https://hdl.handle.net/1884/39834 2026-05-30T09:38:32Z https://hdl.handle.net/1884/78230 O impacto da pouca informação hidrológica no dimensionamento energético de aproveitamentos hidrelétricos Resumo: A implantação de um aproveitamento hidrelétrico exige investimentos de grande vulto, e respostas às questões típicas do empreendedor - investir ou não?; gerará os benefícios esperados ou não? - são fundamentadas em informações cuja confiabilidade nem sempre é a desejável. As informações obtidas a partir da rede hidrométrica possuem um peso significativo na decisão sobre a viabilidade financeira de uma usina hidrelétrica, visto que se constituem na base de estudos que determinam vários aspectos dos benefícios e custos envolvidos. A presente dissertação, através de um estudo de caso, verifica os impactos no desempenho econômico-financeiro de um empreendimento avaliado com base em informações hidrológicas obtidas por diferentes metodologias usualmente utilizadas para a obtenção de séries de vazões médias mensais em locais com escassez de dados hidrométricos. São analisados os métodos de transferência direta (relação entre áreas de drenagem e entre vazões médias de longo termo), correlação e o modelo determinístico de transformação chuva-vazão SMAP, considerando-se diferentes cenários de disponibilidade de dados. Os resultados obtidos são analisados em termos de vazões características, capacidade instalada e parâmetros econômico-financeiros. No estudo efetuado, a vazão média de longo termo foi satisfatoriamente reproduzida por todas as metodologias e cenários. Porém, quando analisada a permanência das vazões médias mensais, verificou-se que os métodos de transferência direta utilizados tendem a descaracterizar hidrologicamente a região em estudo, impondo a ela as condições hídricas da origem dos registros, enquanto que as séries obtidas por correlação e pelo modelo SMAP apresentaram uma melhor adequação. Constatou-se, também, que a disponibilidade de dados na bacia em estudo levou à obtenção de séries de vazões médias mensais que reproduziram, de maneira mais satisfatória, a série histórica disponível para o local. O dimensionamento energético do aproveitamento, considerando sua operação integrada ao sistema, resultou em valores de capacidade instalada sensivelmente diferentes para os casos analisados, sendo que, considerando a sua operação isolada do sistema, esta variação apresentou-se ainda mais significativa. Na avaliação dos parâmetros econômico-financeiros verificou-se que a aplicação do Mecanismo de Realocação de Energia produz uma significativa redução dos riscos hidrológicos, porém, não os elimina. Na determinação do fluxo de caixa, principal instrumento de avaliação da viabilidade do empreendimento, constatou-se a ocorrência de reflexos devidos à adoção das diferentes séries de vazões médias mensais estabelecidas neste estudo, sendo que estes reflexos representam um "novo risco" que não deve ser desprezado. Entretanto, através de uma análise de sensibilidade, verificou-se que este "novo risco" resultou em magnitude e peso que não diferem significativamente dos demais riscos já conhecidos e normalmente avaliados pelo investidor, e não necessariamente chega a proporcionar uma base falsa para a tomada de decisão.; Abstract: The implementation of a hydroelectric scheme demands the investment of large sums, and the answers to the entrepreneur’s typical questions — to invest or not?; will it generate the expected benefits? — are based upon information whose reliability is not always as desired. The data obtained from the hydrometric network have a significant weight in the decision on the economical feasibility of a hydroelectric powerplant, as they constitute the basis for studies through which several aspects of the involved costs and benefits are determined. The present dissertation evaluates, through a case study, the impacts on the economical-financial performance of a project of hydrological data obtained by different methods which are commonly used for the determination of monthly mean flow series in places with scarce hidrometric data. The Direct Transfer (ratio between drainage areas and between long term meanflows) and Correlation methods, as well as the SMAP deterministic transformation model were analyzed, considering different scenarios of data availability. The obtained results were analyzed in terms of characteristic flows, installed capacity and economical-financial parameters. In this study the long term mean flow was satisfactorily reproduced by all methods in every scenario. However, when the permanence of the monthly mean flows was analyzed, it was found that the Direct Transfer methods tend to discharacterize the studied region, from the hydrological point of view, by imposing to it the hydrological conditions of the origin of the data. In