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Orientador: Prof. Dr. José Junji Ota Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa : Curitiba, 19/05/2022 Inclui referências Resumo: No Brasil, será cada vez mais comum a construção de usina de baixa queda com vertedouros afogados por jusante. Essa condição pode gerar esforços hidrodinâmicos não previstos, decorrentes do impacto de oscilações do ressalto hidráulico na viga inferior da comporta segmento. Atualmente não existem metodologias para definição desses esforços. Visando contribuir com o desenvolvimento deste tema, que traz segurança no dimensionamento dessas estruturas, o presente trabalho realizou ensaios em modelo físico reduzido em escala 1:25 para medição dos esforços na viga inferior da comporta segmento. Foram verificados esforços máximos da ordem de 3.900 kN, em escala de protótipo, tanto de tração quanto de compressão, correspondentes a cerca de 19% do peso estimado da comporta. Este trabalho faz parte do projeto de P&D PD-06491-0445/2017 de título "Critério Empírico e Metodologia Computacional para a Estimativa de Esforços na Viga Inferior de Comportas Segmento Sujeitas a Ondas de Ressalto Hidráulico" desenvolvido pelo Lactec e Intertechne para Copel Geração e Transmissão S.A., no âmbito do Programa de Pesquisa e Desenvolvimento Tecnológico do Setor Elétrico regulamentado pela Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL". Abstract: In Brazil, it will be increasingly common to build low headed power plants with submerged spillways downstream. This condition can generate hydrodynamic stresses, resulting from the impact of oscillations of the hydraulic jump, on the lower beam of the segment gate. Currently, there are no methodologies to define these stresses. Aiming to contribute to the development of this theme, which brings security to the gate projects, the present work carried out tests in a 1:25 hydraulic scaled model to measure the impact in the lower beam of the radial gate. Maximum stresses of the order of 3.900 kN in prototype scale were verified, both in traction and compression. Stresses of this order represent around 19% of the estimated radial gate weight. The study is part of the P&D project PD-06491-0445/2017 "Empirical Criteria and Computacional Methodology for Estimating Forces at Radial Gate Inferior Girder Subject to Hydraulic Jump Waves" ("Critério Empírico e Metodologia Computacional para a Estimativa de Esforços na Viga Inferior de Comportas Segmento Sujeitas a Ondas de Ressalto Hidráulico"), in development by Lactec and Intertechne to Copel Geração e Transmissão S.A., as part of the Eletric Power Sector’s Research and Technological Development Program, regulated by the National Agency of Eletric Energy (ANEEL).

Orientador: Luiz Felipe Mendes de Moura Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho apresenta a utilização de um modelo numérico para a determinação das forças hidrodinâmicas atuantes em comportas planas tipo vagão, utilizadas em obras de desvio de Usinas Hidrelétricas. Para isso foi utilizado o software comercial Fluent, onde foi gerado um modelo numérico tridimensional para diversas aberturas da comporta vagão ensecadeira, a qual é responsável pelo fechamento em definitivo do desvio. A validação dos resultados numéricos foi realizada através da comparação de dados de um modelo físico reduzido previamente estudado em laboratório, onde constatou-se a correta captação e interpretação dos fenômenos hidráulicos presentes, permitindo utilizar sua metodologia para aplicações em obras semelhantes. A vazão e seu respectivo coeficiente de descarga apresentaram diferenças médias da ordem de 8%, as pressões atuantes no fundo do canal apresentam diferenças máximas de 3,6%, enquanto que os esforços hidrodinâmicos registraram diferenças médias de 7%. As maiores variações foram observadas nas menores aberturas, quando a vazão é determinada pela comporta, e as velocidades são mais altas. A título de comparação dos fenômenos hidráulicos, foram levantados os dados pertinentes a outros três ensaios físicos de túneis de desvio. Estes resultados foram comparados com o ensaio numérico e a formulação teórica, indicando que esta última, de uma forma geral, possui resultados mais conservadores Abstract: This work presents a proposal of a numerical model to determine the hydraulic forces acting in fixed wheel gates utilized in hydroelectric power plants. Fluent commercial CFD (computational fluid dynamics) software was used to generate a three-dimensional model of the hydraulic gate; different models were generated for different opening positions of the hydraulic gate. The results obtained from the numerical model were validated by comparing them to results obtained from a reduced model previously built in a hydraulic laboratory. When comparing these results it was possible to realize that the numerical model could well represent the hydraulic effects, allowing possibility of the methodology application for similar works. The volume flow and discharge coefficients presented a average variation of 8%; pressure distribution at the bottom of the canal presented a average variation of 3,6%; and hydraulic forces presented an average of 7% difference. Higher differences occurred at lowest openings, when the flow is mostly controlled by the gate and speed is higher. As a complement to the work, results from three other laboratory reduced models were compared to analytical proposals found in literature and numerical simulation results. These comparisons show that these analytical models are usually conservative Mestrado Térmica e Fluídos Mestre em Engenharia Mecânica

