Simulação física do transporte de sedimentos e assoreamento em reservatórios - caso da Usina Hidrelétrica Melissa

Abstract

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.