this respect, the series obtained by correlation and by the SMAP model showed a better adequacy. It has been found also that a greater data availability in the studied basin resulted in significant improvements in the obtained series. The energetic dimensioning of the plant, considering its operation within an integrated generation system, resulted in considerably different values of installed capacity and primary energy for the analyzed cases. The variations were even greater when independent operation was considered. In the evaluation of the economical-financial parameters it was verified that the application of the Energy Realocation Mechanism produces a significant reduction of the hydrological risks, although it does not eliminate them. In the determination of the cash-flow, the main instrument for the evaluation of a project’s feasibility, it was found that, although the reflex of the differences which exist between the various monthly meanflow series determined in this study represents a new risk factor which should not be neglected, its magnitude and weight does not differ significandy from the several other risks, which are normally known and evaluated by the investor, and thus does not necessarily constitute a false decision basis. Orientador: Prof. Fábio Ramos; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Curso de Pós-Graduação em Engenharia Hidráulica. Defesa: Curitiba, 24/10/2000; Inclui referências: p. 180-185 2000-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/79533 Geração univariada de vazões diárias por métodos diretos Resumo: Geração de séries sintéticas de vazões diárias podem ser utilizadas em hidrologia em, por exemplo, simulação de vazões máximas ou refinamento de decisões obtidas com simulação mensal. A dissertação visa a criação de modelos de geração de séries diárias de vazões que resolvam os problemas comumente encontrados neste tipo de modelos: a não preservação, ao mesmo tempo, da forma das hidrógrafas encontradas no histórico e das estatísticas mensais. Para comparação com os modelos propostos, geraram-se vazões pelos seguintes modelos existentes: de QUIMPO (1968), de PAYNE et al. (1969), modelos shot noise (WEISS, 1977), de modelo Diana (KELMAN et al., 1983), SARGENT (1979), modelo não paramétrico de YAKOWITZ (1979) e método dos fragmentos (SVANIDZE, 1980). A estação fluviométrica utilizada para a geração de séries foi a de Rio dos Patos, no Paraná, com período de dados indo de 1931 a 1993. Os modelos propostos são basicamente dois: MSD (Modelo Simplificado de Desagregação) e MMD (Modelo Modificado de Desagregação). Eles são baseados no método dos fragmentos, e podem sofrer variações quanto à série original das vazões ou, para o modelo MMD, quanto à ordem. Os testes realizados mostraram que os modelos não-paramétricos - Diana, de Yakowitz, dos fragmentos e os propostos - saíram-se, na maioria dos casos, melhor que os modelos paramétricos (os restantes), por preservarem com maior eficiência as características da hidrógrafa. E as estatísticas mensais foram bem preservadas pelos modelos propostos, tendo sido portanto alcançado o objetivo da dissertação.; Abstract: Generation of synthetic series of daily flows can be utilized in hydrology in, among others, maximum flow simulation or decision refinement taken with monthly simulation. The dissertation aim is the creation of daily flows generation models which resolve the common problems of these kind of models: they do not preserve, at the same time, the temporal series form of daily flows and monthly statistics. To compare with the proposed models, daily flows series were generated by these existent models: QUIMPO (1968), PAYNE et al. (1969), shot noise models (WEISS, 1977), Diana model (KELMAN et al., 1983), SARGENT (1979), YAKOWITZ (1979) and fragments model (SVANIDZE, 1980). The gaging station utilized was Rio dos Patos, with data period 1931/1993. The proposed models are basically two: DSM (Disaggregation Simplified Model) and DMM (Disaggregation Modified Model). They are based on fragments method, and can change because of the original series of flows or, for the DMM, because of the model order. The tests made showed that the nonparametric models (Diana, YAKOWITZ and the proposed models) preserve more efficiently the temporal series form of daily flows. The monthly statistics were well preserved by the proposed models, consequently the dissertation aim was reached. Orientador: Fabio Ramos; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Hidráulica. Defesa: Curitiba, 19/08/1997; Inclui referências: p. 138-141 1997-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/78232 Simulação física do transporte de sedimentos e assoreamento em reservatórios - caso da Usina Hidrelétrica Melissa Resumo: O uso de modelos hidráulicos reduzidos é, indiscutivelmente, um procedimento