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An. 6. Enc. Energ. Meio Rural 2006

 

Estudo para energização de comunidade isolada na Amazônia - Projeto microcentral Canaã

 

 

Prof. Dr. Geraldo Lúcio Tiago FilhoI; Eng. Civil Helmo LemosII; Eng. Fábio José Horta NogueiraIII

ICentro Nacional de Referências em PCH's. Instituto de Recursos Naturais - Universidade Federal de Itajubá. Caixa Postal 50 - Tel. (35) 3629 1157. E-mail: tiago@unifei.edu.br. Itajubá - MG / Brasil
IICentro Nacional de Referências em PCH's - Universidade Federal de Itajubá. E-mail: helmo@unifei.edu.br. Itajubá - MG / Brasil
IIICentro Nacional de Referências em PCH's - Universidade Federal de Itajubá. E-mail: fabioh@unifei.edu.br. Itajubá - MG / Brasil

 

 


RESUMO

As iniciativas de eletrificação de comunidades isoladas têm-se mostrado, até então, de difícil sustentabilidade econômica, com altos índices de descontinuidade do serviço e com a baixa qualidade da energia elétrica disponibilizada. Outro aspecto importante dessas iniciativas é a grande dificuldade para o suprimento energético dessas comunidades.
O programa "Luz para Todos" do governo federal lançado em 2002 é uma alternativa que visa a universalização do serviço da energia elétrica em todo o território nacional, principalmente das pequenas comunidades isoladas dando acesso a elas ao desenvolvimento decorrente da chegada da energia. Uma dessas comunidades que se beneficiarão do programa é a Comunidade do Assentamento Nova Canaã. Localiza-se em Pimenta Bueno no estado de Rondônia na região amazônica. Nela serão supridas 55 famílias que nunca tiveram acesso a uma energia de qualidade e com fornecimento contínuo.
A relevância deste projeto é expressa pela possibilidade de replicação de seu modelo de gestão para outras comunidades existentes no país, contribuindo para a melhoria de qualidade de vida, redução da pobreza e do êxodo rural.


ABSTRACT

The initiatives of electrification of isolated communities has revealed, until then, of difficult economic sustainable, with high indices of discontinuity of the service and with low the quality of the disponibilizada electric energy. Another important aspect of these initiatives it is the great difficulty for the energy suppliment of these communities.
The program "Luz para Todos" (Light for All) of the launched federal government in 2002 it is an alternative that aims at the generalization of the service of the electric energy in all the domestic territory, mainly of the small isolated communities giving to access they to the decurrent development of the arrival of the energy. One of these communities that will benefit themselves of the program is the Community of the New Nesting Canaã. One bes situated in Pimenta Bueno in the state of Rondônia in the Amazon region. In 55 families will be supplied who they had never had access to an energy of quality and with continuous supply.
The relevance of this project she is express for the possibility of response of its model of management for others existing communities in the country, contributing for the improvement of quality of life, reduction of the poverty and the agricultural exodus.


 

 

1 - Introdução

De acordo com o estudo realizado pelo conselho Mundial de Energia (2006), cerca de um terço da população mundial, o equivalente a dois bilhões de pessoas, não tem acesso à energia elétrica.

Segundo dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE (2005), o Brasil participa neste contexto com cerca de 13 milhões de habitantes que não usufruem dos benefícios da energia elétrica. Quase a totalidade desses brasileiros vive em comunidades isoladas e zonas rurais, distantes dos centros urbanos e da possibilidade de se desenvolver economicamente.

Visando a melhora deste quadro o Governo Federal, através da Lei nº. 10.438, de 26 de abril de 2002 e do decreto nº. 4.873 de 11 de novembro de 2003, instituiu o Programa Nacional de Universalização do Acesso e Uso da Energia Elétrica - "Luz Para Todos". O Programa tem como meta levar energia elétrica à totalidade dos brasileiros até 2008, antecipando em sete anos o cronograma de universalização do atendimento que, antes dele, estava previsto para ser concluído em 2015. O programa abreviou o tempo das concessionárias para estender as redes de distribuição de energia, apressando implantações de centrais elétricas descentralizadas.

