Comportas de usinas hidrelétricas
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná - Departamento Acadêmico de EletrotécnicaCurso de Engenharia Industrial Elétrica - Ênfase em Eletrotécnica
COMPORTASCOMPORTASHIDRÁULICASHIDRÁULICAS
Emerson de Souza PerezEmerson de Souza Perez
Henrique Dariva Nascimento CostaHenrique Dariva Nascimento Costa
Luiz Alberto Okumura PasinatoLuiz Alberto Okumura Pasinato
Orientação:Orientação:
Prof. Gilberto Manoel Alves, Dr.Prof. Gilberto Manoel Alves, Dr.
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Tópicos abordados
• Introdução;• Definição;• Função;• Aplicação;• Classificação;• Constituição;• Mecanismos de manobra;• Tipos.
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• Uso da água como benefício para o ser humano;
• Reservatórios e fluxo d’água;• Idéia de comporta;• Evolução:
– China, 1000 d.C.;– França, 1853;– Brasil, PB, 1924.
introdução
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• NBR 7259: “Dispositivos mecânicos usados para controlar vazões hidráulicas em qualquer conduto livre ou forçado e de cuja estrutura o conduto é independente para sua continuidade física e operacional.”
• MARTINS, 2005: “Elemento do sistema de controle artificial de vazão de água de rios e bacias, para fins de geração de energia elétrica, de agricultura, de lazer e para impedir inundações.”
definição
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• Eclusas de navegação;• Irrigação;• Controle de enchentes;• Usinas hidrelétricas;
– Tomadas d’água;– Vertedouros;– Comportas de emergência, e;– Descarregadores de fundo.
Aplicações
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Aplicações
Comporta para controle de enchente.Fonte: BRAZILIAN GIFT, 2005.
Comporta para controle de enchente na Holanda.Fonte: GFORUM, 2008.
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Aplicações
Comporta e eclusa.Fonte: OLHAR DIRETO, 2010.
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• Tomada d’água: destinam-se a abrir ou fechar a admissão de água nos condutos.
• Vertedouro (ou descarregador de superfície): regula a passagem de água sobre o mesmo.
Aplicações
Comporta para vertedouro.Fonte: TUCURUÍ, 2011.
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Aplicações
Comportas para vertedouro – UHE Ilha Solteira.Fonte: CESP, 2009.
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Aplicações
• Descarregador de fundo;– Passagem de água contendo material acumulado
ao pé da barragem;– Esvaziar o reservatório;– Desviar o rio durante a construção;– Escoar águas de enchente.
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• Emergência: Presentes na manutenção, são instaladas normalmente a montante das comportas principais.
Aplicações
Comporta stop-log.Fonte: HFONTAINE, 2005.
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• Quanto a função:Quanto a função:– De serviço;De serviço;– De emergência;De emergência;
• Quanto a movimentação:Quanto a movimentação:– De translação;De translação;– De rotação;De rotação;– De translo-rotação;De translo-rotação;
CLASSIFICAÇÃO
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• Quanto à descarga:Quanto à descarga:– Por cima;Por cima;– Por baixo;Por baixo;
• Quanto a forma de paramento:Quanto a forma de paramento:– Planas;Planas;– Radiais.Radiais.
CLASSIFICAÇÃO
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CLASSIFICAÇÃO
Forma do paramento Movimentação Descarga
Plana Radial Translação Rotação Translo-rotação Cima Baixo
Gaveta X X X
Ensecadeira X X
Vagão X X X
Lagarta X X X
Stoney X X X
Segmento X X
Setor X X
Tambor X X X
Basculante X X X X
Rolante X X X
Cilíndrica X X
Mitra X X X
Telhado X X X
Visor X X X
Fonte: Adaptado de ERBISTE, 2002.
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CONSTITUIÇÃO
ComportaFonte: BEMA, 2009.
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CONSTITUIÇÃO BÁSICA
• Tabuleiro;
• Peças fixas;
• Mecanismo de Manobra.
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TABULEIRO
• Componente principal;
• Anteparo à água;
• Paramento, vigamento, vedações e elementos de apoio e guiamento.
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TABULEIRO
Comporta com destaque ao tabuleiro.Fonte: BEMA, 2009.
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PEÇAS FIXAS
• Soleira;
• Caminho de Rolamento;
• Guias laterais e Contra-Guias;
• Frontal.
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PEÇAS FIXAS
Partes de uma comporta.Fonte: RODOLFO E MARTINS, 2010.
