Pequenas centrais hidrelétricas face à reestruturação do setor elétrico brasileiro: uma questão de políticas públicas

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Zoneamento geoarqueológico aplicado à gestão de recursos culturais

Pós-graduação em Geociências e Meio Ambiente - IGCE

Avaliação de sistemas de reparo para o problema de abrasão do concreto de superfícies úmidas em usinas hidrelétricas

A área de pesquisa em patologia das construções vem crescendo muito ultimamente, devido à degradação natural observada nos mais diversos tipos de edificações. Neste sentido, grande atenção vem sendo dispendida às estruturas de concreto de obras especiais como usinas hidrelétricas (UHEs) em virtude de sua complexidade e importância, tanto social quanto econômica. Uma das patologias que mais ocorrem nestas estruturas é a abrasão hidráulica do concreto, a qual pode levar a construção à ruína, em casos extremos. Este trabalho visa obter e analisar dados de vários materiais de reparo quanto à resistência à abrasão hidráulica e quanto aos seus respectivos sistemas de aderência. Dividiu-se a pesquisa em três grandes etapas: na primeira verificaria as características físicas e mecânicas dos materiais de reparo, a segunda analisaria a compatibilidade entre reparo e substrato através da aderência obtida no ensaio de compressão na junta diagonal e a terceira forneceria dados sobre a resistência à abrasão dos reparos através do ensaio ASTM C1138. Na primeira etapa foram realizados os ensaios de resistência à compressão axial e consistência dos concretos e argamassas utilizados como reparos profundos e superficiais para as idades de 3, 7 e 28 dias; Na segunda, aos 3 e 28 dias de idade, foram realizados os ensaios de aderência dos sistemas adesivos, abrangendo materiais cimentícios e à base de polímeros; Na última etapa foram utilizados os mesmos materiais de reparo da primeira: argamassas e concretos à base de cimento com e sem adição de pozolanas sílica ativa e metacaulim e argamassa à base de resina epóxi aos 3 e 28 dias. Como resultados, foram obtidas resistências à compressão axial entre 40 e 65 MPa para os materiais cimentícios aos 3 dias de idade e entre 60 e 80 MPa aos 28 dias, enquanto que para a argamassa epóxi a resistência foi de 20 MPa para ambas as idades. A consistência das argamassas foi tixotrópica, enquanto que a dos concretos foi bastante fluida. Quanto à aderência, realizou-se a aplicação dos adesivos em superfícies escarificadas, limpas e encharcadas, o que possibilitou uma expressiva vantagem dos adesivos à base de cimento e relação aos poliméricos, mesmo estes sendo indicados para colagem em substratos úmidos. Na etapa de abrasão dos reparos, utilizou-se uma nova metodologia de preparo dos substratos de concreto e posterior aplicação dos reparos, classificados em profundos ou superficiais. O reparo que apresentou maior resistência à abrasão foi o de argamassa epóxi. Não houve diferença estatística significativa entre os concretos sem adição e com adição de sílica ativa e metacaulim de alta reatividade. Em geral, o desgaste das argamassas, especialmente aos 3 dias, foi maior que o dos concretos, onde se verificou claramente a presença de dois estágios de taxa de desgaste em função da resistência à abrasão dos agregados graúdos. Assim, foi possível identificar diferentes estágios de desgaste para os concretos utilizados.

Estabilizador de sistemas de potência digital aplicado a uma unidade geradora da UHE de Tucuruí

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e resultados de testes de campo de um estabilizador de sistemas de potência (ESP) digital, destinado ao amortecimento de oscilações eletromecânicas em sistemas interligados. Os testes experimentais foram efetuados em uma das unidades hidrogeradoras, de 350 MVA, da UHE de Tucuruí. A lei de controle amortecedor do ESP digital foi embarcada em um sistema de hardware baseado em um controlador digital de sinais (DSPIC 30f5011). A estrutura da lei de controle é na forma canónica RST, de tempo discreto, sendo os parâmetros do controlador calculados através da técnica de deslocamento radial de pólos. Para fins de projeto, a dinâmica da planta, no ponto de operação considerado, foi representada por um modelo paramétrico, o qual foi estimado a partir de dados medidos em campo. Os resultados experimentais mostraram um excelente desempenho do ESP digital no amortecimento de um dos modos eletromecânicos observável na UHE de Tucuruí.