clássico e útil para a solução de problemas de engenharia de obras hidráulicas. Entretanto, quando o sedimento é envolvido, existe uma falta de experiência para boas simulações dos processos de transporte e de deposição. O Centro de Hidráulica e Hidrologia Prof. Parigot de Souza - CEHPAR já teve que conduzir testes convencionais para estudar o movimento de sedimentos (para os estudos de Itaipu, Mascarenhas e Itapebi), mas foram encontradas muitas dificuldades. Então, o desenvolvimento dessa técnica foi considerado importante e foi conduzido um extensivo trabalho experimental. Este estudo apresenta uma simulação física baseada no critério de semelhança de Froude, em um modelo reduzido construído na escala 1:50. A existência de efeitos de escala era previsível, mas os testes foram considerados importantes para o entendimento do padrão que se processa a sedimentação. A usina tomada como estudo de caso apresenta um problema real de assoreamento. Os dados para o modelo foram providenciados pela COPEL, que é a proprietária da obra. Como material móvel do leito foi utilizada a serragem de imbuia selecionada e tratada. Os testes mostraram sérios problemas relacionados ao modo de transporte e processo de alimentação. Foram obtidas importantes conclusões sobre os efeitos da granulometria do material móvel, posicionamento do alimentador de sedimentos e sobre a forma de transporte e deposição. Depois de se obter alguma deposição do material móvel, foram conduzidos alguns testes de limpeza do reservatório para verificar a eficiência dos descarregadores de fundo. Observou-se que a limpeza é difícil e só ocorre com o rebaixamento do nível de água do reservatório.; Abstract: The use of reduced scale models is an undoubtedly useful classical procedure for solution of engineering problems in hydraulic structures. However, when sediments are involved, there is a lack of experience for good simulations of their transport and deposition processes. The Centro de Hidráulica e Hidrologia Prof. Parigot de Souza - CEHPAR had to carry out conventional model tests for study of sediment movements (studies for Itaipu, Mascarenhas e Itapebi plants), but many difficulties were encountered. Then the development of this technique was considered important and an extensive experimental study was carried out. This study presents a physical simulation carried out in an undistorted 1:50 scale model based on Froude similarity criterion. The existence of scale effects was predicted but the tests were considered important for understanding the sedimentation pattern. The power plant taken for case study presents a real problem of sedimentation. The data for the model were provided by its owner COPEL. Sieved and treated imbuya sawdust was used as movable bed material. The tests showed serious problems of transport pattern and of material feeding process. Important conclusions on the effects of sediment size, sediment feeder position, and transport and deposition pattern were obtained. After setting some deposition of material, it was carried out a few sediment flushing tests for verifying bottom outlet efficiency. Sediment flushing is difficult and it is only possible with lowering the reservoir water level. Orientador: Prof. José Junji Ota; Coorientador: Eng. Paulo Henrique Povh; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Curso de Pós-Graduação em Engenharia Hidráulica. Defesa: Curitiba, 30/08/2002; Inclui referências: p. 119-121 2002-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/78221 Solução analítica das taxas de resfriamento e correntes de densidade em lagos de resfriamento de usinas térmicas Resumo: O aumento da demanda por energia, acompanhado das exigências de proteção ambiental, requerem o desenvolvimento de meios eficientes de se dispor da energia perdida como calor na conversão termelétrica. A dispersão do calor residual do condensador no ambiente é realizada em ciclo aberto (uso de um rio) ou ciclo fechado (lagos de resfriamento). Os lagos de resfriamento são convenientes para a rejeição de calor quando as restrições ambientais inviabilizarem o ciclo aberto que é mais econômico. O lago de resfriamento normalmente tem um formato irregular, decorrente da topografia da área onde foi realizado o barramento. É comum que o lago apresente vários braços que não estejam no corpo principal do lago de resfriamento. Os braços do lago de resfriamento são muito eficientes na dissipação de calor para a atmosfera, porque os gradientes verticais de temperatura e estratificação induzem correntes de densidade que transportam o calor rejeitado do condensador para o interior destes. O lançamento da descarga térmica no corpo d’água provoca a estratificação térmica e, consequentemente, correntes de densidade. São formadas duas correntes bem definidas de fluxo. Uma superior e outra inferior, movendo-se