A proposta deste trabalho, que está inserido no Programa "Luz Para Todos", é mostrar uma forma sustentável de energia em comunidades isoladas, mostrando através do estudo de caso do Projeto Microcentral Canaã em Rondônia, como explorar os recursos locais e o potencial regional para solucionar o abastecimento de energia.

Toda a execução e a implantação deste projeto está sendo financiada pelo Fundo Setorial CT-ENERG, edital 01/2003. O objetivo principal do projeto é o desenvolver modelos de gestão auto-sustentável, com a participação da comunidade assistida, em sistemas de geração descentralizados e isolados.

 

2 - A Comunidade Canaã

A comunidade do Assentamento Canaã faz parte do programa de Reforma Agrária do INCRA e foi criado em 29 de setembro de 1995. O Assentamento, fica às margens do Rio Roosevelt em plena selva amazônica, cerca de 75 km a leste da sede da cidade de Pimenta Bueno no estado de Rondônia, junto à Reserva Indígena dos "Cinta Larga".

A comunidade demonstrou grande interesse em desenvolver as atividades referentes ao projeto: "Programa de disseminação de MCH em sistemas isolados no estado de Rondônia". O mesmo foi criado com área de 2.991,93ha e capacidade de assentar 31 famílias, sendo que atualmente 55 parcelas estão ocupadas por famílias que residem e trabalham na própria parcela, 16 delas originárias do assentamento inicial, ao passo que as famílias restantes "compraram" as parcelas.

Os assentados produzem na comunidade, através da agricultura familiar, café, arroz, milho e roça de quintal, além de pequenos animais e gado para a produção de leite. Não há atendimento elétrico na localidade, a não ser pelos poucos geradores a diesel particulares e painéis fotovoltaicos instalados para a escola (figura 1 e 2). Existe uma grande dificuldade de se levar diesel, até a comunidade e a situação atual ainda está longe de satisfazer as necessidades locais. Não há possibilidade de atendimento de eletricidade em qualquer dos programas atualmente levados a cabo pela CERON, visto que a distância é grande e a demanda pequena.

 

 

 

 

Com a instalação da mCH, além da melhoria da qualidade de vida dos assentados, existirá um grande benefício com a redução do consumo de óleo diesel na comunidade, diminuindo o desembolso dos moradores para o acesso à energia elétrica e também um ganho ambiental ocasionado por reduções nas emissões de gases do efeito estufa já que haverá a substituição da geração com combustíveis fósseis por uma geração renovável e limpa.

O maior aprendizado e benefício que se pode obter na implantação desta mCH, será o modelo de gestão que resultará no final da execução deste projeto, pois com as lições aprendidas durante este trabalho poder-se-á saber quais as dificuldades e barreiras encontradas para a sustentabilidade do empreendimento, e assim replicar esta rica experiência para outras comunidades, desta forma melhorando a qualidade de vida de milhares de famílias.

 

3 - Aspectos Práticos da Implantação

Com relação à implantação e construção da microcentral levantou-se alguns aspectos práticos que devem ser levados em consideração em qualquer modelo auto-sustentável de eletrificação isolada na Amazônia.

A empreiteira ou construtora escolhida para a obra civil têm experiência na região. Desta maneira facilita-se o levantamento de toda a logística de obra como transporte de materiais e pessoal qualificado com boa antecedência, evitando transtornos e dificuldades desnecessárias, que acabam por atrasar o cronograma do projeto. As técnicas construtivas regionais devem ser conhecidas e consideradas nas tomadas de decisão visando à otimização dos custos gerados na fase de construção.

Paralelo à construção da central a comunidade deve ser preparada para receber a micro usina. Os beneficiados com a energia elétrica devem estar organizados legalmente em associação. Desta forma poderão trabalhar como proprietários da central sem obstáculos legais, sendo capacitados na sua operação e manutenção.

O proprietário da terra deve ser identificado e contactado para oficializar um termo de autorização para a implantação da central em suas terras.

