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CANAIS DE REGA COM CONTROLO POR MONTANTE E SUA MODERNIZAÇÃO

Manuel Rijo, rijo@uevora.pt

CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE

Q =Qmax

Controlador

Sensor Q=0

NOTA: são mais de 90% canais rega a nível mundial

i) Economia nos canais (dimens.) ii) Economia dos equipamentos iii) Exigente mão-de-obra iv) Distribuição inflexível de água v) Elevadas perdas de água com distribuições flexíveis

CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE

Comportas convencionais

Q

Q

Q

Q

Q

FIG7.4

Comporta descarregadora plana vertical

Comporta descarregadora plana inclinada Comporta de segmento

Comporta plana com chumaceira superior

Comporta plana vertical

CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE

Comportas convencionais. Comportas planas verticais manuais associadas ou não a descarregadores

i) Operação/gestão personalizada ii)Controlo muito pouco eficiente iii) Exigente mão-de-obra

CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE

Comportas convencionais. Comportas verticais do tipo vagão

Comportas verticais do tipo vagão

i) Tomadas de água EE. Controlo preciso

das alturas de água não é necessário

CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE

Comportas convencionais. Comportas AMIL (AMP)

ContrapesosFlutuadores

Q

I

Eixo de rotação

h1,E h2

A B

C

r

a

c

b

G

FIG7.5

Caudal, Q (L/s)

Per

da d

e ca

rga,

!Z

(cm

)

!z

FIG7.6

Folga do canal e perda carga das comportas. Alturas de água e altura para o regime uniforme para Qmax Princípio de funcionamento – momentos estáticos

CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE

Comportas convencionais. Comportas AMIL (AMP)

Duas comportas independentes no mesmo eixo melhor que uma única de maior modelo – segurança, folga do canal (perda de carga), calibração e pesos adicionais (IMPULSÃO SOBRE CONTRAPESOS –INDESEJÁVEL)

CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE

Comporta descarregadora. Comporta actuador eléctrico controlado por autómato

CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE

Comportas com actuadores eléctricos controlados por autómato

CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE

Comportas com actuadores eléctricos controlados por autómato

CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE

Quadro eléctrico e autómato para actuação de uma comporta e de uma tomada de água

CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE

Descarregadores

Frontal Oblíquo Bico de pato

FIG7.1

0,4 Hd

x

yy =

2 Hd

x1,85

0,85R2 = 0,2 Hd

R = 0,5 Hd

tt

p1

a) b) c)

LNECMeia lua! de círculoTopo direitoBisel

Linha de energia

Nível de montante

U2 / 2

g

H

R = p1 / 12t = p1 / 6

! = 0 ! = 0

R RR

d)

B

a

"#

2a

w

b e

d = 4a + 2b

c

a

! = 0

FIG7.2

0,4 Hd

x

yy =

2 Hd

x1,85

0,85R2 = 0,2 Hd

R = 0,5 Hd

tt

p1

a) b) c)

LNECMeia lua! de círculoTopo direitoBisel

Linha de energia

Nível de montante

U2 / 2

g

H

R = p1 / 12t = p1 / 6

! = 0 ! = 0

R RR

d)

B

a

"#

2a

w

b e

d = 4a + 2b

c

a

! = 0

FIG7.2

CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE

Descarregador em labirinto. Duplo bico de pato

COMPARAÇÃO COM AS AMIL

i) Mais baratos ii) Funcionamento mais seguro iii)Mão-de-obra local na construção

CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE

Descarregador em labirinto. Bico de pato

Comporta associada ao bico de pato – limpeza do rasto a montante e controlo ( caso do Vale do Mondego)

MODERNIZAÇÃO DE CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE

1-SCADA i)  Monitorização - alturas de água; posição comportas; caudais nas

descargas ii)  Telecomando – comportas e válvulas iii) Controlo manual à distância – caudais (cabeça de canais e descargas) iii) Visualização à distância de todo o estado hidráulico

2-CONTROLO AUTOMÁTICO (alturas de água)

3-RESERVATÓRIOS DE COMPENSAÇÃO E CONTROLO

SCADA - VANTAGENS

i) Em tempo real, disponibiliza a informação necessária à tomada de decisão, permitindo