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MECANISMO DE MANOBRA
• Diretamente responsáveis por abertura e fechamento das comportas;
• Alguns tipos dispensam o uso deste mecanismo;
• 4 principais tipos.
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FUSOS
Mecanismo tipo fusos.Fonte: RODOLFO E MARTINS, 2010.
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CABOS DE AÇO
Mecanismo tipo cabos de aço.Fonte: RODOLFO E MARTINS, 2010.
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CORRENTES
Mecanismo tipo corrente.Fonte: RODOLFO E MARTINS, 2010.
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HIDRÁULICO
Mecanismo tipo hidráulico.Fonte: RODOLFO E MARTINS, 2010.
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TIPOS DE COMPORTAS
• Gaveta;• Ensecadeira (stop-log); • Vagão;• Lagarta;• Stoney;• Segmento;• Setor;• Tambor;• Basculante;• Rolante;• Cilíndrica;
• Mitra;• Telhado;• Visor;• Mista;• Múltipla.
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da estrutura de tópicos
6º Nível da estrutura de tópicos
7º Nível da estrutura de tópicos
8º Nível da estrutura de tópicos
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• Terceiro nível– Quarto nível
» Quinto nível
Gaveta:
Vista de corte de comporta gavetaFonte: NBR 7259, 2001.
TIPOS DE COMPORTAS
Comporta gaveta para controle de irrigaçãoFonte: FIBRAGEL, 2010.
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• Terceiro nível– Quarto nível
» Quinto nível
Gaveta:• Funciona por deslizamento;• Paramento plano e vertical;• Funcionamento simples e seguro;• Pouca manutenção;• Larga utilização em canais de irrigação, tomadas de água.
TIPOS DE COMPORTAS
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Vagão:
Comporta vagão da PCH Nova AuroraFonte: BEMA INDUSTRIAS, 2010.
TIPOS DE COMPORTAS
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Vagão:
Vista de corte de comporta vagãoFonte: NBR 7259, 2001.
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Tomada D’Água - ItaipuFonte: USINA HIDRELÉTRICA ITAIPÚ, 2004.
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Servo Motor para comporta de Serviço- ItaipuFonte: FOTOS DO BRASIL, 2010.
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Vagão:• Funciona com rolamentos;• Paramento plano;• Na barragem de Itaipu há 20 comportas do tipo vagão: Dimensões: 8,23 x 16,35 m; Peso de cada comporta:2420 kN;
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Ensecadeira:
Movimentação de stop-log pelo pórtico.Fonte: ITAIPU, 2011.
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TIPOS DE COMPORTAS
Barragem – Itaipú.Fonte: USINA HIDRELÉTRICA ITAIPÚ, 2004.
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TIPOS DE COMPORTAS
Tomada D’Água – Itaipú.Fonte: USINA HIDRELÉTRICA ITAIPÚ, 2004.
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Ensecadeira:
Vista de corte de comporta ensecadeiraFonte: NBR 7259, 2001.
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Ensecadeira:• Stop-log ou stoplog;• Funciona por deslizamento;• Paramento plano e vertical;• Não pode ser movimentada sobre fluxo hidráulico;• Destinada a fechar aberturas de tomadas d’água e isolar
um trecho de canal para manutenção de equipamentos.
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Lagarta:
Vista de corte de comporta lagartaFonte: NBR 7259, 2001.
Comporta lagartaFonte: ERBISTE, 2002.
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• Terceiro nível– Quarto nível
» Quinto nível
Lagarta:• Funciona com rolamentos;• Paramento plano;• Movimentada sob fluxo hidráulico;• Usa cadeias fechadas de rolos;• Baixo coeficiente de atrito;• Alta capacidade de carga.
TIPOS DE COMPORTAS
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Stoney:
Vista de corte de comporta StoneyFonte: NBR 7259, 2001.
TIPOS DE COMPORTAS
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Stoney:• Funciona com rolamentos;• Paramento vertical plano;• Os rolamentos inferiores ficam submersos com a comporta
totalmente aberta.
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» Quinto nível
Segmento:
Comportas segmento no vertedouro de ItaipuFonte: PANORAMIO, 2009.
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» Quinto nível
Segmento:
Comportas segmento.Fonte: HYDROSTEC – D50, 2008.
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» Quinto nível
Segmento:
Vistas de comporta segmentoFonte: NBR 7259, 2001.
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» Quinto nível
Segmento:• Funciona por rotação;• Paramento curvo;• Construção simples;• Abre-se por levantamento.
