la potencia entregada por el
agua a la turbina es transformada en potencia mecánica en el eje, es decir:
h=
Pe
r .g .Q.H n
(3)
donde ρ es la densidad del agua, Q es el
caudal, y Hn es la altura neta de la turbina,
y Pe es la potencia en el eje de la turbina,
dada por:
Pe = T .w =
2.p .n.T
60
(4)
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
Con el objetivo de simplificar el análisis
de los resultados, la presión se adimensionalizó con respecto a la presión en la entrada del inyector, y la longitud se adimensionalizó con referencia a la longitud total de
cada elemento. Se simuló para un valor del
número de Reynolds del orden de 4300 tomando como longitud característica la altura de la entrada y velocidad característica
de entrada.
Una visualización del ensayo que fue
realizada conjuntamente con la adquisición
de los valores experimentales confirman
los resultados del análisis numérico como
Figura 4
Figura 3
CONCLUSIONES
En el presente trabajo se muestra el uso
del análisis por medio de CFD para asistir al
diseño de las turbinas. El objetivo de este
análisis numérico fue la validación de la técnica aplicada por medio de la comparación
con resultados de ensayos experimentales,
los cuales muestran una notable precisión
de los resultados alcanzados.
Figura 5
Figura 6
Figura 7
Figura 8
se muestra en la figura 3. Los resultado
muestran un área de flujo muerto en la parte interior del rotor que se hace visible fácilmente en la fotografía marcada como área
A. Este fenómeno es característico de este
tipo de turbinas.
A fin de corroborar la precisión de los resultados numéricos se realizó el cálculo de
la curva de eficiencia para los parámetros
geométricos y de operación. En la figura 4
se observa la aproximación de los resultados numéricos a los valores experimentales.
En la figura 5 se observan la comparación entre la simulación computacional y
los resultados experimentales para las presiones sobre el álabe regulador, y en la figu-
ra 6 el mismo tratamiento para las presiones sobre la pared superior.
Como puede apreciarse en las figuras
anteriores se logró una buena aproximación a los resultados experimentales, con algunas dificultades en el ajuste sobre la pared superior y la zona de baja presión del
álabe regulador. De esto se puede concluir
que el modelo aplicado es válido para la simulación del flujo en una turbina Banki.
La simulación permitió la obtención del
caudal erogado por la máquina. El caudal
obtenido por simulación para una apertura
del 100%, fue del orden de 0.02141 m3/s
mientras que el caudal medido experimentalmente para las mismas condiciones fue
de 0.02158 m3/s.
Con el uso de los métodos computacionales, es posible, analizar las diferentes alternativas de diseño y optimización, antes
de fabricar una turbina o un modelo a escala reducida para ensayar físicamente. Los
modelos computacionales de escurrimientos nos permiten acceder a información importante y necesaria para lograr un mejor
entendimiento de los fenómenos hidrodinámicos en componentes de turbinas.
Un trabajo de investigación que aplique el análisis CFD a pequeñas turbinas y
sus componentes, deberá conducir, en primer lugar, a una evaluación de las dificultades para la simulación de este tipo de escurrimientos, y en segundo lugar, en la búsqueda de hipótesis y algoritmos hábiles para representar fenómenos fluidodinámicos
en máquinas hidráulicas, caracterizadas en
general por estructuras altamente turbulentas.
REFERENCIAS
Khorowspanah S., Albertson M., and Fiuzat A. (1984), "Historical overview of crossflow turbine", Water Power & Dam Construction.
Marchegiani A. Nigro N. Storti M
(2003). Simulación Numérica 2D del Flujo
en el Inyector de Una Turbina Tipo Banki X
ELPAH. Poços De Caldas - Brasil.
Aguerre C., Aguerre R. (1987). Ensayos
de Turbinas Michell Banki. U.N.L.P. La Plata
- Argentina.
15
USO DE TURBINAS DE ACCION TIPO PELTON
EN PEQUEÑAS CAIDAS DE AGUA
1
Ing. Oscar Guillermo Osorio Casas
Resumen
Existen diversos tipos de turbinas hidráulicas, como Francis, Pelton, Banki, Axial (Hélice), Kaplan , cada una tiene sus características
técnicas específicas, que deben ser consideradas para la selección de su uso en micro centrales eléctricas, utilizadas principalmente en zonas rurales donde a veces es difícil el acceso. El nivel del personal que las opera debe ser adecuado, por lo cual es necesaria su capacitación
para su operación y mantenimiento.
Las turbinas de acción tipo Pelton con una y hasta cinco ruedas tipo Pelton en un eje horizontal es una alternativa económica y de fácil
operación.
Palabras llave: turbinas hidráulicas, Pelton
Abstract
There are many types of hydraulic turbines such as Francis, Pelton, Banki, Axial, Kaplan. Each one has its own specific technical features that must be considered during their selection for micro hydropower plants, which are mostly used in rural areas where the access is sometimes difficult. There must be suitable people that operate them, so they must be able to carry out their operation and maintenance.
The Pelton-like action turbines with one to five Pelton-like wheels at a horizontal axis is an economically feasible alternative that has an
easy operation.
Keywords: Turbines, Pelton
INTRODUCCION
Unidades Generadoras
La unidad generadora es el equipo electro mecánico más importante de una micro
central hidroeléctrica. Está compuesta básicamente por:
a) Turbina Hidráulica y Generador
b) Equipos complementarios como regulador, válvula, cuadro de comando , y volante
c) Desarenador, toma de agua, compuerta, barreras, canales, cañerías de entrada a la turbina
Turbinas Hidráulicas
Las turbinas hidráulicas utilizadas en micro centrales hidroeléctricas, deben ser seleccionadas de modo de obtener mejor rendimiento, facilidad de operación y mantención, siendo importante su robustez.
Así para escoger y seleccionar una turbina se debe analizar además de su precio,
las garantías ofrecidas por el fabricante en
cuanto a la ausencia de capitación en el rotor de la turbina, el buen servicio y rápido
cambio de elementos dañados.
Al respecto, el INN (Chile) está emitiendo una norma chilena al respecto.
SELECCIÓN DEL TIPO
Las turbinas hidráulicas deben ser seleccionadas en base a los siguientes parámetros:
a) La caída de agua
Se puede hacer por métodos convencionales, ver anexo 1, o con altímetros o instrumentos tipo GPS.
b) El caudal
La descarga del canal en lts/seg o
m3/seg, ver anexo 2, esta información es
1 Chile
16
importante debido a las variaciones de caudal en las épocas estivales y de lluvia.
Potencia en W (watt) = caída de agua
en ( m) x caudal en l/seg x 6* ( factor)
Ÿ Para el cálculo de potencia generada
por el grupo turbina/generador, se puede
tomar como rendimiento global del conjunto igual a 0.615( 61,5%) y una pérdida de
carga ( columna de agua) de un 5%.
Cada turbina hidráulica se debe diseñar
en base a estos valores.
No es recomendable el usar una Minicentral Standard para diversas aplicaciones de caída de agua y caudal, por su pérdida de eficiencia, potencia y variación en su
rendimiento.
Existen ábacos para seleccionar en forma orientativa la turbina
Observaciones Importantes
a) Para seleccionar el modelo de turbina
no existe un modelo bien definido a usar, esto debe ser analizado en particular con cada fabricante de turbina.
b) La turbina MICHEL-BANKI o también
llamada de flujo cruzado está especificada
en la misma faja de operación de la turbina
FRANCIS. Tiene un rendimiento de 70%,
menor que la Francis y pueden ser usadas
en un sector de caídas y caudal bastante
amplia. El costo de una BANKI es menor
que una FRANCIS, para la misma caída de
agua y caudal
c) El uso de bombas funcionando como
turbinas, es en la realidad la adaptación de
una bomba de elevación de agua normal
que es adaptada como turbina.