Submitted by Nadir Basilio (nadirsb@uninove.br) on 2020-07-31T21:22:35Z No. of bitstreams: 1 Marcos Geraldo Gomes.pdf: 1654339 bytes, checksum: a33c534e1154194372fcab5a7a7061b0 (MD5) Made available in DSpace on 2020-07-31T21:22:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcos Geraldo Gomes.pdf: 1654339 bytes, checksum: a33c534e1154194372fcab5a7a7061b0 (MD5) Previous issue date: 2020-01-28 Due to the growing scarcity of water, production and supply systems have become increasingly important to guarantee the availability and quality of this essential resource for the health and life of the population. Thus, it is essential that these producer systems adopt modern management and automation practices that guarantee the efficiency and agility of their activities in the exploitation of their natural potentials. The general objective of this case study is to analyze the adoption of artificial intelligence to improve efficiency, economic, environmental and social safety in the operation of dams, in the water-producing system of the São Paulo metropolitan region, composed of gates and tunnels and gates of downstream. This case study presents the company, which manages the six dams in this production system, which maintains operating teams twenty-four hours a day available to carry out the control and maneuvers of the entire system, moving distances of up to 120 km between the dams to carry out necessary maneuvers to meet the consumption needs of almost ten million people in the Metropolitan Region of São Paulo (RMSP). This study presents important results of economic gains in the order of U $ 51,000.00 annually with less vehicle displacement and overtime and on-call hours paid to operators. This study presents environmental gains, with the agility of maneuvers in real time saving 4.32 billion liters of water per year, this annual amount is sufficient to supply 73,000 people, in addition to lower gas emissions due to the burning of fuel from operational vehicles. And finally, it presents social gains, mitigating the flooding of the city downstream and guaranteeing the operational execution of the floodgate in order to guarantee the operationality within technical criteria with the implantation of Artificial Intelligence, in operation of dams. Devido à crescente escassez da água, os sistemas de produção e abastecimento têm se tornado cada vez mais importantes para garantir a disponibilidade e também a qualidade deste recurso essencial à saúde e à vida da população. Desse modo, é fundamental que esses sistemas produtores adotem práticas modernas de gestão e automação que garantam a eficiência e agilidade de suas atividades na exploração de seus potenciais naturais. O objetivo geral deste estudo de caso é analisar a adoção da inteligência artificial para melhoria da eficiência e segurança econômica, ambiental e social na operação de barragens, no sistema produtor de água da região metropolitana de São Paulo, composto de comportas e túneis e comportas de jusantes. Este estudo de caso apresenta a empresa, gestora das seis represas deste sistema produtor que mantém equipes de operação vinte e quatro horas por dia disponíveis para realizar o controle e manobras de todo o sistema, deslocando-se por distâncias de até 120 km entre as represas para realizar manobras necessárias para o atendimento das necessidades de consumo de quase dez milhões de pessoas da Região Metropolitana de São Paulo (RMSP). Este estudo apresenta resultados importantes de ganhos econômicos na ordem de U$$ 51.000,00 dólares anuais com menos deslocamento de veículos e horas extraordinárias e de plantão pagas aos operadores. Esta pesquisa apresenta ganhos ambientais, com a agilidade das manobras em tempo real a economia de 4,32 bilhões de litros de agua por ano, esse montante anual é suficiente para abastecer 73.000 pessoas, além de menor emissão de gases devido a queima de combustível dos veículos operacionais. E finalmente apresenta ganhos sociais mitigando inundação da cidade a sua jusante e garantindo a execução operacional da comporta a fim de garantir a operacionalidade dentro de critérios técnicos com a implantação da Inteligência Artificial, em operação de barragens.