Implementação e testes de campo de um ESP digital

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento e os resultados da implementação e testes em campo de um estabilizador de sistema de potência (ESP) projetado com técnica de controle digital para fins de amortecimento de modos de oscilação eletromecânica observáveis em sinais de potência elétrica medido em uma unidade hidro-geradora, de 350 MVA da Usina Hidrelétrica de Tucuruí. É apresentada e aplicada a metodologia de identificação de modelos paramétricos lineares do tipo auto regressivo com entradas exógenas (ARX), para estimação de modelos com capacidade de capturar a informação relevante (amortecimento e freqüência natural) dos modos eletromecânicos dominantes do sistema. De posse do modelo paramétrico ARX, é efetuada então a síntese da lei de controle digital amortecedor para o ESP, através da técnica de deslocamento radial dos pólos da função de transferência de malha fechada. Para a síntese da lei de controle digital, utilizou-se uma estrutura canônica do tipo RST. Para os testes de campo, a lei de controle amortecedor do ESP digital foi codificada em linguagem C e embarcada em um protótipo cujo hardware é baseado em microcontrolador modelo DSPIC 30F3014, o qual incorpora um grande número de periféricos para aquisição e comunicação de dados. Para avaliar o desempenho do ESP digital desenvolvido, testes experimentais foram realizados em uma unidade geradora de 350 MVA da casa de força número 1, da UHE de Tucuruí. O estabilizador desenvolvido atua através da modulação da referência de tensão do regulador automático de tensão da respectiva unidade geradora, de acordo com as oscilações observadas através da medida de potência elétrica no estator do gerador. Os resultados de testes de campo mostraram um excelente desempenho do ESP digital no amortecimento de um modo eletromecânico, de freqüência natural de aproximadamente 1,7 Hz, observado nos teste de campo realizado.

Usina de geração distribuída de energia elétrica através da incineração de resíduos sólidos com operação ilhada

O trabalho em questão apresenta uma proposta do suprimento de energia elétrica de um alimentador de distribuição pela operação isolada de uma usina geradora de energia elétrica que utiliza como fonte primária a energia calorífica da incineração de resíduos sólidos urbanos. O suprimento proposto é sugerido após a constatação do esgotamento da capacidade da subestação supridora desse alimentador. O esgotamento é verificado a partir de simulações realizadas no sistema de distribuição real da Rede Celpa, localizado na região Nordeste do Estado do Pará, o qual atende os municípios Santa Izabel do Pará, Santo Antonio do Tauá, Colares, Vigia e São Caetano de Odivelas. Nas simulações é utilizado um programa de fluxo de carga desenvolvido especificamente para os sistemas radias de distribuição e da subtransmissão. A proposta de suprimento via geração de energia elétrica através da incineração dos resíduos sólidos urbanos se dá a partir do confronto entre as alternativas de expansão (a alternativa técnica normalmente praticada pela concessionária) e a alternativa técnica-econômica-ambiental sugerida neste trabalho que demonstra as vantagens econômicas, sociais e ambientais da proposta.

Experimentos de mineração de dados aplicados a sistemas scada de usinas hidrelétricas