Los rendimientos obtenidos son inferiores a los alcanzado por las turbinas
FRANCIS, siendo eso si bajo su costo. Se
puede hacer trabajar una bomba como turbina revirtiéndose el flujo de agua dentro
de la misma. No obstante, esta reversión
de funciones irá a penalizar a la máquina sobre la forma de rendimiento y en cuanto a
la solicitación que sufre ella relativo a capitación
Se considera la media del rendimiento
entre bomba y generador de un 65% .
d) Las turbinas PELTON son usadas para
aprovechar grandes caídas de agua y pequeños caudales, pues en esos casos puede que las turbinas Francis presentan una
pasada muy estrecha , tapándose su alabes.
Las turbinas de acción, en cuya clasificación se sitúan las turbinas Pelton tienen
como características la transformación de
energía potencial de caída en energía cinéticas en la tobera del inyector. Posteriormente esta energía cinética es convertida
en energía mecánica en el rotor de la turbina, ver figura
La turbina Pelton esta constituida básicamente por una estructura, rotor o rueda
Pelton, en torno del cual están fijadas las cucharas, un eje horizontal, un sello, rodamientos, una cañería de entrada de agua,
válvula e inyectores cónicos.
La transmisión de eje al generador es
hecho por intermedio de correas .
Las turbinas Pelton de 2 inyectores permiten una rotación 1,4 veces mayor.
Dependiendo del caso se deben usar
uno o dos inyectores.
Normalmente se recomiendan las ruedas Pelton, por ser más simples y económicas y cuando hay caídas de agua de a lo menos 20 m.
En este trabajo podemos informar que
también se pueden usar las turbinas de acción, tipo Pelton cuando existen pequeñas
caídas de agua siendo mínimo 1.5 m
En este caso se pueden usar turbinas de
acción de 1: 2; 3; 4; y 5 ruedas tipo
PELTON montadas en un eje horizontal con
diferentes diámetros de las cañerías de entrada, diferentes medidas de las cucharas e
inyectores
Existen 7 modelos de cucharas y los inyectores tienen para cada caso un diámetro
diferente.
Las micro-centrales normalmente no
poseen regulador de flujo. De esta forma
una variación de carga de consumo provocará una variación de velocidad del grupo
rueda/ generador, lo que no es permitido debiéndose usar un sistema de regulación. Para mantener esa velocidad constante e
igual al proyecto se debe procurar mantener la carga de consumo lo mas cercana posible, sin variaciones e igual a la capacidad
instalada de la central.
REGULACION ELECTRICA
Debido al problema anterior, se deben
instalar equipamientos eléctricos automáticos para el control de carga eléctrica de
consumo. El principio básico de estos proyectos es la entrada y/o salida de resistencias eléctricas en el circuito.
Estas resistencias, pueden ser resistencias comunes que disipan la energía eléctrica en forma de calor a la atmósfera (estufas eléctricas) o resistencias que aprovechan este calor para calentamiento de
agua, secar granos etc. El controlador electrónico (instalado en el panel de control)
monitorea la frecuencia que esta siendo generada, el cual conecta o desconecta las resistencias para hacer que la suma de las potencias que están siendo consumidas en
aquel instante como motores secadores,
electrodomésticos etc. más la potencia de
las resistencias que permanecen conectadas en la caja con agua, sea igual a la potencia que esta siendo generada.
Al no tener este dispositivo automático,
se puede estabilizar la carga eléctrica a través de lámparas adicionales instaladas en
un pequeño cuadro o en poste de iluminación de jardín o del terreno. Pero no es confiable.
REGULACION MECANICA
Existen reguladores automáticos de velocidad constituidos por un servomecanismo por aceite presurizado, comandado por un péndulo centrífugo. Por su costo a veces mayor que el equipo turbina/generador se recomienda para equipos
cercanos a 100 kW
Otro sistema es regular la descarga de
agua y consecuentemente, la potencia entregada por medio de una pieza móvil, colocada en la parte interna del inyector y accionada por mecanismo manual o hidráulico, denominada válvula aguja.
Este sistema en micro centrales no es
conveniente por el desgaste prematuro de
la aguja (arena), posible obstrucción por residuos que lleva el agua. En caso que se desee instalar esta válvula aguja se debe analizar el agua para evitar un desgaste rápido
y ver el material de su construcción para
considerar su costo. También es peligrosa
su instalación por el aumento de presión
brusca que puede tener la cañería de entrada, en el caso que la válvula de aguja se cierre bruscamente (por no haber demanda
eléctrica). Normalmente se utilizan en centrales superiores a 100 Kw.
También se usan válvulas automatizadas de control de entrada de agua a las ruedas que tienen un dispositivo electrónico
que por señal de voltaje manda abrir/cerrar
esta válvula. Su costo es alto para una minicentral
Para las micro-centrales hidráulicas de
hasta 40 Kw. es aconsejable, entre otras alternativas, un estudio para la instalación de
una o varias ruedas Pelton, debido a su bajo costo y fácil instalación.
de agua necesaria para mover la turbina es
efectuada por una estructura denominada
tomada de agua.
La tomada de agua tiene las siguientes
funciones:
a) Control de flujo de los caudales para
la cañería forzada.
b) Retención de cuerpos flotantes y
c) sedimentos.
Se deben diseñar las dimensiones de la
boca, compuerta, dispositivos de protección contra cuerpos flotantes
La velocidad antes de la compuerta no
debe ser superior a 1 m/seg.
Por medio de rejillas se deben retener
los materiales flotantes.
Anexo 1. Turbinas de Acción con 4 Ruedas Pelton.
PROYECTO Y ASPECTOS CONSTRUCTIVOS
Al construir una micro-central hidráulica se deben considerar los siguiente pasos
a seguir
a) Toma de agua
La captación en el río para la descarga
17
Para evitar que la entrada de sedimentos dañe la cañería forzada y las máquinas
por efecto de abrasión, es necesario antes
de la toma de agua la instalación de una estructura denominada desarenador.
A veces para minicentrales inferiores a
100 Kw. se puede hacer una estructura
que cumpla ambas funciones, tomada de
agua y retención de sedimentos
Generador
Normalmente se usan generadores tipo
monofásico y trifásico.
Los generadores trifasicos permiten
usar sistemas de partida Y Δ, que aumenta
la potencia del motor a ser accionado
Existen generadores de imanes permanentes que presentan pocos problemas de
mantenimiento al no tener carbones, normalmente se usan hasta 15 kW.
Para calcular la potencia del alternador,
se deben sumar las cargas que serán conectadas, esas sumas deben ser hechas en
valores de carga aparente.
Para cargas resistivas se deben sumar
los W (Potencia activa). Para cargas inductivas (Las que poseen núcleo de hierro con
bobina , se debe calcular la potencia aparente individual (Kva.) de las cargas utili-
zando las formulas monofásicas o trifásicas
de acuerdo con la carga.
Al final se suman todos los Kva. encontradas para definir la potencia total de las
cargas.
La potencia instalada debe ser 30% mayor que la potencia total.
No se debe olvidar que un motor eléctrico absorbe de la red una potencia de 4 a 9
veces su potencia nominal durante la partida.
Todos los generadores aceptan una sobrecarga instantánea de 35% sin problemas. salvo que el torque de partida del motor sea muy importante.