Parceiros facilitadores devem ser arregimentados ao longo do projeto objetivando a liberação dos vários aspectos técnicos, legais e construtivos da microcentral.

Os setores público, privado e as organizações de base comunitária devem estar incluídos no decorrer do processo, facilitando os tramites, licenças e o desenvolvimento do investimento.

O modelo para a implantação da microcentral deve ser entendido como um empreendimento e como tal, gerenciado. Com este intuito, um modelo de gestão foi criado para a comunidade Canaã levando em consideração todas as características da comunidade, da região em que se encontra e do potencial humano local.

 

4 - Descrição da Microcentral

O arranjo proposto para o aproveitamento foi de uma microcentral hidrelétrica de desvio, com regime operativo a fio d'água, isto é, não se levando em consideração a acumulação de água, sem reservatório formado pela barragem. Como as condições topográficas existentes são favoráveis, optou-se por uma central em desvio, beneficiando-se, desse modo dos desníveis naturais. As considerações feitas para os dimensionamentos dos componentes hidráulicos foram realizadas de acordo com Zulcy et all (1999) e o Manual DNAEE/Eletrobrás (1985). A seguir são mostrados alguns detalhes dos desenhos de projeto.

4.1 - Arranjo Geral

A central terá como forma de captação uma tomada d'água simples, seguida de um canal de adução de terra escavado próximo às margens do Rio Roosevelt até a câmara de carga. A partir daí, um conduto forçado direciona o fluxo até a turbina na casa de máquinas, sendo então, devolvido através do canal de fuga para o leito natural do Rio Roosevelt (Figura 3).

4.2 - Tomada d'água de superfície com estrutura de desvio ( Espigão )

Devido às dimensões do rio, cerca de 30 m de margem a margem, e o fato do lado oposto pertencer à reserva indígena dos "Cinta Larga", optou-se por não construir uma barragem e sim uma tomada d'água em forma de "espigão" (Figura 4).

Adotou-se um "espigão" com altura e comprimento suficiente para desviar a vazão de projeto para a tomada d'água. A concepção usada foi de uma barragem a gravidade, construída com material de fácil obtenção no local, podendo ser de concreto, pedra argamassada, ou ainda, de madeira e terra. Deverá ser engastada em sua base para maior segurança contra escorregamentos e tombamentos no período de cheias, já que não se trata de uma barragem fechada de margem a margem. Funcionará como desvio parcial das águas do Rio Roosevelt para adução do canal e conduto forçado. Também existe nesta estrutura uma comporta de desarenação, do tipo plana deslizante, com acionamento manual, projetadas para limpeza de fundo.

Suas principais características são:

Tipo ................................ espigão com vertedor, engastada na base, fck1 = 20 MPa

Comprimento ...................................................................................... 6,50 m

Altura máxima sobre as fundações .......................................................... 2,60 m

Tipo de perfil .................................................................................... inclinado

Cota da lâmina d'água Normal .............................................................. 327,15m

A tomada d´água propriamente dita é caracterizada como uma estrutura de transição, está integrada com a estrutura de desvio (espigão) e disposta na margem esquerda. É composta por comporta de manutenção (stop-log), rampa desarenadora, grade grossa para retenção de galhos, folhas e materiais flutuantes e uma comporta de serviço. Sua construção será em concreto e dimensionada para baixas velocidades de entrada, facilitando a decantação de material sólido.

Características principais da tomada d'água:

Material ............................................................ Concreto armado, fck1 = 20 MPa

Comprimento ........................................................................................ 4,80 m

Altura ................................................................................................. 2,00 m

Largura ............................................................................................... 4,00 m

Altura da lâmina d'água .......................................................................... 1,00 m

4.3 - Sistema Adutor de Baixa Pressão

Nesse ponto a água será conduzida da tomada d'água até a câmara de carga por meio de um canal de seção trapezoidal, construído de terra. Suas medidas permitem um escoamento do fluído de modo que as perdas sejam inferiores a 1% da queda bruta e a velocidade menor que 0,65 m/s. Foi prevista a instalação de um sistema para drenagem das águas pluviais nas laterais. Todo o canal deverá ser construído paralelo à estrada de acesso pelo seu lado esquerdo, dando acesso da tomada d'água até a casa de máquinas (figura 5).