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» Quinto nível
Setor:
TIPOS DE COMPORTAS
Comporta para controle de enchente na Holanda.Fonte: GFORUM, 2008.
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» Quinto nível
Setor:
Vista de corte da comporta setorFonte: NBR 7259, 2001.
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• Terceiro nível– Quarto nível
» Quinto nível
Setor:• Funciona por rotação;• Paramento curvo;• Segmento de cilindro com diretriz circular.
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» Quinto nível
Tambor:
Vista de corte da comporta TamborFonte: NBR 7259, 2001.
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8º Nível da estrutura de tópicos
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• Terceiro nível– Quarto nível
» Quinto nível
Tambor:• Funciona por rotação;• Paramento radial;• Abertura com o próprio peso.
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7º Nível da estrutura de tópicos
8º Nível da estrutura de tópicos
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Basculante:
Comporta BasculanteFonte: HACKER, 2011.
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da estrutura de tópicos
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7º Nível da estrutura de tópicos
8º Nível da estrutura de tópicos
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Basculante:
Vista de corte da comporta BasculanteFonte: NBR 7259, 2001.
TIPOS DE COMPORTAS
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estrutura de tópicos4º Nível da
estrutura de tópicos 5º Nível
da estrutura de tópicos
6º Nível da estrutura de tópicos
7º Nível da estrutura de tópicos
8º Nível da estrutura de tópicos
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» Quinto nível
Basculante:• Funciona por rotação;• Paramento plano curvo;• Abertura com o próprio peso.
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da estrutura de tópicos
6º Nível da estrutura de tópicos
7º Nível da estrutura de tópicos
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Telhado:
TIPOS DE COMPORTAS
Vista de corte de comporta telhado.Fonte: NBR 7259, 2001.
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» Quinto nível
Telhado:• Funciona por rotação;• Dois elementos basculantes com eixos horizontais fixos e
paralelos. Elemento de montante se apóia no elemento de jusante.
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Rolante:
Comporta Rolante – Rio Mississipi.Fonte: SPANISH DICT, 2011.
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Rolante:
Vista de corte da comporta RolanteFonte: NBR 7259, 2001
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Rolante:• Funciona por translo-rotação;• Paramento geralmente curvo;• Rola em cremalheiras fixas nos pilares.
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Cilíndrica:
Vista de corte da comporta CilíndricaFonte: NBR 7259, 2001.
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Cilíndrica:• Funciona por translação;• Paramento cilíndrico fechado;• Se desloca ao longo de seu eixo vertical.
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Mitra:
Eclusas de Gatún – Canal do PanamáFonte: PANORAMIO, 2009.
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Mitra:
Eclusas de Gatún – Canal do PanamáFonte: PANORAMIO, 2009.
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Mitra:
Vistas da comporta MitraFonte: NBR 7259, 2001.
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Mitra:• Funciona por rotação;• Dois elementos basculantes com eixos verticais fixos
(paredes do conduto).
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Visor:
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Comportas visor.Fonte: ERBISTE, 2002.
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Visor:
TIPOS DE COMPORTAS
Vistas de corte de comporta visor.Fonte: NBR 7259, 2001.
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Visor:• Funciona por rotação;• Paramento semi-cilíndrico;• Eixo de rotação horizontal.
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Mista:
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Vistas de corte de comporta mista.Fonte: ERBISTE, 2002.
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Mista:• Composta de elementos de tipos diferentes superpostos;• Segmento e basculante, rolamento e basculante, entre
outros exemplos.
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Múltipla:
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Eclusas de Gatún – Canal do Panamá.Fonte: PANORAMIO, 2009.
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Múltipla:• Composta de elementos de mesmo tipo superpostos;• Vagão duplo, segmento duplo e mitra dupla.
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Comporta Vantagens Desvantagens AplicaçõesGaveta Funcionamento simples;
Exige pouca manutenção; Distribuição uniforme das cargas sobre o “quadro” de concreto; Ausência de vibrações em aberturas devido à grande força de atrito.
Durante o fechamento da comporta é necessário o auxílio de um pistão hidráulico em função do elevado atrito.
Canais de irrigação;
Decantadores;
Obras de saneamento;
Descargas de fundo;
Tomadas d’água.
TABELA COMPARATIVA
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Comporta Vantagens Desvantagens Aplicação
Ensecadeira (stop-log)
Pode ser formada por vários elementos superpostos (painéis).
Pouca manutenção.
