Viabilidade do uso de modelos físicos de pequena escala para estudos de arranjos de obras hidráulicas

Abstract

Resumo: Esta dissertação tem como objetivo verificar a viabilidade do uso de modelos físicos em pequena escala para o estudo de arranjo geral de aproveitamentos hidrelétricos. Busca-se aproximar, por baixo custo e rapidez, essa técnica de estudo das etapas iniciais do projeto básico, permitindo uma visualização de diversos arranjos para o aproveitamento antes de uma definição final. Para isso, foi realizado um estudo experimental comparando dois modelos físicos de uma mesma usina hidrelétrica, com escalas geométricas diferentes, um em escala usual - 1:100, e outro em menor escala - 1:300. O aproveitamento foi estudado com dois arranjos diferentes, para a definição do posicionamento apropriado do vertedouro. Os resultados obtidos em testes nos dois modelos foram confrontados, permitindo a comparação de níveis de água, velocidades, capacidade de descarga do vertedouro e condições gerais de escoamento. Adicionalmente, foram verificados e comparados detalhes relacionados ao projeto do vertedouro, como pressões e níveis de água ao longo da calha, mas somente para o segundo arranjo. Os efeitos de escala foram cuidadosamente estudados e as quantidades de materiais e mão-de-obra necessárias nas etapas de construção foram confrontadas, além dos aspectos construtivos dos dois modelos. O modelo em escala 1:300 é positivo em vários aspectos, tais como economia e agilidade de sua construção, entretanto este estudo mostra que existem muitas restrições em seu uso. Recomendações sobre a utilização dos resultados obtidos no modelo 1:300 são apresentadas, além de sugestões para trabalhos futuros.

Abstract: The aim of this dissertation is to verify the viability of low cost small scale modelling for studies of layouts of hydraulic structures. This technique is for initial stages of basic projects, allowing visualizations of several layouts before the final decision. Two reduced scale models of same hydroelectric plant, with different geometrical scales (1:100 and 1:300), were used for comparison. Two different layouts for the definition o f a proper location of the spillway were studied. The results obtained by tests in these two models were compared, focusing on water levels, velocities, discharge capacity of the spillway and general flow conditions. It was also verified and compared many details related to the spillway design, like pressure and water levels along the chute, but only for the second layout. The scale effects were carefully studied, and constructive aspects and quantities of material and labor spent during the construction of the models were compared. The use of 1:300 (small) scale model is positive in many aspects, such as economy and duration of its construction, but this study points out many restrictions. Recommendations about the utilization of the results obtained by 1:300 model and suggestions for future works are presented.