Estudo sobre o comportamento hidráulico de vertedouros labirinto

Abstract

Resumo: A utilização de vertedouros labirinto deverá ser cada vez mais frequente em obras de pequenas e médias usinas hidrelétricas, por apresentar maior capacidade de descarga em relação ao vertedouro convencional, mantendo-se a mesma sobreelevação. Observa-se a necessidade da realização de pesquisas que esclareçam a operação de vertedouros labirinto, preenchendo uma lacuna do conhecimento do meio técnico brasileiro. Os projetos atuais procuram viabilizar soluções cada vez mais econômicas, até mesmo lançando mão de formas não convencionais. Torna-se necessário, portanto, obter maiores onhecimentos para diversas alternativas de projeto, identificando eventuais particularidades do escoamento nessas estruturas. O objetivo principal deste trabalho foi avaliar o comportamento de vertedouros labirinto, tomando como caso piloto o vertedouro labirinto da PCH Bocaiúva. A partir de uma anál se crítica realizada, foram determinadas alternativas de layout da crista do vertedouro que conferem maior ficiência em relação à capacidade de descarga e aeração, sem aumento significativo dos custos. A revisão da literatura realizada sobre o tema revelou que há um bom material bibliográfico que serve de base para a pesquisa proposta. Entretanto, foi observado também que há lacunas a serem preenchidas em termos de capacidade de descarga. Os resultados obtidos nos ensaios realizados em canal prismático retangular, nos quais foram verificados diferentes tipos de perfil da crista e comparados os comportamentos da crista em labirinto frente à crista retilínea, serviram como base para os estudos realizados em modelo reduzido tridimensional. Apresenta-se uma planilha que calcula as dimensões e principais parâmetros de projeto de vertedouros labirinto, e determina uma vazão teórica baseada no método de TULLIS et al. (1995). Como resultado, selecionam-se os principais parâmetros que devem ser levados em conta no projeto de vertedouros labirinto, baseados nas pesquisas teóricas e na comprovação experimental desse trabalho.

Abstract: The use of labyrinth spillways is expected to be increasingly usual in small and medium-sized hydroelectric power plants due to its higher discharge capacity compared to conventional spillways. There is a need of further research to clarify the flow pattern of labyrinth spillways, filling a gap in this kind of knowledge of the Brazilian technology. Current projects seek for more and more economical solutions even trying non conventional shapes. Therefore it is necessary to obtain better knowledge for various design alternatives, identifying particular flow characteristics in these stations. The main aim of this study was to evaluate the behavior of labyrinth spillways and it was taken as case study the labyrinth spillway of Bocaiuva Small Hydroelectric Plant. From a critical analysis it was determined alternative layouts of labyrinth spillway that provide higher efficiency in terms of discharge capacity and flow aeration, without signi icant additional cost. A detailed literature review about the topic showed that there is a good bibliographical material which was used as the basis for the proposed research. However, it was observed that there are gaps to be filled in terms of spillway discharge capacity. Firstly it was carried out tests with different crest profiles in a rectangular flume and then it was done comparison between behaviors of labyrinth and conventional spillways in the same laboratory flume. These test results were used as the basis for subsequent three dimensional model study. It is presented a spreadsheet that leads to appropriate station dimensions and main design parameters of labyrinth spillways, and provides the possible discharge based on TULLIS et al. (1995) method. As a result, it is pointed out a guide for future designs of labyrinth spillways based on the literature research and on the present experimental study.