Submitted by Leonardo Lima (leonardoperlim@gmail.com) on 2017-04-05T13:42:17Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) OLIVEIRA, Fernanda Fernandes Martins de.pdf: 12056384 bytes, checksum: e91b0257b4c44304ec33d23b859c3f3f (MD5) Made available in DSpace on 2017-04-05T13:42:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) OLIVEIRA, Fernanda Fernandes Martins de.pdf: 12056384 bytes, checksum: e91b0257b4c44304ec33d23b859c3f3f (MD5) Previous issue date: 2016-03-02 Sem bolsa O Brasil apresenta uma riqueza hidrográfica notória, com uma malha navegável de aproximadamente 27.000km e ainda cerca de 8.500km de linha costeira. Porém muitas vezes nesta vasta malha navegável existem desníveis causados por ação antrópica ou originados pela própria geomorfologia da região, que impõem a necessidade de construção de eclusas de transposição de níveis. Foram lançadas metas das Diretrizes da Política Nacional de Transporte Hidroviário para os próximos anos que preveem à construção de várias novas eclusas para fortalecer o sistema de transporte aquaviário brasileiro. Geralmente quanto menor o número de eclusas construídas para vencer um mesmo desnível maior a economia do projeto, porém isso acarreta em altas quedas, e por consequência cuidados maiores com os escoamentos mais turbulentos e com altas velocidades dentro dos aquedutos das eclusas. Logo esta pesquisa tem por objetivo analisar as pressões médias e extremas a que está submetido o aqueduto a jusante da comporta tipo segmento invertida em eclusas de navegação de alta queda, afim de conhecer as características do enchimento e do esvaziamento da câmara de transposição de nível e os esforços hidrodinâmicos que podem causar danos aos condutos. Para tanto foi implantado um modelo físico em laboratório com o objetivo de conhecer melhor as características hidráulicas e identificar padrões de comportamento que auxiliem na operação de eclusas e no aperfeiçoamento de projetos dessas estruturas. Através da análise dos dados ensaiados foi possível compreender o comportamento das pressões médias e extremas ao longo da base e do teto do conduto a partir da relação entre coeficientes adimensionais de posição e de pressão. Como comportamento característico na presente pesquisa, verificou-se que se forma próximo à comporta, para todos os graus de abertura exceto 100%, uma zona de recirculação do escoamento, com comprimento longitudinal variável, onde ocorrem às pressões mínimas, sendo que o teto recebe uma maior solicitação de pressões negativas, ou seja, de esforços de tração. Foi verificada a aplicabilidade do modelo experimental comparados com outros modelos citados nesta pesquisa, sendo que os resultados se apresentam mais coerentes para as pressões médias, do que para as pressões extremas mínimas. Logo pode se concluir que existe o risco de erosão logo a jusante da comporta, onde se concentram os esforços de tração de maior magnitude causados pelas pressões mínimas. E também que o modelo físico hidráulico na escala 1:32, provou sua validade, porém com desempenho inferior para as pressões extremas mínimas em relação aos resultados obtidos para as pressões médias. Brazil has a remarkable river richness with a navigable network of approximately 27,000 km and about 8,500 km of coastline. However, often this vast waterway mesh gaps are caused by human action or originated by the geomorphology of the region, which imposes the need to build sluices. The goals were released by the Guidelines of National Policy for Waterway Transportation in the coming years to provide the construction of several new sluices to strengthen the Brazilian water transportation system. Generally, the lower the number of sluices built to win an unevenness more money is safe in the project, but it brings to high falls, and therefore greater care with the most turbulent flows and high speeds within the aqueducts of the sluices. Soon this research analyses the medium and extreme pressures to which it is subjected downstream aqueduct of the gate inverted type segment navigation hsluicesigh fall, in order to know the filling characteristics and the emptying of the level of transposition chamber and the hydrodynamic forces, which can cause damage to pipelines. For