Características hidráulicas do escoamento em um vertedouro de calha lisa

Abstract

Barragens são estruturas que funcionam como uma barreira artificial para reter o fluxo d’água a fim de produzir energia elétrica, abastecimento, irrigação ou retenção de sólidos. Todavia, toda estrutura é passível de gerar riscos devido a má execução ou conservação inadequada, o que torna essencial realizar estudos prévios com foco em aumentar a segurança e evitar um possível situações de rompimento ou deterioração da construção. A prevenção de potenciais danos às superfícies hidráulicas, vital para a segurança de reservatórios e barragens, é uma das principais preocupações pois, quando não planejadas, resultam em prejuízos financeiros e custos excessivos de manutenção para os operadores do sistema. O estudo de parâmetros hidráulicos para vertedouros de barragens assume um papel fundamental na mitigação de danos e riscos, devido a possíveis variações significativas de pressão e velocidade ao longo do fluxo vertente. Este estudo visa identificar o potencial de danos, principalmente causados por cavitação, nos vertedouros de calha lisa, através de dados obtidos da Usina Hidrelétrica de Furnas utilizando o software SpillwayPro desenvolvido pelo US Bureau of Reclamation (USBR), em conjunto da análise das características geométricas da superfície vertente para diferentes vazões vertidas. Foram analisados parâmetros hidráulicos como pressões médias, velocidades médias e índices de cavitação ao longo das superfícies de concreto. Os resultados foram comparados com dados de um modelo na escala reduzida de 1:45, obtidos pelas Eletrobras-FURNAS, em conjunto de limites estabelecidos na literatura para identificar a ocorrência dos danos no vertedouro examinado. Com isso, foram encontrados dados coerentes para os parâmetros, condicionados as limitações das duas abordagens, que poderão servir na determinação de zonas críticas à estrutura, mas que não devem ser considerados como uma abordagem totalmente precisa, sendo recomendável recorrer a outros métodos caso seja necessário atingir tal objetivo.

Dams are structures that function as an artificial barrier to retain the flow of water in order to produce electricity, supply, irrigation or retain solids. However, every structure is likely to generate risks due to poor execution or inadequate conservation, which makes it essential to carry out prior studies focused on increasing safety and avoiding possible situations of rupture or deterioration of the construction. The prevention of potential damage to hydraulic surfaces, vital for the safety of reservoirs and dams, is one of the main concerns because, when unplanned, they result in financial losses and excessive maintenance costs for system operators. The study of hydraulic parameters for dam spillways plays a fundamental role in mitigating damage and risks, due to possible significant variations in pressure and velocity along the stream flow. This study aims to identify the potential for damage, mainly caused by cavitation, in smooth channel spillways, through data obtained from the Furnas Hydroelectric Plant using the SpillwayPro software developed by the US Bureau of Reclamation (USBR), together with the analysis of geometric characteristics of the slope surface for different flow rates. Hydraulic parameters such as average pressures, average speeds and cavitation rates along the concrete surfaces were analyzed. The results were compared with data from a model on a reduced scale of 1:45, obtained by Eletrobras FURNAS, using a set of limits established in the literature to identify the occurrence of damage in the examined spillway. As a result, coherent data were found for the parameters, subject to the limitations of the two approaches, which could be used to determine critical areas for the structure, but which should not be considered a completely accurate approach, and it is recommended to resort to other methods if necessary achieve that objective.