Anexo 2. – Caídas de Agua.
Altura Vertical:
Se toman dos varillas y se colocan en escuadra, una partiendo de la punta de la
otra, se coloca un plomo en la vertical y un
nivel en la horizontal. Después de medir la
altura de la varilla que quedó en la vertical
se encuentra la altura.
Se toma una varilla larga y una manguera común, se amarra la punta de la manguera en la punta de la varilla y se coloca la
otra punta de la manguera en el nivel de
agua, de manera que el agua penetre en la
manguera. Se comienza a levantar la varilla, hasta que comience a salir el agua .Solo
medir el largo de la varilla hasta la boca y se
encuentra la altura vertical.
Se coloca un tambor de 20, 50, 100 o
200 lts. Se hace una canaleta para que caiga el agua directamente al tambor, se ve cuantos segundos se demora en llenar el tambor y se divide por los segundos en llenar.
Ejemplo
Tambor de 100 lts demoró 5 segundos
100:5 = 20 lts de agua/seg
Ancho: Se mide el ancho del canal donde sea mas uniforme, por palas se deja lo
mas uniforme el ancho.
Profundidad : Se hace por medio de palas para que quede uniforme mínimo 1
m.velocidad. Se marca con dos piedras 1
m , y se coloca un material flotante como
madera, corcho, etc. y se verifica el tiempo
que demora.
Cálculo de caudal : ancho x profundidad
Velocidad
Ejemplo A= 60 cm P= 20 c : V= 4 seg
60 x 20 = 1200: 4 = 30Ø( se elimina último cero) = 30 lts/seg.
Anexo 3 – Turbina de Acción tipo Pelton.
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18
MODELAGEM, AJUSTE E IMPLEMENTAÇÃO DE UM SISTEMA DE
CONTROLE DE TENSÃO PARA GERADOR DE INDUÇÃO
1
Alexandre Viana Braga
2
Angelo José Junqueira Rezek
3
Carlos Alberto Dias Coelho
4
Edson da Costa Bortoni
5
Valberto Ferreira da Silva
6
José Antônio Cortez
7
Carlos Alberto Murari Pinheiro
Resumo
Um sistema de compensação de potência reativa foi implementado em laboratório, utilizando reatores controlados a tiristores, associados a capacitores. O sistema de controle de potência reativa foi feito empregando-se regulador PI para controle de tensão de um gerador
de indução, operando isoladamente. Como transdutor de tensão, Tp´s conectados em delta aberto foram ligados aos terminais da máquina, cujos secundários alimentaram uma ponte GRAETZ trifásica de diodos, sendo o sinal do transdutor de tensão a queda de tensão na resistência conectada do lado de corrente contínua CC da ponte. Modelou-se o sistema de controle de tensão e para ajuste do regulador o
método da otimização pelo módulo foi utilizado. Toda a sistemática de ajuste ótimo do regulador será apresentada no artigo e os resultados experimentais apresentados e discutidos.
Palavras-chave: SVC, ajuste de regulador, controle.
Abstract
A reactive power compensation system has been implemented in laboratory, using TCR´s (Thyristor Controlled Reactors) , associated
with capacitors. The reactive power compensation system, has been made employing the PI regulator for the induction generator voltage control, operating in the isolated mode. TP´s connected in open delta have been connected to the machine terminals, whose secundaries supply a diode bridge, being the voltage transducer signal the voltage drop across the resistance connected to the DC side of the bridge. The voltage control system has been modeled and for the regulator adjustment, the modulus optimization method has been used.
The systematic of the regulator optimal adjustment will be presented in the paper and the experimental results presented and discussed.
Keywords: SVC, regulator adjustment, control.
1 Introdução
Propõe-se neste trabalho um método
de controle da tensão de um gerador de indução, independente da variação de cargas
elétricas, ou da variação de velocidade na
máquina primária. Este trabalho é fruto da
dissertação de mestrado de Braga (2002).
O sistema usa capacitores fixos ligados
em triângulo, e indutores também ligados
em triângulo. Em série com cada indutor estão dois tiristores em anti-paralelo. A potência da máquina de indução utilizada é de
1,86[kW], no eixo e os valores dos capacitores e indutores do circuito de excitação
utilizados foram: C=60[μF] e L= 200[mH].
Como os capacitores são fixos, este sistema propõe-se a regular a tensão gerada
através da alteração da corrente dos indutores por meio da variação do ângulo de disparo dos tiristores. A Fig. 1 ilustra o sistema de controle proposto.
tensão é obtido na resistência de 10[k].
2.2 Fonte de tensão para a referência
Uma fonte de tensão 15[V] é utilizada
para estabelecer a tensão de referência do
sistema de controle. O potencial –15[V] é
aplicado sobre um potenciômetro, que é
manualmente ajustado para estabelecer o
valor desejado para a referência de tensão.
2.3 Regulador proporcionalintegral
A Fig. 2, Rezek et al (2001), representa
o circuito correspondente ao regulador PI
utilizado. A vantagem deste regulador é
que cada parâmetro dispõe de um amplificador operacional próprio, permitindo-se,
assim, o ajuste independente entre ganho
proporcional e tempo de ação integral.
O ganho proporcional do regulador PI,
ajustado através do potenciômetro Rq1, é
dado por:
R (R
+R )
F q1 max
q2
K =
i ( R + R )( R + R )
i1
i2
q1
q2
Enquanto o tempo de ação integral,
ajustado através do potenciômetro RM2, é
dado por:
T = (R
+R
)C
i
M1
M2 F
Como 0 £ Rq1
tem-se:
2 Componentes do sistema de controle proposto
Este sistema é composto dos seguintes
elementos:
£ Rq1max, e Rq1max=4,7[k],
0,33 £ K £ 3,7
i
Como 0 £ Rm2 £ RM2max, e RM2max=4,7[k],
tem-se:
2.1 Transdutor de tensão
O transdutor de tensão é composto de
dois transformadores em configuração delta aberto, como pode ser mostrado na Fig.
1. As saídas dos TP´s alimentam uma ponte retificadora trifásica a diodos, em configuração Graetz, e o sinal transduzido da
4,14 [ ms] £ T £ 45,5 [ms ]
i
Figura 1 - Sistema de controle proposto para o
gerador de indução.
2.4 Circuito de disparo
O circuito de disparo utilizado, do tipo
rampa, foi implementado utilizando-se o
circuito integrado TCA 780 da SiemensIcotron. A Fig. 1 ilustra no bloco do circuito
1,2,3,4,5,6 e 7 - Universidade Federal de Itajubá - Itajubá MG Brasil
Instituto de sistemas Elétricos
19
de disparo que a interseção da tensão VCC
do pino 11 com a rampa (pino 10) produz
pulsos P1 e P4 para os tiristores 1 e 4 conectados em anti-paralelo entre as fases a
e b. Outros dois TCA´s 780 são utilizados
para o disparo dos tiristores 3, 6 e 5, 2, conectados respectivamente às fases b, c e c,
a .Toda vez que a tensão de sincronismo (pino 5) passa por zero, uma rampa é gerada
no pino 10 do TCA 780 para
geração dos pulsos, e os pinos 5 de cada um deles são alimentados pelas fases a,
b e c, respectivamente, da saída do transformador de sincronismo 220/10 [V]. A tensão VCC conectada ao pino 11 varia na faixa 0 a 10 [V] e os ângulos de disparo correspondentes serão 0o e 180o, respectivamente. A relação entre (ângulo de disparo) e a tensão VCC de saída do regulador de
tensão se mantém linear. Assim, para
VCC=5,0 [V], o ângulo de disparo () será,
evidentemente, 90o.