 

 

Material ............................................................................................... terra

Comprimento ....................................................................................... 430 m

Área da seção transversal trapezoidal..................................................... 5,15 m2

Vazão de projeto (1 turbina) ............................................................... 1,00 m3/s

Vazão de projeto (2 turbinas) .............................................................. 1,65 m3/s

Lâmina d'água ....................................................................................... 1,00 m

Velocidade média ................................................................................. 0,40 m/s

Declividade do fundo do canal ................................................................. 1/5.820

4.4 - Câmara de carga

Concebida para amortecer as partidas e paradas bruscas das turbinas, garantindo a submergência mínima dos condutos forçados. Seus acessórios principais são uma grade fina, comportas de manutenção, de serviço e rampa desarenadora (figuras 6a e 6b). Foi projetada de forma a facilitar a instalação de um segundo conduto para futura expansão. A câmara de carga tem as seguintes características:

Material ............................................................. Concreto armado, fck1 = 20 MPa

Comprimento ....................................................................................... 16,30 m

Profundidade média ................................................................................ 1,55 m

Seção média .............................................................................5,00 m x 1,55 m

Deplecionamento máximo ........................................................................ 0,03 m

Sobrelevação máxima ............................................................................. 0,06 m

Comprimento do extravasor ...................................................................... 6,10 m

4.5 - Conduto forçado

Optou-se em usar um conduto forçado de aço, um para cada turbina, possibilitando a operação das turbinas em separado, caso se queira futuramente duplicar a geração. A instalação será também de forma independente, não interferindo na construção do primeiro grupo gerador.

Foram previstos blocos de ancoragem e de apoio suficientes para garantir a rigidez e suporte dos conjuntos. Em cada trecho de tubulação, após cada bloco de ancoragem, serão colocadas juntas de dilatação como visto no desenho da figura 7.

Características principais do conduto forçado:

Material empregado .......................................... Aço carbono com costura (soldado)

Diâmetro nominal ......................................................................... 800 mm (31")

Espessura do tubo ............................................................................. 4,76 mm

Número de juntas de dilatação ..................................................... 2 (por conduto)

Válvula tipo borboleta ........................................................................ 1 unidade

Diâmetro nominal ................................................................................. 800 mm

Material do corpo ............................................................................ aço carbono

Material da sede ................................................................................ aço inox

Material do disco ................................................................................ aço inox

Fixação ........................................................................................... flangeada

4.6 - Casa de máquinas

Para o seu posicionamento considerou-se, principalmente, um local que apresentasse a menor possibilidade de inundação, quando da ocorrência das cheias do Rio Roosevelt, na época das chuvas. Com isso, não se utilizou uma pequena parcela da queda natural disponível. Terá estrutura em concreto armado e fechamento em alvenaria, cobertura em estrutura de madeira e telhas de barro. Projetada para abrigar além do grupo gerador os painéis de força, de comando e de proteção. Está prevista a construção de sala para a geração, sanitário, e almoxarifado para materiais e lubrificantes. Também está prevista a instalação de um pórtico manual com capacidade de 2 (ton), para movimentação interna dos equipamentos (figura 8).

4.7 - Canal de fuga

Construído em concreto armado, com previsão para a instalação de uma soleira afogada para garantir a constância do nível de jusante (Figura 8).

4.8 - Subestação elevadora

A subestação é convencional, desabrigada, instalação externa, ao lado da casa de máquinas. O arranjo usado contém um transformador de força montado no poste, uma chave fusível e as estruturas de distribuição. A alimentação do lado de baixa tensão do transformador deve ser feita com cabos isolados em eletroduto subterrâneo. A saída do transformador deve ser com linha aérea com cabos de alumínio. O transformador deverá possuir as seguintes características: Potência nominal de 75 kVA, tensão primária de 220V, tensão secundária de 13,8 kV, isolado e resfriado a óleo com circulação natural (Figura 8).