that was implemented a physical model in the laboratory in order to better understand the hydraulic characteristics and identify behaviour patterns that assist in the operation of locks and improvement projects such structures. By analysing the tested data, it was possible to understand the behaviour of the mean and extreme pressures along the base and the conduit from the ceiling from the relationship between dimensionless coefficients position and pressure. As behaviour characteristic in the present study, there was formed next to gate for all degrees of opening other than 100%, a flow recirculation zone with the longitudinal variable length which occur at minimal pressure, and the ceiling receives a higher negative pressures request, i.e., tensile stresses. It was verified the applicability of the experimental model compared with other models cited in this research, and the results are presented more consistent to the average pressures, than to the minimum and extreme pressures. Soon this can be concluded that there is a risk of erosion, just downstream of the gate, which concentrate the greatest magnitude of tensile stresses caused by minimum pressures. In addition, that the hydraulic physical model in scale 1:32, proved its validity, but with lower performance for minimum extreme pressures in relation to the results obtained for the mean pressure.

Made available in DSpace on 2015-07-13T12:10:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-02-13. Added 1 bitstream(s) on 2015-07-13T12:25:42Z : No. of bitstreams: 1 000832833.pdf: 4220972 bytes, checksum: 353a5f1dbeadc349ae233b496566f4d4 (MD5) Este trabalho possui como principal objetivo elaborar e parametrizar uma comporta deslizante conforme norma AWWA C561. Inicialmente uma pequena revisão bibliográfica é apresentada com o intuito de fornecer o embasamento teórico necessário para realizar o projeto e a parametrização. Diversos modelos 3D são criados, com vãos de 200 x 200 mm até 1500 x 1500 mm para verificar a funcionalidade do projeto e da parametrização. Simulações em elementos finitos também foram realizadas utilizando os softwares Autodesk Inventor e ANSYS Workbench. Sendo o ANSYS um software específico para simulações em elementos finitos, os resultados obtidos no Inventor são comparados com os resultados do ANSYS para validar sua utilização quanto a obtenção de tensões de von Mises e deslocamento. Após a análise dos resultados concluiu-se que os valores simulados no Inventor são satisfatórios. Um cuidado especial deve ser tomado com a concentração de tensão encontrada na região dos apoios, onde o esforço cortante é predominante This work, presents as its main objective to create and parameterize a project of a sliding gate according to AWWA C561. Initially, a theoretical review is presented with the intention to provide the theoretical foundation needed to accomplish the project and the parametrization. Different 3D models are created with the span varying from 200 x 200 until 1500x 1500 in order to verify the workability of the project and the parametrization. Finite elements simulations are performed using the software Autodesk Inventor and ANSYS Workbench. As the ANSYS is a specific software for finite elements simulations, the results obtained using the Inventor are compared to the results using ANSYS to validate its usage when obtaining von Mises stress and displacement. After analyzing the results, it was concluded that the values found in the Inventor simulations are satisfactory. A special attention must be taken with the stress concentration on the support region, where the shear stress is predominant

