Simulação numérica da formação de vórtices em tomadas de água em hidrelétricas

• Ano de defesa: 2014
• Autor(a) principal: Neves, Sérgio Leonardo
• Orientador(a): Oliveski, Rejane De Césaro
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Vale do Rio dos Sinos
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
• Departamento: Escola Politécnica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: CFD; Submergência; Tomada d’água; Usinas hidrelétricas; Vórtice
• Palavras-chave em Inglês: Submergence; Water intake; Hydroelectric; Vortex
• Área do conhecimento CNPq: ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica
• Link de acesso: http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/3109

A contribuição da energia hidráulica na matriz energética nacional, segundo o Balanço Energético Nacional de 2011, é de aproximadamente 88,8%. Apesar da tendência de aumento de outras fontes energéticas, tais como: térmica, eólica, solar, tudo indica que a energia hidráulica continuará sendo, por muitos anos, a principal fonte geradora de energia elétrica do Brasil. Antes de se tornar energia elétrica, a energia hidráulica deve ser transformada em energia cinética que através de uma turbina é convertida em energia mecânica. Como último elemento do sistema, um gerador acoplado a turbina gera energia elétrica onde é distribuída aos consumidores. A eficiência de uma usina hidrelétrica pode ser afetada pelas condições de alimentação de água para sua tomada d'água. Esta operação deve ser estável, evitando distúrbios que possam interferir no desempenho do sistema. A formação de vórtices a montante das tomadas de água são causas de perda de eficiência e podem causar danos nas instalações, provocando paradas não programadas. Por isto, a formação de vórtices deve ser conhecida e evitada. O objetivo deste trabalho é estudar o fenômeno de formação de vórtices em tomadas de água de hidrelétricas. Os resultados obtidos podem ser úteis para orientar projetos de novas instalações, ampliação de capacidade instalada de usinas em operação, e até mesmo para subsidiar as operações de usinas que possuem características que possam favorecer a formação de vórtices. Este trabalho faz parte do projeto ANEEL (PD-0394-0912/2011): "Formação de Vórtices em Tomadas De Água de Usinas Hidrelétricas", com patrocínio de Furnas Centrais Hidrelétricas S.A. e apoio do LAHE (Laboratório de Hidráulica Experimental de Furnas) e do IPH (Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul). O estudo é realizado com utilização de software comercial ANSYS-CFX, analisando diversos casos de submergência, vazão volumétrica e modelo de turbulência. O modelo matemático é composto pelas equações da conservação da massa e quantidade de movimento, assim como de suas respectivas condições de contorno. A validação dos resultados numéricos foi realizada comparando-se este com aqueles observados no modelo experimental do IPH-UFRGS em escala de tomada de água vertical desenvolvido pelo Instituto de Pesquisas Hidráulicas da UFRGS.