4.9 - Linha de transmissão

O projeto abrange apenas até à subestação elevadora, no entanto, sobre a transmissão, recomenda-se adotar postes em concreto, em função das queimadas periódicas que existem na região. Esses deverão ser construídos no local, minimizando os custos de transporte. Recomenda-se ainda a instalação de pára-raios de linha, de quilômetro em quilômetro.

As principais características das linhas serão as seguintes :

Comprimento .................................................................................. 5 km

Cabos .......................................................... Alumínio, alma de aço, 8 AWG

Tensão nominal ........................................................................... 13,8 kV

Classe de isolamento ...................................................................... 15 kV

Corrente nominal mínima .................................................................. 3,2 A

4.10 - Subestação abaixadora

Como já mencionado no item anterior, o projeto não abrange os pontos finais de entrega de energia. Ressalta-se, porém que para os casos em que houver geração auxiliar a Diesel, há necessidade da colocação de uma chave de interligação reversora, com intertravamento mecânico e bloqueio com cadeado. A função dessa chave é de não permitir a colocação em operação simultânea dos sistemas hidráulicos e a diesel.

Recomenda-se uma subestação abaixadora sendo equipada com um transformador trifásico de 75 kVA, que deverá ser do tipo desabrigada. Além do transformador, a subestação deverá possuir os seguintes equipamentos: Chave fusível; pára-raios de linha; disjuntor de baixa-tensão na saída do alimentador. O disjuntor deverá ficar abrigado numa cabine de alvenaria apropriada.

4.11 - Turbina

A turbina a ser utilizada é de reação de um tipo não convencional conforme mostrado na figura 9. Ela é fabricada pela Indalma, uma empresa situada na região amazônica em Santarém no Estado do Pará. Esta turbina possui algumas características peculiares, como o fato de seu rotor ter uma geometria diferente dos convencionais, podendo ser classificado como sendo um rotor do tipo centrípedo-axial. A caixa espiral possui secção triangular e não possui sistema de regulação. Desta forma, para garantir uma qualidade de energia dentro dos parâmetros legais, deve ser inserido um sistema de controle adquirido de outro fabricante.

A turbina, no entanto, é de fabricação muito simples e robusta, fabricada quase artesanalmente. Essa simplicidade de fabricação faz com que seu preço seja abaixo do mercado se comparado com outras máquinas equivalentes. É capaz de suportar com tranqüilidade as condições de trabalho na região amazônica e apresenta rendimentos razoáveis de acordo com artigo Tiago Filho, et all (2006), considerando-se as alturas de quedas e vazões disponíveis nesta região. Com certeza, podemos dizer que essa turbina foi uma ótima opção com a vantagem de requerer um baixo investimento inicial.

Uma outra vantagem é que a sua produção situa-se na própria região amazônica, próximo das regiões em que há uma grande demanda.

As principais características da turbina Indalma são as seguintes:

Tipo ................................................ reação, tipo mista: centrípeta-axial, eixo horizontal

Vazão de projeto por unidade ................................................................ 1,00 m3/s

Altura de queda líquida ............................................................................ 8,58 m

Potência nominal ..................................................................................... 56 kW

Rendimento mínimo (no ponto de operação) .................................................. 70 %

Rotação nominal ................................................................................... 534 rpm

Altitude do canal de fuga ...................................................................... 218,30 m

Altura de sucção ..................................................................................... 2,50 m

4.12 - Gerador

Está previsto o uso de um gerador síncrono, com as seguintes características:

Gerador ............................................................................. Síncrono, trifásico

Montagem .............................................................................. Eixo horizontal

Ventilação ....................................................... Natural em circuito aberto (IC01)

Excitação .................................................................... Brushless (sem escovas)

Regulador de tensão ....................................................... Eletrônico, ultra rápido

Potência ........................................................................................... 80 kVA

Tensão nominal ............................................................................... 220/127 V

Conexão ............................................................................................. estrela