Sendo:
Tabela 1 – Dados da característica de magnetização
da máquina para 50 e 60[Hz]. Resende (1994).
Figura 2 - Filtros e regulador utilizado. Referência de tensão – u ref
Transdutor de tensão – u td.
60 Hz
E
Im
E
Im
Im
E
[V]
92
100
105
111
121
129
136
146
[A]
0.84
0.92
0.95
1.02
1.16
1.20
1.28
1.42
Im
[V]
200
207
213
218
225
232
239
251
[A]
2.37
2.52
2.66
2.80
2.97
3.26
3.50
3.98
[V]
11.7
19.5
38.9
58.5
77.9
97.5
117
127
[A]
0.12
0.18
0.37
0.55
0.73
0.93
1.22
1.35
[V]
207
210
223
235
246
256
260
[A]
3.37
3.55
4.18
5.03
6.0
7.12
7.60
158
165
1.55
258
4.23
146
1.63
1.68
268
4.80
167
2.0
175
1.82
278
5.43
177
2.28
185
2.13
290
5.61
194
2.87
194
2.20
207
3.37
X C = 1 /( 2pfC)
Sendo:
Substituindo-se os valores C=60[mF],
U=220[V], f=50[Hz], tem-se a corrente nominal de linha fornecida pelo banco de capacitores é 7,18[A]. Através da escolha apropriada de um ângulo de disparo nominal, a
corrente nominal de linha absorvida pelo
banco de indutores é estabelecida de tal
modo que a corrente de magnetização nominal resultante seja suficiente para gerar
uma tensão que compense a queda de tensão no estator e forneça 220 [V] nos terminais do estator. Entretanto, pelo fato da corrente no indutor não ser uma onda senoidal
pura, conforme mostra a Fig. 4, partiu-se
para determiná-la, em valor eficaz, pela divisão da tensão nominal sobre o indutor pela impedância do circuito, conforme a Eq. 6.
A tensão sobre o indutor, composto de uma
resistência e uma indutância (ver Fig. 3), é
calculada a partir da Eq. 4.
3 Condições nominais de operação
Uma máquina de indução trifásica, de
1,86[kW], 220[V], 7,5[A], 4 pólos, foi utilizada como gerador. A Tab.1 mostra dados
de tensão gerada e corrente de magnetização coletados por Resende (1994) para este mesmo motor. A máquina primária de acionamento foi um motor de corrente contínua de 1,7[kW], 220[V], 1500[RPM],
7,72[A].
De acordo com a Fig. 1 a corrente de
magnetização do gerador de indução é dada pela diferença entre a corrente fornecida pelo banco de capacitores e a absorvida
pelo banco de indutores, sendo represen*
tada por:
I = (I - I )
*
m
C
L
Sendo: I L
Corrente reativa do banco
de reatores.
Como os capacitores são fixos, a corrente fornecida pelo banco de capacitores
será expressa por:
IC =
20
3U
X
C
50 Hz
E
U = U m / 2 é a tensão efi-
caz fase-fase do gerador, e URL a tensão eficaz no indutor.
Resolvendo-se a Eq. 4, tem-se:
1/ 2
æ b - a sen 2b sen 2a ö
U RL = U ´ ç
+
÷
2p
2p ø
è p
Portanto, a corrente de linha fornecida
pelo banco de indutores é expressa por:
IL =
cos f =
3U
RL
2
R + (2 pfL)2
R
R 2 + (2pfL) 2
Substituindo-se R=17[W], L=0,2[H] e
f=50[Hz], e escolhendo-se =135o como o
ângulo de disparo nominal obtêm-se, pela
Eq. 7.f =77,3o. Utilizando a curva de f=80o
na Fig. 5, fornecida por Barbi (1997), obtêm-se o ângulo de extinção b =220,6o. Portanto pela Eq. 5, a tensão do indutor é da= 87,8 [ V ]
da por: U
RLN
A parcela reativa da corrente absorvida pelo banco de reatores será subtraída da
corrente capacitiva para controle de tensão.
Figura 4 - Corrente e tensão no indutor.
Equação 4:
1/ 2
2
ì 1 bé
ü
U RL = 2 í òa
U sen (wt ) ùú d (wt ) ý
ê
ë
û
m
î 2p
þ
4 Modelo matemático do sistema
4.1 Conversor estático
Nota-se pela Fig. 5 que a tensão no indutor diminui com o aumento do ângulo de disparo. Entretanto, Escolhendo-se uma pequena variação de em torno do ângulo de
disparo nominal pode-se aproximar por
uma reta esta variação. A declividade desta
reta é o ganho do conversor estático. Resulta na Eq. 9, derivando-se a Eq. 5 em relação a a, e fazendo
u
RL
( pu ) = U
RL
/U
RLN
e
a
a ( pu ) =
u
p
p 2U
du RL
N æ b - a - sen 2 b + sen 2a
=
ç
da u
2U RLN è p
2p
2p
Escolhendo-se uma variação de ±5o em
torno do ângulo de disparo nominal 135o, é
obtida a Tab. 2.
Toma-se o valor médio:
du RL
da u
= -4,35
4.2 Banco de indutores
Considerou-se o bloco da corrente no ina
dutor como do tipo retardador de 1 ordem, tendo como entrada a tensão uRL.
Este atraso foi representado pela seguinte
constante de tempo:
L 0,2[ H ]
T
=
=
= 11,8[ ms]
ind R
17[W ]
5 Projeto do regulador de tensão
Para que o erro em regime permanente
seja nulo será utilizado um Regulador Proporcional-Integral. O ganho proporcional e
a constante de tempo dele serão determinados pelo Método da Otimização pelo Módulo, Fröhr, F. & Orttenburger, F. (1986).
Mas, para que este método seja utilizado, a
seguinte inequação deve ser satisfeita:
T
4s
á1
Onde T é a maior constante de tempo e
a soma das pequenas constantes de tempo
do circuito de regulação. Nota-se, pela Fig.
8, que a maior constante de tempo do circuito de regulação é a do bloco que representa o indutor, isto é, T=11,8 [ms] e a soma das pequenas constantes de tempo do
circuito de regulação é a soma das constantes de tempo do circuito de disparo e da
constante de tempo do filtro de realimentação, s = 1,5 + 1,5 = 3,0 [ms] ( vide Fig. 8).
T
4s
=
11,8
= 0,98
4´3
Conclui-se, então, que o método OM pode ser utilizado. Desprezando-se o pequeno efeito transitório do “derivador amortecido” da fig. 8, (delta ic= C.du/dt), pode-se
afirmar que no diagrama de blocos da Fig. 8
o ganho no circuito de regulação de tensão
Vsia é a multiplicação dos ganhos individuais de malha direta, isto é, a multiplicação
dos ganhos do circuito de disparo, do conversor estático, do banco de indutores, e da
curva de magnetização.
Portanto,
Vsia = 1 ´ 4,35 ´ 0,53 ´ 1 = 2,31
ö
÷
ø
-
1
2 æ - 1 + cos 2a
ç
p
è
ö
÷
ø
(9)
Segundo o método OM, o ganho proporcional do regulador PI é dado por:
Kp =
T
2Vsia s
=
11,8
2 ´ 2,31 ´ 3
= 0,85
e o tempo de ação integral por:
Ti = T = 11,8 [ ms ]
Logo, o regulador PI ilustrado na Fig. 2
pode ser utilizado, pois é atendida a condição fundamental de o ganho proporcional
projetado para tal regulador satisfazer a
inequação (1), e o tempo de ação integral
a inequação (2). Uma vez que a máquina
de indução tenha estabelecido sua tensão
em 1[pu], as cargas podem ser conectadas. A conexão de uma carga elétrica causa
uma queda de tensão no gerador. Para
manter constante a tensão gerada é necessário que, em regime permanente, a corrente de magnetização seja aumentada,
através do aumento do ângulo de disparo
dos tiristores, reduzindo-se a corrente no
indutor, uma vez que não se tem controle
sobre a corrente do capacitor.