em direções opostas; a superior aquecida e "mais leve" pode chegar à temperatura de equilíbrio do corpo d'água, se o comprimento do braço for longo o suficiente para dissipar para a atmosfera o calor transportado pela água. Se o comprimento do braço não for suficiente para dissipar a quantidade de calor transportada pela corrente superior, então haverá a recirculação do fluxo aquecido para a corrente inferior. Apresentamos uma solução analítica para o sistema de equações de Navier-Stokes representando o escoamento bi-dimensional em regime permanente das correntes de densidade em braços de lagos de resfriamento. As equações governantes são as equações de conservação de massa, quantidade de movimento, energia e equação de estado que relaciona a temperatura com densidade da água. O procedimento envolve a integração das equações governantes segundo a vertical usando perfis de similaridade para a distribuição da temperatura da água e velocidade. Com o processo de integração segundo a vertical, o sistema de equações diferenciais parciais é reduzido a um sistema de equações diferenciais ordinárias com solução analítica. A descarga induzida pela diferença de densidades e a variação longitudinal da temperatura superficial da água são derivadas da solução analítica. A solução apresenta as expressões da perda de calor no braço do lago, a vazão afluente ao braço (induzida unicamente pelo gradiente de densidade), o comprimento de equilíbrio e a vazão e temperatura da corrente de recirculação. A solução analítica fornece: (1) a obtenção de grupos adimensionais que caracterizam o transporte de calor por correntes de densidade, (2) estimativas de desempenho do lago de resfriamento e (3) representação dos processos hidrodinâmicos, fundamentais para o conhecimento dos impactos ambientais do lago. A solução analítica é muito conveniente para o estudo ambiental do lago de resfriamento, fornecendo escalas e magnitudes dos processos hidrodinâmicos e térmicos no lago, bem como informação de primeira ordem para a validação de modelos numéricos tridimensionais para simulação destes processos.; Abstract: The increasing demand for energy, along with the requirement for environmental protection, have entranced the need to develop improved means of disposing waste heat from thermal plants. The dispersion of waste heat from the cooling system into the environment is done either as an open-cycle (use of a river) or a closed-cycie (cooling lake). The cooling lakes are convenient for waste heat disposal when the environmental restrictions do not allow the open-cycle, which is usually cheaper. The cooling lake has an irregular plan shape, resulting from the topography of the dam valley. Usually the cooling lake has many sidearms, which are not part of the main through-flow of cooling lake. The sidearms are more efficient on dissipation of heat for the atmosphere, because of the vertical temperature gradients and stratification, which induce density currents that advect waste heat into the sidearm. The circulation current has two layers, which move in opposity directions; the upper layer carries warm water and can reach the equilibrium temperature of the body water, if the length of sidearm is sufficiently long for to dissipate heat advected by water for the atmosphere. An analytical solution for the system of Navier-Stokes equations is presented herein. The governing equations are the continuity equation, the momentum equation, the energy equation and state equation that relate the temperature with the density water. The procedure involved the integration of the governing equations in the vertical, using similarity profiles for the distribution of the temperature of water e velocity. With the procedure of integration in the vertical, the partial differential equations system is reduced to an ordinary differential equations system,, with analytical solution. The solution presents the expressions of the loss heat on the sidearm, the affluent flow on the sidearm (induced by density currents), the equilibrium length and the flow and temperature of the circulation current. The analytical solution provides: (1) adimensional groups which describe the heat transport by density currents, (2 ) evaluation of cooling lake performance and (3) representation of the hydrodynamics procedures which are fundamentals for the knowledge of the environmental impacts of the lake. The analytical solution is very convenient for the environmental study of cooling lakes, providing scales and magnitudes of the mass and thermal sources, providing first order information to check numerical density current models. Orientador: Prof. PhD. Alexandre Kolodynskie Guetter; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Curso de Pós-Graduação em Engenharia Hidráulica; Inclui referências: p. 146-152 2001-01-01T00:00:00Z