O atual modelo do setor elétrico brasileiro permite igualdade de condições a todos os agentes e reduz o papel do Estado no setor. Esse modelo obriga as empresas do setor a melhorarem cada vez mais a qualidade de seu produto e, como requisito para este objetivo, devem fazer uso mais efetivo da enorme quantidade de dados operacionais que são armazenados em bancos de dados, provenientes da operação dos seus sistemas elétricos e que tem nas Usinas Hidrelétricas (UHE) a sua principal fonte de geração de energia. Uma das principais ferramentas para gerenciamento dessas usinas são os sistemas de Supervisão, Controle e Aquisição de Dados (Supervisory Control And Data Acquisition - SCADA). Assim, a imensa quantidade de dados acumulados nos bancos de dados pelos sistemas SCADA, muito provavelmente contendo informações relevantes, deve ser tratada para descobrir relações e padrões e assim ajudar na compreensão de muitos aspectos operacionais importantes e avaliar o desempenho dos sistemas elétricos de potência. O processo de Descoberta de Conhecimento em Banco de Dados (Knowledge Discovery in Database - KDD) é o processo de identificar, em grandes conjuntos de dados, padrões que sejam válidos, novos, úteis e compreensíveis, para melhorar o entendimento de um problema ou um procedimento de tomada de decisão. A Mineração de Dados (ou Data Mining) é o passo dentro do KDD que permite extrair informações úteis em grandes bases de dados. Neste cenário, o presente trabalho se propõe a realizar experimentos de mineração de dados nos dados gerados por sistemas SCADA em UHE, a fim de produzir informações relevantes para auxiliar no planejamento, operação, manutenção e segurança das hidrelétricas e na implantação da cultura da mineração de dados aplicada a estas usinas.

Perdas de solo e deposição de sedimentos em duas subbacias hidrográficas no entorno da usina hidrelétrica de Ilha Solteira-SP

Pós-graduação em Agronomia (Irrigação e Drenagem) - FCA

Desenvolvimento de framework para análise e simulação dinâmica de sistemas elétricos de potência

Esta tese apresenta uma metodologia flexível orientada a objetos (OO) para a aplicação no projeto e implementação de sistemas de software utilizados na realização de estudos dinâmicos de sistemas elétricos de grande porte. A metodologia OO proposta objetiva tornar mais simples o desenvolvimento, a atualização e a manutenção de complexos sistemas de software para estudos de transitórios eletromecânicos em sistemas elétricos de potência. Os requisitos de usuário são mapeados para um conjunto de classes básicas, as quais são usadas para efetuar a modelagem de dispositivos dinâmicos tais como geradores elétricos. Para avaliação da metodologia foram realizados dois estudos de casos. No primeiro estudo caso o Framework foi aplicado na simulação das unidades geradoras da Usina Hidrelétrica de Tucuruí. Os resultados da simulação foram comparados com medições obtidos em ensaios no campo e mostrou a boa performance do Framework na reprodução dos fenômenos eletromecânicos desta usina de grande porte. No segundo estudo de caso, por outro lado, o Framework foi aplicado na modelagem de um sistema de geração fotovoltaico (PV) com seu sistema de Rastreamento da Potência Máxima (MPPT). O controle MPPT foi implementado usando técnicas digitais. Os resultados das simulações demonstram a performance do Framework na modelagem do sistema de controle de corrente, assim como no controle MPPT, dos sistemas de geração PV.

Soroprevalência para arboviroses humanas de interesse em saúde pública como marcador de impacto ambiental em comunidades ribeirinhas que vivem sob a influência da usina hidrelétrica de Tucuruí-Pará

Os arbovírus constituem um importante problema de saúde pública no Brasil, especialmente na Amazônia por sua capacidade de causar epidemias com indices consideráveis de morbi-mortalidade tanto em humanos quanto em animais. Quatro, Vírus, dengue (VDEN), Vírus da febre amarela (VFA), Vírus Mayaro (VMAY) e Vírus Oropouche (VORO) tem especial relevância para a região, principalmente naqueles ambientes onde os impactos ambientais são iminentes. Estudos de prevalência de anticorpos para arboviroses nessa região são limitados. Este estudo teve como objetivo estimar a prevalência de anticorpos para as principais arboviroses de interesse em saúde pública nas comunidades que vivem sob a influência da Usina Hidrelétrica de Tucuruí no estado do Pará. O estudo foi observacional do tipo transversal analítico, realizado em indivíduos de ambos os sexos, maiores de 18 anos, residentes à margem esquerda e direita do lago UHE de Tucuruí e proveniente das RDS de Alcobaça e Pucuruí-Ararão. A coleta das amostras de sangue e o preenchimento do questionário foram realizados em dois momentos distintos, cheia e vazante do lago. Todas as amostras foram analisadas pelo Instituto Evandro Chagas onde foram submetidas ao teste de Inibição da Hemaglutinação para a pesquisa de anticorpos contra 19 tipos de Arbovírus e teste de MAC-ELISA para detecção de anticorpos IgM. A análise dos dados foi descritiva e analítica, sendo empregado o cálculo de razão de chances com intervalo de confiança de 95% para verificar a associação entre as variáveis do estudo e o teste qui-quadrado e/ou exato de Fisher a fim de verificar a significância das associações estatísticas entre as variáveis do estudo com um nível alfa de 0,05. Ao todo, foram estudados 635 indivíduos e a pesquisa de anticorpos para arbovírus teve associação estatisticamente significante com as características sociodemográficas dos indivíduos, como sexo, profissão e tempo de residência na área do estudo. Não foi observada associação estatisticamente significante entre a presença de anticorpos arbovirais e as demais características estudadas.