6 Simulação
A Fig. 6 ilustra a tensão do gerador como resultado da simulação. Entre os instantes 0 [s] e 0,2 [s] considera-se que o gerador está no período de amorçamento. No
instante 0 [s] aplica-se na referência um degrau de tensão de 1[pu], representado pelo
bloco degrau 1. A entrada de carga é representada pelo degrau 2 de 0,1 pu de queda
de tensão em 0,6 [s]. Pode-se notar que
sem o regulador PI o sistema é estável,
mas há um erro estacionário bastante elevado, conforme mostra a curva em linhas
tracejadas. Evidentemente, o melhor compensador para esta condição é o compensador PI.
7 Resultados experimentais
Para uma entrada abrupta de carga
1,3[kW], tem-se a Fig. 7 apresentando a
tensão quando a máquina opera com regulador. Nota-se que houve estabilização da
tensão em aproximadamente 75[ms], resultado compatível com a simulação.
8 Conclusão
O método da Otimização pelo Módulo
mostrou-se eficiente para determinação
dos parâmetros do regulador PI utilizado
no sistema de controle proposto. Houve estabilização da tensão, onde a freqüência
elétrica não permanece constante, diminuindo com a aplicação da carga. A sistemáti-
Figura 5 – Ângulo de extinção b em função de a,
tomando f como parâmetro, Barbi (1997).
Tabela 2 – Linearização do ganho do conversor
estático.
Curva para f=80o da Fig. 5
140o
125o
a
o
228,8o
212,4
b
du RL
da u
-4,59
-4,10
Figura 6 – Tensão gerada. Linha tracejada: sem
regulador. Linha sólida: com regulador PI.
Figura 7 - Resultado experimental para uma entrada de carga de 1,3[kW]. 1 div. Vert. =38 [V].
21
ca simples de modelagem e ajuste do regulador de tensão, utilizando-se compensador estático, mostrou-se estável e eficiente, sendo esta a principal contribuição do
trabalho, evidentemente como também a
comprovação experimental da proposta.
Utilizou-se no trabalho, como exemplificação, um sistema de controle de potência reativa para gerador de indução, mas a
metodologia de ajuste do regulador pode
evidentemente ser empregada em algum
outro sistema de compensação de potência
reativa, para outra finalidade, como por
exemplo aplicação em sistemas de potência.
Simulou-se também em MATLAB o sistema proposto, cujo diagrama de blocos para tal é apresentado na Fig. 8. Neste trabalho apresentamos o resultado de simulação
da estabilização da tensão, quando da entrada súbita de carga (Fig. 6). Este resulta-
do foi comprovado pela verificação experimental (Fig. 7).
Como continuação deste trabalho, pretende-se também implementar o controle
de frequência do gerador, controlando-se
também a rotação da máquina primária ou
ainda implementar-se um regulador de carga.
9 Agradecimento
Os autores deste trabalho agradecem à
FAPEMIG- MG, Proc. TEC 2917/98, ao qual
este trabalho de pesquisa está vinculado.
10 Referências
Barbi, I. (1997). Eletrônica de Potência.
Edição do Autor, Florianópolis, SC, Brasil.
Braga, A.V. (2002). Modelagem, Ajuste
e Implementação de um Sistema de Controle de Tensão para o Gerador de Indução.
Dissertação de mestrado,UNIFEI, ItajubáMG.
Fröhr, F. & Orttenburger, F. (1986).
Introducción al Control Electrónico. Siemens, Marcombo S.A., Barcelona.
Resende, J.T. (1994). Operação Isolada
e Interligada do Gerador de Indução. Dissertação de mestrado, EFEI, Itajubá – MG,
Brasil.
Rezek, A.J.J; Coelho, C.A.D.; Vicente,
J. M. E.; Cortez, J.A.; Laurentino, P.R.
(2001). O Método da Otimização pelo Módulo (OM) Aplicado a Sistema de Regulação
de Tensão: Modelagem, Ajuste e Implementação. IX Encontro Regional LatinoAmericano da Cigré, IX ERLAC, Fóz do Iguaçú , PR, Brasil, maio.
Apêndice. A Fig. 8 ilustra o diagrama de blocos em pu para simulação aproximada em MATLAB do sistema proposto. Os ganhos de 0,53
e 1,63 são necessários para que as correntes do indutor ( nominal de 2,34[A]) e do capacitor (nominal de 7,18[A]), respectivamente, sejam referidas em pu na corrente de magnetização da máquina (nominal de aproximadamente 4,40[A] a vazio e de aproximadamente 4,84
[A] para compensar a queda de tensão com a aplicação da carga).
Figura 8 - Diagrama de blocos para simulação em MATLAB do sistema proposto.
22
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O artigo em PORTUGUÊS deverá seguir a seguinte seqüência: TÍTULO
em português, RESUMO (seguido de Palavras chave), TÍTULO DO ARTIGO
em inglês, ABSTRACT (seguido de key words); 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.
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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.
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revisão
de
de
palavras-chave);
literatura);
2.
1.
MATERIALES
YMETODOS; 3. RESULTADOS YDISCUSIÓNES; 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.
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O resumo deverá ser do tipo informativo, expondo os pontos relevantes
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DISCUSSAO; 4. CONCLUSAO (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
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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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encaminhado para três revisores, que emitirão seu parecer científico.
Caberá ao(s) autor (es) atender às sugestões e recomendações dos revisores; caso não possa (m) atender na sua totalidade, deverá (ão) justificar ao
24
AGENDA
XII Encontro Regional Ibero-americano do CIGRÉ
De: 20 a 24 de Maio de 2007
Local: Foz do Iguaçu – PR
Mais Informações: http://www.itaipu.gov.br/xiieriac/
XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens promovido pelo Comitê Brasileiro de Barragens
De: 27 a 31 de Maio de 2007
Local: Belém – PA
Mais Informações: http://www.cbdb.org.br/xxviisngb
I Congresso Brasileiro de Energia Solar
De:08 a 11de abril de 2007
Local:Fortaleza, CE
Mais Informações: www.icbens.dee.ufc.br
Ethanol Summit 2007
De: 04 a 05 de Junho de 2007
Local São Paulo, SP
Mais Informações: www.ethanolsummit.com
8º Encontro Anual Energy Summit 2007
De: 23 a 25 de Julho de 2007
Local: Rio de Janeiro, RJ
Mais Informações: www.ibcbrasil.com.br
APOIO:
REALIZAÇÃO:
1º CURSO de 19 a 23 / 03 / 2007
25
DESENVOLVIMENTO SOCIAL
Entre os cinco melhores do país
Projeto 'Boa Esperança: BFT/MIG' colocou a UNIFEI entre as
melhores universidades do país
Por Fabiana Gama Viana
“ P r eenchemos os formulários e mandamos para a revista”, relata o professor do Instituto
de Recursos Naturais da Universidade Federal de Itajubá
(UNIFEI), Augusto Nelson Carvalho Viana, após o primeiro contato
do Guia do Estudante, publicação da Editora Abril. Um mês depois, em
agosto deste ano, o grupo de Viana foi informado de que o trabalho 'Boa
Esperança: BFT/MIG', coordenado por ele, estava entre os 25 melhores projetos na categoria 'Inovação e Sustentabilidade', a de maior destaque dentro
do 'Prêmio Melhores Universidades Guia do Estudante e Banco Real', uma realização da Editora Abril em parceria com o Banco Real.