- reduzir os caudais admitidos ao sistema hidráulico; - prestar melhor qualidade de serviço nas distribuições de água; - reduzir os custos de bombagem; -acabar com o !segredo" da gestão e operação, facilitando a formação de novos responsáveis e a definição de orientações claras para os operadores dos canais e/ou distribuidores;

ii) Permite monitorizar, em tempo real, locais, onde ocorrem por sistema valores altos/baixos de alturas de água e/ou caudais, eliminando perdas de tempo e de recursos com deslocações

iii) Monitorização de PLC´s em locais afastados NOTA: principal via de modernização dos canais com controlo por montante (EUA)

SCADA: Monitorização + controlo manual à distância

DESCARREGADORde

SuperfícieQ = f(L,H)

Q

L

H

K

(Q1 --- MONITOR)

DESCARGAde

FundoQ = f(A,H)

QH

DmaxK p

y

SIFÃOH <= HdescMax: Q = f(H,n)

H > HdescMax And H < Hmax: Q = (f(H,n)+Qmax) / 2H ! Hmax: Q = Qmax

H

nK p Qmax Hferra

Q

(Q --- CONTROLO)

(Q1 --- MONITOR)

(Q --- CONTROLO)

SCADA: Monitorização + controlo manual à distância

SCADA: Monitorização + controlo manual à distância Controlador de caudal

Controladorde

Caudal

Q = f(a1med,a2med,h1,h2)

h1

h2

(!Q)

a1status

a2status

(!T1OFF, !T2OFF)

a1

a2

a1rQr

ControladorDirecto

a2med

HMI / PC / PLC

a1med

a2r COMANDO

FIG9.5

NOTA: comporta pode estar afogada por jusante e o nível a montante pode variar mais que com as comportas tradicionais

SCADA: Monitorização + controlo manual à distância Controlador de caudal

Submersão

LivreQ h1

h2a

p1 p2

FIG9.6

p1, p2 muito pequenos - Comporta com abertura inferior associada a descarregador

p1, p2 grandes - Descarregador associado a orifício

SCADA: Controlador de caudal Comporta associada a descarregador

INICIO

h1, h2, a, CG, l

h1 !"a

µ0 = !"Cd

DESCARREGADORCOMPORTA

Cv = µ0 # 0,08! = 0,75

h2 !"!"h1 LIVRESUBMERSO

#"= -2!"$"%&'x = $(1 # h2 / h1)

x > 0,2

KF = 1 # (1 # x / ($(1 # !)))#

KF = 5x [1 # (1 # 0,2 / ($(1 # !)))#"]

Q = KF Cv l $(2g) h1(3/2)

Q = Cv l $(2g) h1(3/2)

Cv = µ0 # 0,08 / (h1 / a)Cv1 = µ0 # 0,08 / ((h1 / a) # 1)

! = 1 # 0,14 h2 / a0,40 !"! !""0,75

h2 !"!"h1 LIVRESUBMERSO

Q = l $(2g) [Cv h1(3/2) # Cv1 (h1 # a)(3/2) ]

# = # 2!"$"%&'x = $(1"#"h2 / h1)

!1 = 1 # 0,14 ((h2 # a) / a)0,40 !"!( !""0,75

x > 0,2

KF = 1 # (1 # x / ($(1 # !)))#KF = 5x [1 # (1 # 0,2 / ($(1 # !)))#"]

h2 !"!1"h1 + (1 # !() a

TOTALMENTE SUBMERSO PARCIALMENTE SUBMERSO

)1 = # 2!1"$"%&'x1 = $(1 # (h2 # a) / (h1 # a))

x1 > 0,2

KF1 = 1 # (1 # x1 / ($(1 # !())))1

KF1 = 5x1 [1 # (1 # 0,2 / ($(1 # !())))1 ]

Q = l $(2g) [KF Cv h1(3/2) # Cv1 (h1 # a)(3/2) ]

Q = l $(2g) [KF Cv h1(3/2) # KF1 Cv1 (h1 # a)(3/2) ]

FIM

SN

SN

SN

SN

SN

SN

SN

FIG9.8

h 2/a

h1/a

h 2 = h 1

ComportaDescarregador

h2 > h1 (Q !"0)

h 1/a

= 1

Comporta livre(h1 #"a; h2 !"! h1; ! = 1-0,14 h2/a; 0,40 !"! !"0,75)

Descarregador submerso(h1 < a; h2 > 0,75 h1)

Descarregador livre(h1 < a; h2 !"0,75 h1)

Comporta com submersão total(h1 #"a; h2 > !1 h1 + (1-h1)a; !1= 1-0,14 (h2-a)/a; 0,40 !"!1 !"0,75)