Saberes cotidianos e azeite de andiroba: a presença da mulher extrativista, no contexto histórico das práticas socioculturais dos sujeitos da Ilha de Juba, Cametá – PA

Este estudo que ora apresento aqui, fundamenta-se na História Oral, utilizando fontes e memórias orais, relatórios institucionais, imagens fotográficas, a partir da escuta sensível dos relatos, das falas e dos depoimentos dos sujeitos. A presente pesquisa buscou investigar, refletir e sistematizar uma das práticas seculares dos povos das águas: a prática de extração do azeite de andiroba, que envolve as mulheres, homens, jovens, crianças e velhos extrativistas da Ilha de Juba, município de Cametá/PA, dando ênfase ao papel feminino. O principal objetivo deste trabalho é reconstituir os saberes cotidianos das práticas socioculturais produtivas das mulheres extrativistas do óleo de andiroba da localidade pesquisada. Este trabalho buscou investigar a problemática, a partir do viés da história social. Partindo da análise das relações entre mulheres e homens ribeirinhos da região Tocantina com a natureza, no período de tempo entre a instalação da Usina Hidrelétrica de Tucuruí na década referente ao ano de 1980, até os dias atuais. A metodologia utilizada foi a pesquisa de campo onde foram ouvidas 48 pessoas, referentes a 40 famílias visitadas e entrevistadas na localidade, através de formulários com questionamentos acerca do modo de vida da população residente na localidade pesquisada, entrevistas semi-estruturadas, que foram gravadas, transcritas e analisadas; dentre as pessoas pesquisadas estão: membros da comunidade e de outras ilhas desta região do município de Cametá. A pesquisa diagnosticou algumas limitações em relação a produção e a comercialização do óleo de andiroba, sendo possível identificar as dificuldades mais latentes do processo da extração desse produto natural, como a pouca qualificação profissional e a ausência de organização das mulheres e dificuldade na entrada do produto no mercado e sua comercialização. Além disso, falta uma maior compreensão do papel social e histórico dessas mulheres.

Análise computacional dos campos de velocidade e temperatura do ambiente interno da usina termelétrica Santana - Amapá