A partir daí, uma empresa de jornalismo, contratada pela Editora Abril, procurou o
grupo para saber mais detalhes do projeto. Depois da apresentação, Viana foi informado de que o trabalho de seu grupo estava classificado entre os cinco melhores, dentre os
173 projetos de universidades públicas e privadas avaliados.
O Projeto
Inteiramente dentro da categoria em que foi avaliado: Inovação e Sustentabilidade, o
projeto 'Boa Esperança: BFT/MIG' tem o objetivo de levar desenvolvimento econômico e
social a comunidades isoladas, através da utilização de tecnologias nacionais (leia mais na
matéria seguinte). O trabalho, iniciado na própria UNIFEI a partir de pesquisas realizadas
na década de 1980 para a dissertação do então mestrando Augusto Nelson Carvalho Viana,
apresenta a geração de energia elétrica por meio da utilização de bombas hidráulicas funcionando como turbinas. Em 2002, o professor Ângelo Rezek, também da UNIFEI, desenvolveu pesquisas sobre máquinas de indução operando como geradores, junto ao aluno Daniel Macedo, hoje membro do grupo de Viana, complementando a pesquisa em nível de laboratório.
O Prêmio
A cerimônia de premiação aconteceu no
dia 02 de outubro de 2006, no Teatro Abril,
em São Paulo (SP), onde estavam presentes Viana e seu grupo. Com o objetivo de
identificar, valorizar e difundir as melhores
instituições de ensino superior brasileiras,
o prêmio, anual e com primeira edição realizada em 2005, contemplou as instituições
de ensino públicas e privadas nas categorias 'As melhores Universidades do Brasil',
'Empregabilidade/Inserção no Mercado',
'Destaque Regional' e 'Inovação e Sustentabilidade', esta última com participação do
projeto oriundo da UNIFEI.
O projeto 'Boa Esperança: BFT/MIG'
não foi contemplado com o prêmio, que foi
recebido pela Pontifica Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUC-RS) com o trabalho 'Planta Piloto de Produção de Módulos Fotovoltaicos com Tecnologia Nacional /
CB-Solar'. Este se propõe a propagar a energia solar no país com o desenvolvimento de
tecnologias nacionais – mais acessíveis economicamente – para a produção de equipamentos como células solares, módulos e sistemas fotovoltaicos.
26
Apenas o início
Mesmo sem o prêmio, Viana destaca a
importância de ter ficado entre os cinco finalistas. “Ficamos muito contentes, pois é um
trabalho que vem sendo desenvolvido desde 1986 e somente agora está sendo valorizado”, destaca o coordenador do trabalho. Além disso, ter ficado entre os finalistas serve de incentivo à jovem equipe que
trabalha neste projeto, no desenvolvimento de novos equipamentos e busca de soluções que atendam às camadas menos favorecidas da sociedade. “Para a UNIFEI e prin-
Eng.Msc. Daniel Macedo,Eng. Mateuus Ricardo
e Prof.Dr. Augusto Viana
cipalmente para o Curso de Engenharia Hídrica”, completa Viana, “o prêmio serviu para mostrar ao país e aos jovens leitores do
Guia do Estudante que nosso curso e nossas pesquisas têm sempre caráter aplicativo, consolidando os ideais de Theodomiro
Santiago no início do século XX, quando fundou o então Instituto Eletrotécnico de Itajubá, hoje UNIFEI”.
Finalistas na categoria 'Inovação e Sustentabilidade'
- 'Planta Piloto de Produção de Módulos Fotovoltaicos com Tecnologia Nacional / CBSolar': Pontifica Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUC-RS projeto vencedor
- 'Projeto Boa Esperança: BFT/MIG': Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI
- Geração de Energia a partir de Oleaginosas da Amazônia para Atendimento às Comunidades Isoladas: Instituto Militar de Engenharia – IME
- Kits Do-it-Yourself Sustentáveis para a Habitação de Interesse Social: Universidade
Federal do Paraná – UFPR
- Disponibilização, Avaliação e Difusão de Tecnologia Inovadora Aplicada no Manejo de
Água de Irrigação para Pequenos e Médios Produtores Agrícolas do Estado de Minas Gerais: Universidade Federal de Viçosa – UFV
SOCIAL DEVELOPMENT
Among the top five of the country
Project 'Boa Esperança: BFT/MIG' has placed UNIFEI
among the best university in the country
By Fabiana Gama Viana
Translation Adriana Candal
“We filled the forms and send them to the magazine,” says Mr. Augusto Nelson Carvalho
Viana, professor with the Institute of Natural Resources of the Federal University of Itajubá
(UNIFEI), after the first contact with Guia do Estudante, a student guide published by
Editora Abril. One month later, in August 2006, professor Viana's group was informed that
their project, 'Boa Esperança: BFT/MIG', was among the 25 top projects within the category 'Innovation and Sustainability'. This is the most important category that is part of an
award sponsored by a partnership between Editoral Abril and Banco Real: 'Prêmio
Melhores Universidades Guia do Estudante e Banco Real' (an award that selects the best
universities in the country).
After that a journalistic company, hired by Editora Abril, looked for the group to find out
more details of the project. After the presentation, Professor Viana was informed that out
of the 173 projects from public and private universities his group's project had been classified among the top five.
The Project
Completely within the category in which it was evaluated, 'Innovation and
Sustainability', the project 'Boa Esperança: BFT/MIG' aims at taking economic and social
development to isolated communities through the use of national technologies (more details in the next article). The study, which started at UNIFEI based on researches carried
out by Professor Viana, who at that time, 1980s, was a graduate student working on his dissertation, presents the generation of electric power by using hydraulic pumps working as
turbines. In 2002, Professor Ângelo Rezek, who also works for UNIFEI, carried out researches on induction machines operating as generators. At the time he worked with the
undergraduate student Daniel Macedo, who, today, is a member of Professor Viana's
group, completing the research at laboratory level.
The Award
Professor Viana and his group were present at the awarding ceremony, which took
place at Teatro Abril in the city of São Paulo on October 2nd, 2006. Aiming at identifying, valuing and disseminating the best Brazilian Universities, the annual prize,
first held in 2005, was awarded to public and private universities in the following
categories: 'The best universities in the country', 'Employability/Market Insertion', 'Regionally Outstanding' and 'Innovation and sustainability'.
The project 'Boa Esperança: BFT/MIG' did not receive the prize, which was
awarded to Pontificia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUC-RS)
with the project 'A Pilot Plant for the Production of Photovoltaic Modules with
National Technology / CB Solar. This project aims at disseminating solar
energy throughout the country with the development of national technologies – more accessible economically speaking – for the production of equipment such as solar cells, modules and photovoltaic systems.
