Proposição e análise de arquitetura descentralizada para sistemas de potência hidráulicos em usinas hidrelétricas

Abstract

A regulação de velocidade de turbinas de centrais hidrelétricas é realizada por sistemas hidráulicos de potência que controlam, por exemplo, ângulo de pás em turbinas Francis e Kaplan e a posição de agulhas em bicos injetores de turbinas Pelton. Além das funções principais de controle, o sistema hidráulico é aplicado em sistemas complementares como abertura/fechamento de válvula de adução e acionamento de freio. Os sistemas hidráulicos possuem alta confiabilidade e vida útil muito longa, porém, em muitos casos empregam milhares de litros de óleo mineral, requerem bombas e acumuladores de grande porte e longas tubulações para acionamento dos atuadores. Uma alternativa para minimizar estes aspectos é a descentralização da unidade de potência hidráulica, ou seja, fazer com que o controle da energia hidráulica ocorra junto aos atuadores, sendo alimentados externamente por energia elétrica. Neste projeto de pesquisa é proposto o emprego de sistemas hidráulicos com arquitetura descentralizada, incluindo uma combinação entre atuadores eletro-hidrostáticos com sistemas hidráulicos abertos (com reservatório) compactos. Dentre os subsistemas de uma usina hidrelétrica, são contempladas as funções da válvula de adução, válvula by-pass, freio e regulador de velocidade, bem como a operação dos sistemas de emergência. Aspectos quanto volume de fluido hidráulico, dimensões dos sistemas, cumprimento da resposta estática e dinâmica, bem como a operação de emergência, são avaliados comparativamente a solução centralizada. Como resultados, conclui-se que o sistema descentralizado possui potencial de atender aos requisitos funcionais da aplicação, com potencial de redução de 69% do volume de óleo e redução de 25% das perdas de energia por estrangulamento. Desta forma, a solução proposta se mostra efetiva e promissora para tornar o processo de geração de energia elétrica mais eficiente e menos agressivo ao meio ambiente.