A simulação numérica do escoamento de ar em ambientes internos é na atualidade o método mais apropriado para análise de conforto térmico em ambientes internos. O escoamento de ar nesses ambientes configura-se como um escoamento complexo, pois, em regra geral, é uma combinação de escoamentos cisalhantes livres (jatos) e cisalhantes de parede, além disso, esses escoamentos são governados por forças de inércia e forças de empuxo, caracterizando-o como de convecção mista. A combinação desses mecanismos cria um escoamento com características complexas, como zonas de recirculação, vórtices, descolamento e recolamento de camada-limite dentre outras. Portanto, a precisão da solução estará diretamente ligada, principalmente, na habilidade do modelo de turbulência adotado de reproduzir as características turbulentas do escoamento de ar e da transferência térmica. O objetivo principal do presente trabalho foi a simulação computacional do ambiente térmico interno do galpão que abriga os geradores e motores Wärtzilä da Usina Termelétrica Santana no estado do Amapá. A formulação matemática baseada na solução das equações gerais de conservação inclui uma análise dos principais modelos de turbulência aplicados ao escoamento de ar em ambientes internos, assim como os processos de transferência de calor associados. Na modelagem numérica o método de volumes finitos é usado na discretização das equações de conservação, através do código comercial Fluent-Airpak, que foi usado nas simulações computacionais para a análise dos campos de velocidade e temperatura do ar. A utilização correta do programa computacional foi testada e validada para o problema através da simulação precisa de casos retirados da literatura. Os resultados numéricos foram comparados a dados obtidos de medições experimentais realizados no galpão e apresentou boa concordância, considerando a complexidade do problema simulado, o objetivo da simulação em face da diminuição da temperatura no interior do galpão e, também, em função das limitações encontradas quando da tomada das medições experimentais. Além disso, foram feitas simulações de estratégias de melhoria do ambiente térmico da Usina, baseadas na realidade levantada e nos resultados da simulação numérica. Finalmente, foram realizadas simulações do protótipo de solução proposto para a diminuição da temperatura interna do galpão o que possibilitará um aumento, na faixa de 20 a 30%, do tempo de permanência no interior do galpão.

Implantação de CGH's na Amazônia: uma visão global com ênfase nos aspectos hidrológicos, tecnológicos, ambientais e financeiros

Um problema de grande relevância social na Amazônia é o fato das pequenas comunidades isoladas não serem contempladas pelos benefícios dos grandes empreendimentos hidrelétricos instalados na região. Uma solução alternativa a para este problema, é o aproveitamento da grande malha de pequenos rios e igarapés da região a partir da implantação de Centrais Geradoras Hidrelétricas – CGH’s (antigas mini e microcentrais).. Dentro deste contexto, o presente trabalho analisa e discute certos aspectos gerais inerentes à implantação das CGH’s, e principalmente, trazendo-os à realidade das pequenas bacias Amazônicas. Os aspectos a serem abordados neste trabalho dizem respeito às avaliações preliminares de terreno, aspectos hidrológicos, tecnológicos, ambientais e financeiros. Os aspectos são analisados de forma global para implantação de CGH’s e suas etapas, também analisados e aplicados a um estudo de caso – implantação da CGH irmã Dorothy na pequena bacia hidrográfica do Igarapé são João em Anapú-pa, onde foi possível a utilização de metodologia existente para um estudo aprimorado de implantação de CGH’s na Amazônia. No âmbito hidrológico, utilizou-se um modelo chuva-vazão desenvolvido por Blanco 2005 e aplicou a pequenas bacias da Amazônia que não possuem registros de vazão. Nos aspectos tecnológicos utilizou ferramentas computacionais para predição de desempenho de turbinas axiais de baixa queda adaptas ao relevo da região, e simulados para a turbina axial a ser implantada na CGH irmã Dorothy. No contexto ambiental atualmente há forte cobrança pelas autoridades competentes locais para realização do estudo ambiental inerente ao aproveitamento, e se tratando da região Amazônica, ambientalmente muita agredida pela ação do homem, os estudos devem ser bem definidos, apontando os possíveis impactos que podem ser causados pela CGH, descritos no RAS (Relatório Ambiental Simplificado) anexo deste trabalho. Desta forma foi desenvolvido um método para cálculo e simulação da área inundada para implantação de CGH’s na Amazônia, aplicado à CGH irmã Dorothy. No âmbito financeiro, são raras as informações referentes aos custos de implantação de CGH’s na Amazônia. Assim, foram levantados os custos referentes à implantação da CGH irmã Dorothy e comparados a custos de CGH’s e de geradores a diesel disponíveis na literatura.

