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

Abstract

O projeto de pesquisa desenvolvido no Laboratório de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos (LASHIP) da UFSC por Arthur José Vieira Haag, sob orientação do Prof. Dr. Victor Juliano De Negri, investiga a modernização dos sistemas de potência em usinas hidrelétricas por meio de uma arquitetura descentralizada. Historicamente, as usinas dependem de sistemas centralizados, onde uma grande central de potência bombeia fluido sob alta pressão por longas tubulações para acionar equipamentos vitais, como as válvulas de adução e bypass, o regulador de velocidade e o freio mecânico. Apesar de confiável, esse modelo exige enorme quantidade de óleo mineral, gerando alto risco ambiental em caso de vazamentos, além de causar desperdício de energia devido ao atrito nas extensas linhas e ao método tradicional de controle por estrangulamento de válvulas. Para superar essas limitações, a pesquisa propõe substituir a rede de tubulações por unidades hidráulicas compactas e independentes, posicionadas diretamente junto a cada equipamento e alimentadas por energia elétrica local. A principal inovação do projeto foi a aplicação de Atuadores Eletro-Hidrostáticos (EHAs) no regulador de velocidade, utilizando um servomotor elétrico acoplado a uma bomba para fornecer apenas a potência exata demandada pela turbina em tempo real, eliminando as perdas por estrangulamento. Em paralelo, projetou-se uma unidade integrada para a adução e bypass com válvulas de retenção pilotadas, o que permite o desligamento completo dos motores elétricos durante o período de geração contínua de energia, e uma micro-unidade de potência dedicada exclusivamente ao sistema de freio. A validação técnica da proposta ocorreu por meio de simulações dinâmicas no software Hopsan, utilizando como referência os parâmetros reais da PCH Três Saltos. Os testes computacionais abrangeram um ciclo operacional completo da usina (partida, sincronismo e tomada de carga) e cenários críticos de emergência. As simulações confirmaram que os pequenos acumuladores de pressão locais garantem autonomia e tempos de resposta que cumprem rigorosamente as normas internacionais de segurança, mesmo diante de falhas totais de energia elétrica. Os resultados práticos comprovaram a superioridade da arquitetura descentralizada: alcançou-se uma redução de 36% no consumo energético operacional e de 55% no volume total de óleo necessário nas instalações. A solução consolida-se, portanto, como uma alternativa técnica viável, segura e altamente promissora, modernizando a engenharia do setor hidrelétrico com expressivos ganhos em modularidade, eficiência energética e sustentabilidade ambiental.