Grades de tomada d’água de alta performance em UHEs podem reduzir perda de carga em até 50%

O Brasil tem sua matriz elétrica baseada na geração hídrica. São 218 usinas hidrelétricas (UHEs) em operação atualmente, que somam 103 gigawatts (GW) de potência instalada ou o correspondente a 56,31% do total da capacidade de produção de energia do país. E um problema crônico, que afeta muitos desses empreendimentos, são as falhas nas grades de tomada d’água – por obstrução ou até mesmo rupturas por tensões mecânicas elevadas -, que acarretam perdas de carga e a necessidade frequente de manutenção ou substituição desses componentes.

Para fazer frente a essa demanda, o Lactec – centro de tecnologia e inovação especializado no setor elétrico – desenvolveu uma metodologia que aplica prototipagem virtual para identificar os problemas relacionados à parte estrutural e fluidodinâmica e, a partir desse diagnóstico, projetar grades de tomada d’água de alta performance, com dimensionamento adequado às condições operacionais da usina. Isso possibilita otimizar a passagem de água e reduzir a perda de carga nos painéis de grades, em percentuais que variam em até 25%, nas usinas mais novas, podendo chegar a até 50%, nas mais antigas. Por consequência, há ganhos em termos de geração e de receita ou, ainda, de economia da água do reservatório.

Usando como exemplo hipotético uma usina de 200 MW de potência instalada: se a redução da perda de carga gera um ganho global de 1% na queda líquida, a usina passaria a gerar 202 MW. Esse acréscimo na capacidade de geração, ao longo do ano, representaria uma receita adicional de aproximadamente R$ 2 milhões, considerando o custo também hipotético de R$ 100,00 por megawatt-hora (MWh).

Além de otimizar a geração, os projetos executados pelo Lactec para hidrelétricas de diferentes portes (entre 100 MW e 1,5 GW) já demonstraram que é possível reduzir significativamente os custos de manutenção e, inclusive, reduzir o tempo de parada das unidades geradoras para intervenções nas grades de tomadas d’água, o que também impacta na receita da usina. O dimensionamento adequado das grades também diminui significativamente os riscos de danos graves aos conjuntos geradores, causados por troncos de árvores ou partes das grades que podem se romper.

Diagnóstico e solução do problema

O pesquisador do Lactec, engenheiro mecânico Rodrigo Canestraro Quadros, explicou que a prototipagem virtual realizada pela empresa considera uma série de aspectos operacionais, que extrapolam as especificações previstas na norma técnica da ABNT (NBR 11213), que vigorava até 2016 e até o momento não foi substituída.

“A partir de um modelo computacional tridimensional da grade, feito com base no projeto original, analisamos a pressão e a velocidade de escoamento da água, além da formação de vórtices, e como essas condições, inclusive em cenários extremos, afetam as estruturas”, destacou o especialista. Segundo ele, dessa forma é possível entender o que está causando o problema e projetar uma grade de alta performance, customizada para cada situação. “Usando essas duas ferramentas em conjunto – de análise de fluidos e de análise estrutural – fazemos a prototipagem virtual do modelo corretamente dimensionado”, acrescentou.

 

As imagens geradas em simulações computacionais mostram a formação de vórtice (à esquerda), que gera o problema de aumento da velocidade de escoamento da água (área circulada em vermelho)

De acordo com Quadros, o projeto da grade de alta performance abrange a parte estrutural e de elementos soldados para assegurar que os painéis resistam aos esforços gerados pela água. Também inclui a especificação de pintura das grades para indicar, por exemplo, o uso de tintas especiais que evitam a incrustação do mexilhão-dourado, caso seja identificada a ocorrência dessa espécie invasora no reservatório da usina. “Nosso objetivo é que as grades sejam estruturalmente adequadas, que não apresentem falhas ao longo do tempo e que tenham uma melhor performance pela menor interferência no escoamento da água”, concluiu o pesquisador.

Para mais informações sobre os serviços do Lactec para o mercado de energia, acesse: lactec.org.br ou entre em contato para solicitar uma proposta ([email protected]).

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