Este documento compara hidrogeradores verticais acionados por turbinas Kaplan e hidrogeradores acoplados a turbina Kaplan Bulbo, analisando parâmetros como eficiência hidráulica, impacto ambiental, custos de construção, tempo de montagem e acesso para manutenção. Conclui que os hidrogeradores do tipo Bulbo apresentam maiores vantagens, como maior eficiência, menor impacto ambiental, menores custos e melhor acesso para manutenção.

1. Universidade Federal do Ceará
Departamento de Engenharia Elétrica
Disciplina de Produção de Energia Elétrica
ESTUDO TÉCNICO E ECONÔMICO COMPARATIVO ENTRA A UTILIZAÇÃO DE HIDROGERADORES
VERTICAIS ACIONADOS POR TURBINAS KAPLAN E HIDROGERADORES
ACOPLADOS A TURBINA KAPLAN BULBO
Prof.: Dr. Paulo Carvalho
Alunos: Filipe Ribeiro Parente Garcia
Caio Ribeiro

2. Objetivo
 O estudo de viabilidade, comparando diversos
parâmetros do funcionamento e construção de
hidrogeradores de grande porte verticais ou
horizontais, utilizando turbinas Kaplan.

3. Introdução
 Rios de Planalto que proporcionam altas quedas d’água.
- Aproveitamento energético quase máximo.
 Rios largos e de Planície com baixas quedas d’água.
- Disponibilidade para o aumento da eficiência no
aproveitamento energético.
- Hidrogeradores acoplados a turbinas do tipo Kaplan.

4. Fonte: [1]
Figura 01 - Esquemas de Turbinas Hidráulicas.

5. Turbinas Kaplan
 Turbinas de Reação:
- Turbinas em que o trabalho mecânico é obtido pela
transformação da energia cinética e de pressão da água em
escoamento através do rotor, onde as mesmas trabalham
imersas na água.
 Tipos de Turbinas Kaplan:
- Turbina Kaplan Vertical.
- Turbina Kaplan Horizontal ou Turbina Bulbo.

6. Figura 2 - Turbina Kaplan Vertical
Fonte [1]

7. Figura 3 - Turbina Kaplan Horizontal ou Turbina Bulbo
Fonte [2]

8. Modo de Análise
 Comparação entre as Turbinas, analisando alguns
fatores:
• Eficiência Hidráulica
• Impacto Ambiental
• Custos na construção civil
• Tempo de Montagem
• Acesso para a manutenção

9. Eficiência Hidráulica
Fonte [3] Fonte [4]
Figura 4 – Turbina Kaplan Vertical Figura 5 – Turbina Bulbo

10. Impacto Ambiental
Usina
Área do
Reservatório
[km²]
Potência [MW]
Área Reservatório/Potência da
Usina[km²/MW]]
Balbina
2360 250 9,44
Samuel
584 217 2,69
Manso
387 210 1,84
Tucuruí (Francis)
1a. Etapa
2414 4000 0,61
2a. Etapa
8000 0,3
Jirau (Bulbo)
258 3300 0,08
Santo Antônio (Bulbo)
271 3150 0,086
Tabela 1 – Usinas Hidroelétricas da Região Amazônica – Área do reservatório VS Potência
Fonte [5]

11. Custos na Construção Civil
 Análise da Construção da Casa de Força para duas Turbinas
Kaplan Vertical e para duas Turbinas Bulbo:
- Kaplan Vertical: V = 42,43 m X 48,0 m X 69,5 m = 141,55 m³
- Bulbo: V = 37,94 m X 33,2 m X 70,3 m = 88,55 m³
- Diferença de Volume = 53 m³ ; Redução Volumétrica = 37,44 %
Kaplan Vertical[%] Bulbo[%}
Turbina + Aço para estruturas hidráulicas 23 22
Gerador + Equipamentos elétricos 23 22
Trabalho Civil (Casa de Força) 44 40
Custo de investimento, planej. e superv. 10 10
Casa de força completa 100 94
Tabela 2 – Custo da construção da Casa de Força simplificado
Fonte [6]

12. Tempo de Montagem
Tipo de máquina Tempo médio de montagem
Máquina Bulbo 9 Meses
Kaplan Vertical 12 Meses
Tabela 3 – Tempo de Montagem
Fonte [6]
Y= Tarifa de Valor do KWh.
KWh= Energia Produzida no Período de 3 meses.
M= Retorno financeiro para 3 meses de adiantamento da operação.
M = Y x KWh

13. Acesso para Manutenção
 Turbina Kaplan Vertical:
• Geralmente, todas as peças do Gerador precisam ser removidas para acessar a
Turbina.
• Tempo elevado para desmontagem e para a remontagem.
• Controles dimensionais rígidos nas operações de desmontagem e
remontagem.
• Custos elevados para a manutenção.
 Turbina Bulbo:
• Por ser horizontal, possui duas aberturas, sendo uma para o acesso da turbina
e outra para o gerador.
• Não exige a desmontagem do Gerador para o acesso da Turbina.
• Tempo curto exigido para a manutenção.
• Custos baixos para a manutenção, comparando-se com o Hidrogerador Bulbo.

14. Conclusão
 Vantagens da utilização dos Hidrogeradores do tipo Bulbo
em comparação a utilização da Kaplan Vertical:
• Maior eficiência hidráulica, devido ao fluxo de água na horizontal,
e menor perda de carga, resultando em maior produção anual.
• Menor Impacto Ambiental.
• Menores Custos na Construção.
• Menor tempo de montagem.
• Melhor acesso para a manutenção de peças da Turbina.

15. Bibliografia
• [1] – Leão, R.P.S., Apostila de Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica, DEE-
UFC .
• [2] - Disponível em: http://pt.made-in-china.com/co_xinyihydro/product_Bulb-Water-
Turbine_hurersyyn.html
• [3] – Disponível em: http://www.renewablesfirst.co.uk/hydro-learning-centre/kaplan-
turbines/
• [4] – Disponível em: https://equipo2fae.wordpress.com/turbina-tipo-bulbo/
• [5] - Dziedzic, M. “Pareceres dos Consutores sobre o Estudo de Impacto Ambiental do
Projeto para Aproveitamento Hidrelétrico de Santo Antônio e Jirau, Rio Madeira - RO”
Parecer Técnico sobre Tecnologia Hidráulica de 2005.
• [6] Passalacqua, R.L.A., Estudo Técnico e Econômico comparativo entre a utilização de
Hidrogeradores verticais acionados por Turbinas Kaplan e Hidrogeradores acoplados a
Turbina Kaplan Bulbo, XXII SNPTEE.

16. Universidade Federal do Ceará
Departamento de Engenharia Elétrica
Disciplina de Produção de Energia Elétrica
ESTUDO TÉCNICO E ECONÔMICO COMPARATIVO ENTRA A UTILIZAÇÃO DE HIDROGERADORES
VERTICAIS ACIONADOS POR TURBINAS KAPLAN E HIDROGERADORES
ACOPLADOS A TURBINA KAPLAN BULBO
Prof.: Dr. Paulo Carvalho
Alunos: Filipe Ribeiro Parente Garcia
Caio Ribeiro