Aplicada sob pressão hidráulica equilibrada;
Manutenção e reparo em seco de equipamentos ou comportas principais.
Vagão Baixo atrito durante a movimentação (utilização de rodas e rodetas); Possibilidade de ser fechada somente com a força da gravidade.
A diferença de esforços nas diversas rodas pode ocasionar falha (em função de uma roda encostar mais do que a outra no caminho de rolamento).
Tomadas d’água (Itaipú);
Descarga de fundo;
Vertedouro.
TABELA COMPARATIVA
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TABELA COMPARATIVA
Comporta Vantagens Desvantagens Aplicação
Lagarta Baixo atrito durante a movimentação (utilização de cadeias de rolos);
Possibilidade de ser fechada somente com a força da gravidade.
A ocorrência de falha em um rolo da cadeia pode comprometer toda a cadeia.
Tomadas d’águaprofundas;Descargas de fundo.
Stoney Utilização de uma cadeia de rolos que se movimenta em uma polia livre (redução da força de atrito).
Com a comporta totalmente aberta, a cadeia de rolos fica exposta à passagem de água (probabilidade de corrosão).
Vertedouro.
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TABELA COMPARATIVA
Comporta Vantagens Desvantagens AplicaçõesSegmento Construção simples;
Apenas duas peças de precisão: os mancais; Superfícies laterais planas (sem reentrâncias) eliminam a cavitação; Atrito dos mancais é desprezível; Esforços do levantamento são desprezíveis (apenas o peso da comporta).
Possibilidade de abertura somente por levantamento (ajuste do nível de água a montante é menos “preciso”); Impossibilidade de escoar corpos flutuantes.
Vertedouros(Itaipú);Eclusas (comportas verticais);Tomadas d’água;Descargas de fundo.
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TABELA COMPARATIVAComporta Vantagens Desvantagens AplicaçõesSetor Mesmas da comporta segmento;
Possibilidade de escoar corpos flutuantes; Possibilidade de ser acionada na ausência dos servomotores (nesse caso faz-se uso das câmaras de flutuação).
Construção mais frágil e complexa se comparada a segmento;
Mais cara devido a necessidade de mecanismos para criação de fluxo nas câmaras de flutuação.
Vertedouros.
Tambor Movimento pelo próprio peso;
Abertura independente de energia elétrica.
Construção complexa . Vertedouros.
Basculante Pode ser utilizada em associação com outros tipos de comporta;
Pode ser utilizada em vãos extensos.
Apenas para pequenas alturas;
Durante o fechamento da comporta é necessário o auxílio de um pistão hidráulico em função da força da água.
Centrais de tratamento de água;Vertedouros.
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TABELA COMPARATIVAComporta Vantagens Desvantagens Aplicações
Rolante Pode ser aplicada em vãos extensos.
A ocorrência de falhas em um trecho da cremalheira pode comprometer o funcionamento da comporta;
Pequenas quedas.
Barragens de pequena altura;
Regiões com camada de gelo flutuante.
Cilíndrica Permite abertura parcial sem que ocorra vibração.
Tomada d’água em forma de torre.
Mitra Suporta grandes esforços;Abertura e fechamento rápidos.
Exige esvaziamento da câmera para manutenção.
Eclusas.
Telhado Pode ser acionada na ausência de energia elétrica;
Permite automatismos sensível.
Apenas para baixas quedas. Pequenas represas.
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TABELA COMPARATIVAComporta Vantagens Desvantagens Aplicações
Visor Pode ser aplicada em vãos extensos;
Seu fechamento pode se dar apenas pela gravidade.
Custo elevado. Instalações com vãos muito extensos.
Mista Combina as vantagens de dois tipos diferentes de comportas;
Em aplicações de superfície, permite regulação sensível do nível do reservatório.
Aumenta o custo; Não é possível utilizar para certas aplicações; Ocupa mais espaço físico.
Aplicações específicas (ajustes sensíveis de níveis).
Múltipla Reforça as vantagens de uma comporta.
Aumenta o custo; Ocupa mais espaço físico; Mantém as mesmas desvantagens.
Eclusas.
Fonte: Adaptado de ERBISTE, 2002.