Fator de potência nominal ............................................................... 0,8 indutivo

Freqüência .......................................................................................... 60 Hz

Grau de proteção .................................................................................. IP 23

Isolamento ...................................................................................... Classe F

Rotação nominal .............................................................................. 1800 rpm

Rotação de disparo ......................................................................... 4.140 rpm

 

5 - Custos da Central

O custo total da obra civil foi calculado tomando por base as tomadas de preços junto às empreiteiras consultadas para o projeto apresentado. Admite-se uma variação de 10% nesses custos, em função principalmente, das características da obra e das dificuldades de transporte de equipamentos e materiais até o local. O custo da turbina, gerador e dos equipamentos eletromecânicos foram obtidos com os fabricantes.

É necessário um estudo preliminar de custos e valores para que a central não corra o risco de ser iniciada e paralisada posteriormente, por falta de recursos. Para compor este custo considerou-se a construção de todos os componentes hidráulicos necessários para apenas um grupo gerador e uma linha de transmissão de cinco quilômetros. O valor mais baixo entre os pesquisados foi o apresentado no quadro 1 a seguir:

 

 

6 - Conclusão

Analisando os números encontrados, notamos que o capital investido no Projeto MCH Canaã para a construção e início de geração de energia está um pouco acima da média do mercado (cerca de 5.500,00 R$/kW). Porém, deve-se levar em conta as condições singulares do projeto da Microcentral Canaã e a sua localização em plena região amazônica. O próprio arranjo proposto da obra, a construção de um canal de 430 m em terreno rochoso, transporte de pessoal, matéria prima e equipamentos necessários à construção vem contribuir para que os valores finais sejam encarecidos elevando o custo por quilowatt instalado.

Porém é importante ressaltar que a viabilidade do projeto não tem a necessidade de remunerar e nem de retornar os investimentos de capital ocorridos. O retorno do capital investido é na verdade o desenvolvimento sócio-econômico que implica a eletrificação de uma comunidade isolada. O incentivo que é injetado na população local para fixar raízes no campo, com o conforto que os centros urbanos oferecem. A receita gerada pela microcentral Canaã tem apenas a necessidade de manter a manutenção e operação da usina como também o desenvolvimento da melhoria dos processos produtivos da comunidade, desta forma mantendo a sustentabilidade do projeto.

 

7- Bibliografia

DECRETO Nº. 4.873, DE 11 DE NOVEMBRO DE 2003. Institui o Programa Nacional de Universalização do Acesso e Uso da Energia Elétrica - "LUZ PARA TODOS" e dá outras providências.

DNAEE - Eletrobrás - Manual de Microcentral Hidrelétrica - Ed. Eletrobrás, 1985

http://www.cbcme.org.br - site internet do Conselho Mundial de Energia, Comitê Brasileiro

LEI Nº. 10.438, DE 26 DE ABRIL DE 2002. Dispõe sobre a expansão da oferta de energia elétrica emergencial, recomposição tarifária extraordinária, cria o Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica (Proinfa), a Conta de Desenvolvimento Energético (CDE), dispõe sobre a universalização do serviço público de energia elétrica, dá nova redação às Leis n o 9.427, de 26 de dezembro de 1996, n o 9.648, de 27 de maio de 1998, n o 3.890-A, de 25 de abril de 1961, n o 5.655, de 20 de maio de 1971, n o 5.899, de 5 de julho de 1973, n o 9.991, de 24 de julho de 2000, e dá outras providências.

Tiago Filho, G. L. Nogueira, F. J. H. Marcucci, F. R. "A Micro-turbina hidráulica Indalma: análise de suas características operacionais. Artigo do V Simpósio Brasileiro sobre Pequenas e Médias Centrais Hidrelétricas em Florianópolis - SC / abril de 2006.

SOUZA, Z. de. SANTOS, A. H. M. BORTONI, E. C. - Centrais Hidrelétricas - Estudos para Implantação. Rio de Janeiro - ELETROBRÁS - 1999.

 

 

1 fck : resistência característica à compressão do concreto, utilizada no cálculo estrutural.