Dentre as fontes mais antigas de energias renováveis tem-se as usinas hidrelétricas, as quais, no Brasil, possuem um importante papel na composição da matriz elétrica e para a regularização do Sistema Elétrico de Potência (SEP), que interliga diversas fontes geradoras de energia.
A área de estrutura de barragens, que engloba os estudos em usinas hidrelétricas, é um conjunto multidisciplinar voltado à segurança da barragem e à saúde estrutural e operacional dos equipamentos que compõem o todo. Dentro do âmbito de barragens, faz-se necessário o envolvimento de diversas engenharias e subdivisões dentro das áreas de atuação das mesmas.
Aqui, no PTI-BR, possuímos uma equipe com especialistas em desenvolvimento de soluções para usinas hidrelétricas. Conheça um pouco mais neste artigo.
Simulação numérica para o desenvolvimento de soluções
O Centro de Competências em Estruturas de Barragens (EB.DT) do PTI-BR desenvolve modelos numéricos, análises e simulações computacionais que contemplam tanto a análise das estruturas que compõem uma barragem de concreto bem como as estruturas de alta tensão e os equipamentos eletromecânicos presentes em usinas hidrelétricas.
O histórico de dados da instrumentação e de monitoramento dos equipamentos é utilizado para validar os modelos numéricos desenvolvidos para simular o comportamento da barragem e dos seus ativos mecânicos e elétricos, como turbinas e transformadores, em diversos cenários.
Simulações numéricas incorporam modelos teóricos em um ambiente computacional, isto permite a realização de testes extremamente realistas, uma vez que, comumente, os objetos de estudo estão representados em escala real e com o maior número de detalhes viáveis para que seja possível caracterizar os fenômenos abordados de forma confiável.
As simulações permitem que resultados experimentais sejam verificados, validados e compreendidos, visto que as simulações também permitem previsões de desempenho dos equipamentos frente as diversas condições operativas sem que haja a necessidade de se realizar ensaios ou interromper o funcionamento da máquina em questão.
Exemplos de soluções desenvolvidas pelo PTI-BR em usinas hidroelétricas
Para o setor de energia, o PTI-BR possui experiência para a realização de simulações de diferentes tipos de instalações ou equipamentos. Dentre essas, destacam-se simulações numéricas de subestações para análise de campo elétrico, transformadores de potência para análises de campo elétrico ou fluidodinâmica e térmica, bem como a interação fluido-estrutura em turbinas de hidrogeradores visando mapear os pontos de maior concentração de tensão mecânica e o comportamento da formação de vórtices nos pontos operativos destas turbinas.
Análise fluidodinâmica do escoamento de turbinas Francis
Dentre os casos já desenvolvidos pelo PTI-BR em projetos de pesquisa e desenvolvimento em parceria com a Itaipu, tem-se a análise fluidodinâmica do escoamento de turbinas Francis. Foi avaliado todo o circuito hidráulico, permitindo assim o conhecimento dos valores de frequência e a amplitude das pulsações de pressão, bem como a indicação das regiões de formação de cavitação na turbina para operações em carga parcial e em alta carga.
Figura 1 – Resultados de simulações de turbina Francis demonstrando a presença de vórtices de carga parcial e de alta carga.
Avaliações da interação entre o fluido e a estrutura da roda da turbina
Ainda no segmento de turbinas, foram desenvolvidas avaliações da interação entre o fluido e a estrutura da roda da turbina de modo que fosse permitido analisar os esforços presentes no eixo, roda e acoplamentos do conjunto. Com a aplicação da simulação, fez-se possível identificar os pontos de tensão máxima nas pás da turbina, nos furos da roda da turbina e no eixo de acoplamento.
Figura 2 – Campo de tensão na turbina com destaque para uma das pás e para a região dos acoplamentos.
Simulação para estruturas de alta tensão
Para as estruturas de alta tensão, os equipamentos elétricos são modelados e simulados para obtenção dos níveis de campo elétrico e campo magnético presente nos arredores destes conjuntos, buscando remover a abstração da distribuição deste fenômeno e sendo utilizado para determinar as áreas de maior concentração e as intensidades de campo entre os equipamentos.
Figura 3 – Distribuição de campo elétrico para as saídas de linha de alta tensão.
Simulações em transformadores de potência
Em transformadores de potência, as simulações permitem que sejam descritos os perfis de velocidade de escoamento do óleo isolante, bem como os perfis da temperatura, nos condutores e no circuito hidráulico do equipamento em função da corrente elétrica resultante do carregamento do mesmo. Essas simulações auxiliam na identificação dos hot-spots no interior do transformador, este que é um parâmetro fundamental para o projeto e para a operação do equipamento.
Figura 4 – Perfis de temperatura no interior de um transformador de potência.
Entre em contato com o PTI-BR para saber qual é a melhor solução para a sua empresa
A análise desses equipamentos é realizada por uma equipe multidisciplinar com experiência para a condução de simulações das físicas necessárias para avaliar o comportamento dos diversos equipamentos presentes em usinas hidrelétricas e prover um diagnóstico de forma precisa e confiável.
Para mais informações, consulte os profissionais do PTI pelo email nit@pti.org.br