Metodologia para análise exergética-econômica de plantas a vapor para geração de eletricidade consumido resíduo de biomassa amazônica

A disponibilidade de recursos energéticos em um país impacta diretamente no seu desenvolvimento sócio-econômico. Com a elevação dos preços dos energéticos no Brasil, a eficientização do uso de energia tornar-se uma atividade estratégica para o setor industrial. Com esse intuito as avaliações energéticas empregadas nesse setor objetivam otimizar a eficiência dos seus sistemas térmicos. Essas avaliações de desempenho energético são baseadas na Primeira Lei da Termodinâmica e são capazes de identificar apenas as perdas de energia, diferente da avaliação exergética que permite qualificar essa energia perdida. Devido a essa análise de qualificação da energia ser sofisticada e demorada, tornar-se necessário desenvolver um protocolo que seja executado de forma rápida e que contemple as particularidades da Amazônia, tanto o clima quanto a sua biomassa. Para isto, este trabalho propõe e aplica uma metodologia através do emprego de análises energéticas, exergética e exergo-econômica em uma planta de potência a vapor instalada no Estado Pará e operando com ciclo Rankine. Com aplicação dessas avaliações obtêm-se as taxas de energia e de perdas de energia, as taxas de exergia, as taxas de destruição de exergia, as taxas de custo de cada produto e o custo monetário da capacidade energética produzida pela planta em R$/kWh. Com esses resultados foi possível identificar as maiores perdas energéticas da planta, quantificar o custo da destruição de exergia nos principais equipamentos e a taxa de custo dos produtos principais da planta que são energia térmica e energia elétrica. Isto permite visualizar o desempenho energético, exergético e econômico em cada equipamento da planta e indicar os processos que merecem um trabalho de desenvolvimento para melhorar a sua eficiência econômica. Além disso, o custo da capacidade energética em R$/kWh produzida pela planta a vapor foi comparado com o valor cobrado pela concessionária de energia local. Essa comparação mostrou que central geradora de energia tem um custo de energia menor do que o valor confrontado.

Processos comunicacionais em Cajazeirinha: estudo exploratório em Ilhas do Lago da Usina Hidrelétrica de Tucuruí

Esta pesquisa aborda processos comunicacionais em uma comunidade amazônica, denominada Cajazeirinha, situada no Lago da Usina Hidrelétrica de Tucuruí, no estado do Pará. O objetivo central da investigação foi identificar e analisar os processos comunicacionais das crianças no cotidiano da Cajazeirinha. Esta comunidade tem a especificidade de localizar-se a poucos metros da usina hidrelétrica e, contraditoriamente, não ter acesso ao fornecimento de energia elétrica, o que faz com que a população busque fontes alternativas de eletricidade (bateria de carro, placa solar ou gerador) para, entre outras coisas, utilizar meios de comunicação, como a televisão, o rádio e o celular. Inicialmente, partiu-se do pressuposto de que, para se analisar a comunicação de uma comunidade ou grupo de pessoas é necessário compreender o seu campo de ação e sua constituição, e então observar a realidade de maneira contextualizada, não dissociada no tempo e no espaço. Assim, procurou-se compreender os processos comunicacionais da comunidade, baseando-se nos conceitos teóricos de processos comunicativos de Vera França, processos comunicacionais de José Luiz Braga, no conceito de mediações de Jesús Martín-Barbero e nas bases teóricas dos Estudos de Recepção Latino Americano, a partir das autoras Ana Carolina Escosteguy e Nilda Jacks, além da noção de interação social, de John Thompson. O caminho metodológico trilhado tem como perspectiva a pesquisa exploratória com análise de dados qualitativos, a partir de pesquisas bibliográficas, de entrevistas em profundidade (com crianças, mães e formadores de opinião), da observação não participante sistemática e do diário de campo. O intuito foi identificar e analisar os processos comunicacionais da comunidade Cajazeirinha e mapear os meios de comunicação massivos existentes em Tucuruí e nas ilhas dessa comunidade. Nessa pesquisa, verificou-se que na Cajazeirinha os processos comunicacionais são constituídos a partir de mediações socioculturais, com destaque para a família, a igreja e a escola. Também foram observadas as interações comunicacionais que ocorrem em momentos de lazer e a presença dos meios de comunicação no cotidiano da comunidade, principalmente no que concerne a conteúdos como telenovelas, telejornais e desenhos animados. Por fim, verificou-se que os modos de recepção na Cajazeirinha são permeados por características espaço-temporais locais, por conta do ritmo do rio que determina a vida da comunidade.