Just the Beginning
Even without the prize, Professor Viana highlights the importance of being
among the five finalists. “We were very happy, for it is a project that has been developed since 1986 and now it received the attention it deserved,” said the coordinator
of the project. Besides, the fact that they were among the finalists is an encouragement to the young team that is working on this project, to the development of new equipment and to the search for solutions that meet the needs of that part of society that is
Finalists of the category 'Innovation and sustainability'
less fortunate. “For UNIFEI and mainly for
the Water Engineering Course,” Professor Vi- 'A Pilot Plant for the Production of Photovoltaic Modules with National Technology / CB
ana goes on, “the prize was good to show
Solar': Pontifica Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUC-RS wining project
the country and the young readers that our
- 'Projeto Boa Esperança: BFT/MIG': Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI
researches always have a practical charac- 'Power Generation out of Amazon Oleaginous Plants to Meet the Needs of Isolated
Communities': Instituto Militar de Engenharia – IME
ter, consolidating Mr. Theodomiro Santia- 'Kits Do-it-Yourself: Socially interesting sustainable kits for building houses': Univergo's ideals when he founded the former
sidade Federal do Paraná – UFPR
Instituto Eletroténico de Itajubá (Electro- 'Release, Assessment and Dissemination of an Innovating Technology for Irrigation
technical Institute of Itajubá) in the 20th
Water Management for Small and Medium Farmers of the state of Minas Gerais': Universicentury, today UNIFEI.”
dade Federal de Viçosa – UFV
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DESENVOLVIMENTO SOCIAL
Inovação para Sustentabilidade
Tecnologia BFT/MIG inova na geração de energia elétrica, buscando o
desenvolvimento sustentável de comunidades rurais e/ou isoladas
Por Fabiana Gama Viana
A energia possui um papel fundamental na sociedade. Além de ser indispensável para o desenvolvimento econômico de uma nação, é
força motriz para o desenvolvimento social de comunidades rurais e/ou isoladas, auxiliando no florescimento econômico e no incremento
de programas de saúde e educação junto a essas comunidades. Neste cenário, o Grupo de Energia (GEN) do Instituto de Recursos Naturais (IRN) da Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI) está desenvolvendo o projeto 'Boa Esperança: BFT/MIG', sob coordenação do professor Augusto Nelson Carvalho Viana e com financiamento do Ministério de Minas e Energia (MME).
O projeto
A pesquisa tem o objetivo de levar desenvolvimento econômico e social a comunidades rurais e/ou isoladas por meio da geração de energia elétrica a partir
de microcentrais hidrelétricas (μCH's) com a utilização de tecnologias nacionais
e de baixo custo. O trabalho, iniciado na UNIFEI na década de 1980 durante o
mestrado do professor Viana, apresenta a geração de energia elétrica através da
utilização de bombas hidráulicas funcionando como turbinas (BFT). Esta pesquisa foi complementada em 2002 com os estudos sobre máquinas de indução operando como geradores (MIG) desenvolvidos pelo professor da UNIFEI Ângelo Rezek e pelo aluno Daniel Macedo.
Fases do projeto
O projeto, que terá duração de dois anos (2006 e 2007), está sendo desenvolvido em duas fases. A primeira tem o propósito de avaliar o comportamento
do grupo BFT/MIG em campo, por meios de ensaios, cujos resultados serão confrontados com aqueles obtidos por Viana ainda na década de 1980. Para isso, a
microcentral hidrelétrica Mireta Bastos, localizada na Fazenda Boa Esperança, no
município de Delfim Moreira (MG), foi reformada e repotenciada para receber o
grupo gerador BFT/MIG. Já a segunda fase da pesquisa será realizada no Estado
do Tocantins, na comunidade isolada de Arraias, localizada no sul do Estado, onde o Percentual de Exclusão Elétrica é alto e o Índice de Desenvolvimento Humano é baixo. Nesta fase, será construída uma μCH, utilizando uma tecnologia simples, de baixo custo a qual será gerida pelos próprios moradores, que receberão
treinamento adequado para realizar a operação, manutenção e gestão da microcentral.
Tecnologia Convencional versus BFT/MIG
As usinas hidrelétricas convencionais são compostas basicamente por estruturas civis, equipamentos hidromecânicos e elétricos. A unidade básica de geração de energia - o grupo gerador - é constituída por uma turbina hidráulica acoplada a um gerador, realizando-se a conversão do potencial hidráulico em energia mecânica e, finalmente, energia elétrica.
Já um conjunto moto–bomba, ou seja, bomba centrífuga acoplada a um motor elétrico, realiza um processo inverso de conversão. Enquanto em uma usina
hidrelétrica a água chega até a turbina vinda de um ponto mais elevado, saindo
pelo tubo de sucção, em um conjunto moto-bomba, a água percorre o sentido
oposto em relação à bomba. Dessa forma, explica o coordenador do projeto, “invertendo-se o sentido de rotação de uma bomba centrífuga acoplada a um motor
de indução, estes passarão a funcionar da mesma forma que uma turbina acoplada a um gerador”. Essa é a grande diferença na operação desses dois conjuntos de equipamentos, ou seja, o sentido de escoamento.
No Brasil, esta é a primeira vez que a tecnologia BFT/MIG está sendo implantada em uma microcentral hidrelétrica real. Antes disso, ela foi utilizada pelo grupo da UNIFEI em ensaios de laboratório, coordenados por Viana. Segundo o engenheiro hídrico e um dos pesquisadores do projeto, Mateus Ricardo, em termos
técnicos, este é o principal objetivo do estudo, ou seja, avaliar o comportamento
das BFT's e MIG's em campo, sem o controle inerente a um laboratório, possibilitando a consolidação e difusão da tecnologia junto ao grande público.
Redução de Custos
Nesse contexto, o carro-chefe do projeto é a redução dos custos da implantação de μCH's com a utilização desse grupo gerador. Para se ter uma idéia dos benefícios econômicos dessa tecnologia, na μCH Mireta Bastos, presente na primei
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Sai água (energia hidráulica)
Water outlet (hydraulic power)
Motor de Indução
Induction engine
Entra energia elétrica
Electric power inlet
Princípio de funcionamento de um grupo moto – bomba.
Working principle of a engine – pump group
Entra água (energia hidráulica)
Water inlet (hydraulic power)
MIG
Sai energia elétrica
Electric power outlet
Princípio de funcionamento de um grupo – gerador (BFT/MIG)
Working principle of a BFT/MIG generating group
SOCIAL DEVELOPMENT
Innovation for Sustainability
BFT/MIG technology is an innovation as far as power generation is concerned,
aiming at the sustainable development of rural and/or isolated communities
By Fabiana Gama Viana
Translation Adriana Candal
Energy plays an important role in society. Besides being indispensable for the economic development of a nation, it is the driving power for the social development of rural and/or isolated communities, helping them flourish economically and enhancing their health and
economic programs. Within this scenario, the Energy Group (GEN) of the Institute of Natural resources (IRN), which is part of the Federal
University of Itajubá (UNIFEI) is developing the project 'Boa Esperança: BFT/MIG', under the supervision of Professor Augusto Nelson Carvalho Viana and funded by the Ministry of Mines and Energy (MME).
The Project
The goal of the research is to take economic and social development to rural
and/or isolated communities by generating electric power by using micro hydropower plants (MHP) that use low cost national technologies. The study, which
started at UNIFEI in the 80s during Professor Viana's the master's course, presents electricity generation through hydraulic pumps working as turbines (BFT).
This research was completed in 2002 with the study of induction machines operating as generators (MIG) carried out by Professor Ângelo Resek (UNIFEI) and
the undergraduate student Daniel Macedo.
Phases of the Project
The project, which will be carried out within a period of two years (2006 and
2007), is being developed in two phases. The first one aims at assessing the behavior of the BFT/MIG group in the field through tests, and the results will be compared to those obtained by Professor Viana in the 80s. For that, Mireta Bastos Micro Hydropower Plant, located at Boa Esperança farm in the city of Delfim Moreira
(Minas Gerais), has been refurbished and repowered to receive the BFT/MIG generating group. The second phase of the research will be carried out in the state
of Tocantins, in the isolated community of Arraias. The community is located in
the south of the state where the percentage of electric exclusion is high and the
Human Development Index is low. During this phase, using a low cost and simple
technology, a MHP will be built there and it will be managed by the community
dwellers, who will receive the appropriate training to carry out the operation, maintenance and the MHP management.