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• ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7259: Comportas hidráulicas – Terminologia. Rio de Janeiro. 2001
• __________________. NBR 8883: Cálculo e fabricação de comportas hidráulicas. Rio de Janeiro. 2008
• __________________. NBR 12283: Fabricação de comportas hidráulicas. Rio de Janeiro. 1991
• __________________. NBR 12289: Seleção de comportas hidráulicas para pequenas centrais hidrelétricas (PCH). Rio de Janeiro. 1991
• __________________. NBR 13115: Recepção de comportas hidráulicas. Rio de Janeiro. 1994
REFERÊNCIAS
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• BRAZILIAN GIFT, 2005. Disponível em: <http://tferraz.wordpress.com/arte/2005-_-brazilian-gift/brazilian-gift-the-flood-experience-i/>. Acesso em: 15 de set. 2011.
• BEMAINDUSTRIAS, 2009. Disponível em: <http://www.bemaindustria.com.br/prod_vis.aspxid=98>. Acesso em: 01 de set. 2011.
• CELAN, 2010. Disponível em: < http://www.celan.com.br/website_seband/wfVideo.aspx >. Acesso em: 30 de ago. 2011.
• CESP, 2009. Disponível em: < http://www.maxpressnet.com.br/e/cesp/cesp_23-10-09.html >. Acesso em: 01 de set. de 2011
• EHENGENHARIA, Disponível em: < http://www.ehengenharia.com.br >. Acesso em: 22 de ago. 2011.
REFERÊNCIAS
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• ERBISTE, P. C. F.; ELETROBRÁS. Comportas hidráulicas. Rio de Janeiro: Ed. Interciência, 2002. 394 p.
• FIBRAGEL, 2010. Disponível em: <http://www.fibragel.com.br/peca.php> Acesso em: 10 de set. 2011.
• FOTOS DO BRASIL, 2010. Disponível em: <http://www.fotosdobrasil.fot.br/Alta/Sul/Parana/Itaipu.htm >. Acesso em: 10 de set. 2011.
• GFORUM, Disponível em: <http://www.gforum.tv/board/1278/277257/barreira-de-maeslant.html>. Acesso em: 15 de set. 2011.
• HACKER, 2011. Disponível em: <http://www.hacker.ind.br/produtos_hidromecanicos_comportas.php>. Acesso em: 09 de set. 2011.
REFERÊNCIAS
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• HFONTAINE, Disponível em: <http://www.hfontaine.com.br/comportas_stoplog.asp>. Acesso em: 15 de set. 2011.
• HYDROSTEC – D40, 2008. Disponível em: < www.hydrostec.com.br/catalogos/D40-32-0-P.pdf >. Acesso em: 05 de set. 2011.
• HYDROSTEC – D50, 2008. Disponível em: < http://www.hydrostec.com.br/catalogos/D50-33-0-P.pdf >. Acesso em: 23 de ago. 2011.
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REFERÊNCIAS
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• IESA, 2005. Disponível em: <http://www.iesa.com.brinformativo/062005 >. Acesso em: 22 de ago. 2011.
• ITAIPU, 2011. Disponível em: <http://www.itaipu.gov.br/sala-de-imprensa/foto/movimentacao-stop-log> Acesso em: 11 de set. 2011.
• MARTINS, J. R. S. Construções Hidráuilicas - Projeto de Barragens, 2010. Disponível em: <www.phd.poli.usp.br>. Acesso em: 11 de set. 2011
• PANORAMIO, 2009. Disponível em: < http://static.panoramio.com/photos/results/> Acesso em: 02 de set. 2011.
• OLHAR DIRETO, 2010. Disponível em: <http://www.olhardireto.com.br/noticias/exibir.asp?id=100800ml>. Acesso em: 15 de set. 2011.
REFERÊNCIAS
Universidade Tecnológica Federal do Paraná - Departamento Acadêmico de EletrotécnicaCurso de Engenharia Industrial Elétrica - Ênfase em Eletrotécnica
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• SCHREIBER, G. P. Usinas hidrelétricas. São Paulo: E. Blücher, 1978. 238 p.
• SOUZA, Zulcy de. Centrais Hidro e Termoelétricas. São Paulo: Edgard Blücher, 1983.
• SPANISH DICT, 2011. Disponível em: <http://www.spanishdict.com/answers/180792/worlds-landscapes-landscapes-in-the-americas-5> Acesso em: 13 de set. 2011.
• Usina Hidrelétrica de Itaipu – Principais Características Técnicas. Cartilha de visitantes, 2004.
• TUCURUÍ, 2011. Disponível em: <http://cidadedetucurui.com/INICIO/USINA_HIDRELETRICA_TUCURUI/VERTEDOURO/vertedouro.htm>. Acesso em: 15 de set. 2011.
REFERÊNCIAS