ASPECTOS DO DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DO CANAL DE DERIVAÇÃO DA UHE BELO MONTE

Transcrição

1 ASPECTOS DO DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DO CANAL DE DERIVAÇÃO DA UHE BELO MONTE

2 AMAZONAS PARÁ VOLTA GRANDE DO XINGÚ MATOGROSSO ALTAMIRA UHE BELO MONTE - LOCALIZAÇÃO

3 UHE BELO MONTE - ARRANJO GERAL

4 CANAL DE DERIVAÇÃO - PLANTA

5 CANAL DE DERIVAÇÃO TALUDE TÍPICO

6 CANAL DE DERIVAÇÃO CARACTERÍSTICAS Comprimento... ~16 km Largura do fundo m Elevação do fundo... 75,0 Lâmina típica m Largura típica da superfície livre... ~340 m Vazão de adução m³/s Velocidade média do fluxo... ~2,5 m/s Tensão tangencial média (unidimensional) N/m² Perda de carga... 2,05 m Declividade dos taludes laterais... 2,5 H : 1,0 V Largura das bermas nos taludes... 6,0 m Elevação das bermas nos talude... 84,0 e 93,0 Revestimento... enrocamento

7 PARAMETROS DE RUGOSIDADE Tipo de Superfície Cenário Básico (Ks) Fundo revestido com material 5D 35,67 Superfícies revestidas com material 5D 34,0 Taludes escavados em rocha 32,0 PONDERAÇÃO - LOTTER KS Ks 1 PRh 1 5 / 3 1 Ks2P2 Rh P T Rh T 5 / / 3 Ks 3 P Rh 3 5 / 3 3

8 SELEÇÃO DE EIXOS ETAPA DE DIMENSIONAMENTO DISTRIBUIÇÃO DE PERDA DE CARGA (ENERGÉTICO) Canal de Derivação Reservatório Intermediário Circuito de Adução Canal de Fuga PERDA DE CARGA NO CANAL DE DERIVAÇÃO PROGRAMA DE OTIMIZAÇÃO DA SEÇÃO DO CANAL (volumes de escavação em solo, rocha e custos de revestimentos) CÁLCULO DE REMANSO HEC RAS

9 Nível (m) Tensão Tangencial (N/m²) Nível (m) 97.5 NÍVEIS DE ÁGUA E ENERGIA VELOCIDADES E TENSÕES TANGENCIAIS Distancia (m) NA (m) NE (m) ANÁLISE UNIDIMENSIONAL Distancia (m) Velocidade (m/s) Tensão Tangencial (N/m²)

10 MATERIAIS DE REVESTIMENTO PISO 5D D50 entre 10 e 15 cm D90 entre 15 e 20 cm TALUDES 5D D50 entre 16 e 30 cm D90 entre 25 e 55 cm Resistência à erosão Método de Grass-Gessler Análise estatística de estabilidade Material 5D aplicado no piso 44 N/m² Material 5D aplicado no talude 56 N/m²

11 ANÁLISES NUMÉRICAS (CFD) ESTUDO DAS CURVAS Laboratório de hidrosistemas Illinois (Prof Marcelo Garcia) ANÁLISE NUMÉRICA DE TODO O CANAL Software: TELEMAC Águas rasas ( bidimensional ) Utilização de 10 camadas na profundidade Cerca de elementos Identificação dos trechos mais críticos do canal ANÁLISES DO TRECHO MAIS CRÍTICO DO CANAL Software Ansys-Fluent Tridimensional (equações de Reynolds) Modelo de Turbulência (comprimento de mistura e k-e) Cerca de elementos

12 TENSÕES TANGENCIAIS (N/m²) VELOCIDADES (m/s) MODELAGEM COM TELEMAC

13 VELOCIDADES (m/s) TENSÕES TANGENCIAIS (N/m²) MODELAGEM COM ANSYS FLUENT

14 ANALISES NUMÉRICAS CONCLUSÕES Modelo com TELEMAC resultou em regiões com concentração de velocidades (chegando a cerca de 3,5m/s) no trecho com curvas. No trecho retilíneo as tensões tangenciais resultaram da ordem de 20 a 25 N/m² sendo nos trechos mais críticos (curva 4) chegou a 40 N/m². Modelo com Ansys-Fluent resultou em tensões tangenciais na curva 4 da ordem de 40 N/m².

15 ESTUDOS EM MODELO HIDRÁULICO REDUZIDO Estudos realizados no Lactec-Cehpar Estudo através de dois modelos Canal Piloto (1:10) Trecho curvo do canal (1:70)

16 Canal Piloto (1:10) MODELO HIDRÁULICO REDUZIDO estudos de estabilidade dos materiais de revestimento 5D e 5D Canal com 1,0 m de largura, lâmina de 0,6 m e 30 m de comprimento Trecho central (5 m) com pista para estudos dos materiais e visualização lateral do fluxo Lâminas de 6,0 m menores que as de protótipo (21,0 m) Colocação dos materiais visando reproduzir as condições de campo Ensaios de longa duração (entre 24 h e 96 h) Observação visual da estabilidade do material Medição de níveis e perfis de velocidade (ADV e/ou Pitot) Em alguns ensaios levantamento topográfico de precisão com luz branca Registro fotográfico Quantificação e determinação da curva granulométrica do material transportado

17 Canal Piloto (1:10) material 5D (taludes) MODELO HIDRÁULICO REDUZIDO Ensaios com material 5D por 56 h (7 períodos de 8,0 h) com velocidade de 2,5 m/s (6,0 m de profundidade) com transporte de 307 g com decréscimo após o 4º dia sendo que a maior parte do material transportado (90%) possui diâmetro menor que 6,35 cm no protótipo. Perfis de Velocidade conduzem a tensões tangenciais da ordem de 38,4 N/m² na pista experimental.

18 Canal Piloto (1:10) material 5D (piso) MODELO HIDRÁULICO REDUZIDO Ensaio Duração (h) Velocidade Protótipo (m/s) Lâmina de referencia em protótipo (m) Quantidade de material removido no modelo (g) Tensão Tangencial no protótipo (N/m²) faixa média ,2 38 a ,5 6 1,7 26 a , ,8 20 a , a , ,0 6 24,1 - -

19 MODELO HIDRÁULICO REDUZIDO Modelo das curvas do canal (1:70) Medição de velocidades em diversas seções e cálculo de tensões tangenciais Medição de níveis de água de precisão com luz branca Registro fotográfico Avaliação das condições de estabilidade dos materiais de revestimento e reforço da curva mais crítica Estudo ainda em execução

20 VELOCIDADES OBTIDAS NO MODELO REDUZIDO CURVA 4 ESTUDO DE REFORÇO NA CURVA

21 CONSTRUÇÃO DO CANAL