A vazão em comportas planas verticais foi determinada através de vários métodos de cálculo, sendo alguns calibrados com medições realizadas em canal laboratorial. As equações testadas baseiam-se nos métodos da energia-quantidade de movimento, algumas considerando um fator de correção, e no teorema dos da análise dimensional. O estudo foi desenvolvido para as situações de ressalto hidráulico livre e submerso. Entre todas as formulações consideradas, obteve-se um erro médio geral para escoamento com ressalto livre de 4% e com ressalto submerso de 9%. Para ressalto livre, o método mais preciso gerou erros próximos de 2% e, para ressalto submerso, o método mais preciso obteve um erro médio de 4%. Foram também comparadas algumas equações de fronteira, entre o ressalto livre e submerso, tendo-se concluído que uma das equações garante maior rigor na definição dessa fronteira; ABSTRACT: Discharge in vertical sluice gates was computed by different calculation methods, some of them calibrated with measurements performed in a laboratory canal. The tested equations are based in energy-momentum method, some of them consider a correction factor, and in a method based on -theorem of the dimensional analysis. The study was developed for free and submerged flow. From all the equations considered, there were obtained an overall average error for free flow of 4% and for submerged flow of 9%. In free flow, the most accurate method obtained an error close to 2% and in submerged flow, the most accurate method an error of 4%. Were also compared some equations of distinguishing condition, which function is determine the type of hydraulic jump. One of the considered equations gave the best result and accuracy in the definition of the frontier between free and submerged flow.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:34:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-12-13Bitstream added on 2014-06-13T21:06:51Z : No. of bitstreams: 1 grando_jp_dr_guara.pdf: 1796547 bytes, checksum: c59211b10205348050e9b3a28e491cad (MD5) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Quando os cálculos dos componentes de um projeto de equipamento industrial complexo são realizados de forma analítica em geral demanda muito tempo. No caso específico da comporta segmento, os cálculos analíticos podem tomar mais de uma semana e, após isto, os dados são passados para o projetista o qual leva aproximadamente quatro a cinco semanas para execução dos desenhos apenas de sua estrutura principal. Com a proposta desta tese que consiste no desenvolvimento de um programa em APDL (ANSYS Parametric Designer Language) a fim de criar um modelo parametrizado da comporta segmento, as horas de engenharia, gastas com o projeto, serão reduzidas para 1/10 do tempo gasto anteriormente. Além disto, com o modelo parametrizado obtido, será possível realizar a otimização do projeto de forma a obter um equipamento com um mínimo de material e cujas tensões e deformações estejam dentro de limites admissíveis. Definido o modelo ótimo, deverá ser feita uma ligação entre ANSYS® e Mechanical Desktop. Isto possibilitará a elaboração dos desenhos para fabricação de forma rápida e segura. Para esta pesquisa foi escolhida uma comporta segmento, mas, após o domínio desta tecnologia, a mesma poderá ser aplicada a qualquer equipamento, com enormes vantagens e rapidez When the calculations of components industrial equipment project compound in an analytic way are accomplished, in general demand a long time. In the specific case of the radial gate, the analytic calculations can take more than one week and, after this, the data are passed for the planner, which takes approximately four or five weeks for drawings execution, just of your main structure. With the proposal of this thesis that consists of the development of a program in APDL (ANSYS Parametric Designer Language) in order to create a parameterizated model of the radial gate, the hours of engineering, worn-out with the project, they will reduced for 1/10 of the time spend previously. Besides, with the model obtained parameterizated, it will be possible to accomplish the optimisation of the form project to obtain equipment with a minimum of material and whose tensions and deformations are inside of acceptable limits. Defined the great model, it should be made a connection between ANSYS® and Mechanical Desktop. This will make possible the elaboration of the drawings for production in a fast way and it holds. For this research, it was chosen a radial gate, but, after the domain of this technology, the same can be applied for any equipment with enormous benefits and rapidity

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em Estruturas). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em Estruturas). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010