Bomba Centrífuga
Centifugal pump
Entra água
Water inlet
BFT
Sai água
Water outlet
Conventional Technology x BFT/MIG
The conventional hydropower plants are basically formed by civil works and
hydro-mechanical and electrical equipment. The basic power generating unit –
the generating group – is constituted by a hydraulic turbine coupled to a generator, carrying out the conversion of the hydraulic potential into mechanical power
and finally into electric power.
On the other hand, a motor–pump set, i.e., a centrifugal pump coupled to an
electrical engine, carries an inverse conversion process. Whereas in a hydropower plant the water gets to the turbine coming from a more elevated point coming out from the draft tube, in a motor-pump set the water flows the opposite direction in relation to the pump. 'This way,' explains the coordinator of the project,
'by inverting the rotation direction of a centrifugal pump coupled to an induction
engine, they will work in the same way as a turbine coupled to a generator.” This
is the great difference in the operation of these two sets of equipment, i.e., the direction of the flow.
In Brazil, this is the first time the BFT/MIG technology is being implemented
at a real Micro Hydropower Plant. Before that, it was used by UNIFEI's group in laboratory simulations coordinated by Professor Vuana. According to him and one
of the project researches, Mateus Ricardo, this is the principal objective of the
study technically speaking, that is assess the behavior of the BFT and of the MIG
in the field, without the constant control of a laboratory, making it possible to consolidate and disseminate this technology to the society as a whole.
Cost Reduction
Within this scenario, the most important aspect regarding this project is the
reduction in the implementation costs of the MHPs by using this type of generating group. Just as an example of the economic benefits of this technology, Mireta
Bastos MHP, part of the first phase of the research, has a generating group formed by a Michell-Banks turbine coupled to a conventional generator. The cost of
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DESENVOLVIMENTO SOCIAL
ra fase
da pesquisa, um grupo gerador composto de
turbina Michell-Banki acoplada a um gerador convencional foi cotado em R$37 mil para uma potência instalada de 43kW.
Por outro lado, de acordo com o engenheiro eletricista Daniel Macedo, também pesquisador do projeto, “para essa mesma potência,
um grupo gerador constituído por uma BFT acoplada a um MIG teve um custo de R$15 mil”.
Equipamentos de Prateleira
Em se tratando de operação e manutenção, o conjunto
BFT/MIG também é vantajoso se comparado a grupos geradores
convencionais. As bombas centrífugas e os motores de indução e
suas respectivas peças de reposição são fabricados em grande escala no mundo e facilmente encontrados no mercado brasileiro,
sendo utilizados nas mais diversas atividades como saneamento, irrigação, aplicações industriais, dentre outras. “Além disso, cria-se
um novo mercado para as indústrias brasileiras de bombas e motores, que poderão comercializar seus produtos para um uso final diferente dos tradicionais”, completa Viana. O mesmo não vale para
as turbinas hidráulicas, já que o Brasil conta com poucos fabricantes deste equipamento para potências inferiores a 100kW.
Dificuldades a serem superadas
Por outro lado, as bombas centrífugas, diferentes das turbinas
hidráulicas, não possuem um sistema de regulação de velocidade.
Dessa forma, uma BFT deve gerar continuamente sua potência máxima, não aceitando variações de carga. Inicialmente será utilizado um regulador eletrônico de carga desenvolvido pelo professor
Rezek. Em seguida, pesquisas serão realizadas para desenvolvimento de um sistema de regulação do fluxo de água a partir de válvulas acionadas por controladores eletrônicos.
Além disso, a inversão do sentido de rotação de uma bomba para que ela funcione como turbina apresenta perdas de carga. “A
compensação dessas perdas no interior da bomba se dá no momento de sua seleção, por meio de metodologias específicas”, explica o pesquisador Ricardo. Para a seleção de BFT's, aponta Ricardo, existem dois métodos, ambos baseados na adoção de coeficientes de vazão e altura, obtidos experimentalmente, e que compensam as perdas de carga geradas pela inversão do sentido de escoamento: o método de Viana, desenvolvido na década de 1980 no
mestrado do professor Augusto Viana, e o método de Chapallaz,
que surgiu nos anos de 1990 a partir dos estudos do pesquisador
suíço homônomo ao método.
Outra dificuldade na utilização dessa tecnologia refere-se ao
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Grupo Gerador BFT
controle de tensão gerada pelo motor de indução. Nesse caso, explica o coordenador do projeto, “para cargas provenientes de iluminação, aquecimento e pequenas cargas indutivas, tais como geladeiras e pequenos motores, um controlador eletrônico de carga é
suficiente para garantir uma geração de energia com qualidade”.
Contudo, em se tratando de motores de maior porte, há necessidade de sistemas mais complexos que tornariam a utilização do motor inviável. Por isso, a tecnologia BFT/MIG é potencial ferramenta
em microcentrais hidrelétricas e no atendimento a comunidades rurais e/ou isoladas.
SOCIAL DEVELOPMENT
n e s
and their respective replacing parts are largely
manufactured all over the world and they are easily found
in the Brazilian market, where they are used for a wide range of activities such as sanitation, irrigation, industrial applications, among
others. “In addition, a new market can be created for the Brazilian
industries that manufacture pumps and engines, for they will be
able to commercialize their product for a different end-use,” completes Professor Viana. The same do not happen with hydraulic turbines, given that Brazil has a few industries that manufacture this
equipment for powers below 100kW.
the equipment was R$37 thousand for an installed power of 43kW.
On the other hand, according to engineer Daniel Macedo, who is also a research working on the project, for the same power, the cost
of a generating group formed by a BFT coupled to a MIG was R$15
thousand”.
Difficulties to be Overcome
On the other hand, differently from the hydraulic turbines, centrifugal pumps do not have a speed regulating system. This way a
BFT must generate its maximum power continuously, for they do
not accept load variations. Initially, an electronic load regulator, developed by Professor Resek, will be used. The, the researches will
be carried out in order to develop a flow regulating system based
on valves driven by electronic controllers.
Besides, the inversion of the rotation direction of a pump so
that it can work as a turbine presents load losses. “The compensation of these losses inside the pump takes place at the time it is selected, by means of specific methodology,” explains the researcher
Ricardo. For the selection of the BFTs, there are two methods. Both
of them are based on the adoption of flow and height coefficients,
experimentally obtained, and that compensate for the load losses
caused by the inversion of the outgoing flow: Professor Viana's method, developed in the 80s, and the Chapallaz method, which appeared in the 90s based on the studies carried out by the homonymous Swiss researcher.
Another difficulty when it comes to using this technology regards the control of the voltage generated by the induction engine.
“In this case,” explains Professor Viana, “for loads coming from lighting, heating and small inductive loads such as fridges, and small
engines, a load electronic controller is sufficient is ensure a good
quality energy generation”. However, when it comes to larger engines, more complex systems are necessary and that would make
the use of the engine unfeasible. That is the reason why the
BFT/MIG technology is a potential tool at Micro Hydropower Plants
and in rural and/or isolated communities.
Shelf Equipment
As far as operation and maintenance are concerned, the
BFT/MIG set has other advantages when compared to conventional
generating groups. The centrifugal pumps and the induction engi-
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