Comporta com submersão parcial(h1 #"a; h2 > ! h1; != 1-0,14 h2/a; 0,40 !"! !"0,75)

0 1 2 3 4 5 6

0

1

2

3

4

5

6

FIG9.7

SCADA: Controlador de caudal Soleira associada a orifício

h 2/a

h1/a

h 2 = h 1

OrifícioDescarregador

h2 > h1 (Q !"0)

h 1/a

= 1

Orifício livre(h1 #"a; h2 !"$"h1)

Descarregador submerso(h1 < a; h2 > $"h1)

Descarregador livre(h1 < a; h2 !"$"h1)

Orifício com submersão total(h1 #"a; ($"h1 + %"a) !"h2 !"h1)

Orifício com submersão parcial(h1 #"a; $"h1 < h2 < ($"h1 + %"a))

0 1 2 3 4 5 6

0

1

2

3

4

5

6

FIG9.9

INICIO

h1, h2, a, C, CF

h1 < a

Cv = CF

DESCARREGADORORIFÍCIO

LIVRESUBMERSO SUBMERSO LIVRE

TOTALMENTE SUBMERSO PARCIALMENTE SUBMERSO

FIM

h2 !"!"h1 h2 !"!"h1

!"h1 < h2 < (!"h1 + a/3)KF = 3#3/2

Q = Cv l #(2g) h1(3/2)

Q = KF Cv l #(2g) (h1 $ h2)(!) h2

Q = Cv l #(2g) [h1(3/2) $ (h1 $ a)(3/2) ]

Q = l a #(2g) 3#3/2 Cv (h1 $ h2)! ]

Q = l #(2g) Cv [3#3/2 h2 (h1 $ h2)! - (h1 $ a)(3/2)]

SN

SN SN

SN

FIG9.10

SCADA: Visualização

SCADA: Visualização

Q=Qmax.Q=0

Q=Qmax.Q=0

T2T1

Rasante

Controlador

Controlador (comporta AMIL/AMP)

Flutuador

Flutuador

Q1Q2

Controladores de altura de água tradicionais

Controlador(descarregador "bico de pato")

Q=Qmáx

Q=0

Rasante

Q=0

Q=Qmáx

T1T2

Q1Q2

Controlador

CONTROLO LOCAL POR MONTANTE

Q=Qmax.

Q=0Q=Qmax.Q=0

T2T1

Rasante

ControladorSens

or

Q1 Q2

Controlador PLC

Sens

or

Q=Qmax.

Q=0 Q=Qmax.Q=0

T2T1

Rasante

Controlador

Controlador PLC

Q1 Q2

Sens

or

Sens

or

Controlo automático. Controladores de altura de água digitais

Q=Qmax.

Q=0 Q=Qmax.Q=0

T2T1

Rasante

Controlador

Controlador PLC

Q1 Q2Se

nsor

Sens

or

Controlo automático. Controladores de altura de água digitais

Algoritmo de controlo – TIPOS i) Interligado com o SCADA, num PLC (autómato) central ii) Independente, em cada um dos PLC´s ao longo do canal

Q=Qmax.

Q=0 Q=Qmax.Q=0

T2T1

Rasante

Controlador

Controlador PLC

Q1 Q2Se

nsor

Sens

or

Controlo automático. Controladores de altura de água digitais

Algoritmo de controlo – CALIBRAÇÃO - Simulador - Modelo hidráulico de regime variável convenientemente calibrado e verificado no campo para o sistema em estudo - Ganhos de controlo – ajustados através de simulações numéricas sucessivas sobre o simulador hidráulico calibrado e verificado

canalcontrolo local por montante

canalcontrolo por jusante

MÁS SOLUÇÕES BOAS SOLUÇÕES

Soluções mistas – Controlo por montante e controlo por jusante

1.controlador automático local por montante 2.controlador automático por jusante à distância 3.bomba

4 e 5. controladores manuais de caudal

RESERVATÓRIOS DE COMPENSAÇÃO E CONTROLO

Reservatório de compensação e

controlo

cana

lca

nal

1

2 cana

l ca

nal

1

2

Reservatório de compensação e

controloconduta3

cana

l

1

4

Reservatório de compensação e

controlo

canal

Canal/conduta

5

canalcontrolo local por montante

canalsem controlo

canalcontrolo por jusante à distância

II Congresso Nacional de Rega e Drenagem