CANAIS DE REGA COM CONTROLO POR MONTANTE E SUA …pagina-web.arbcas.pt/images/DOCUMENTOS/M RIJO 2.pdf · CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE Comportas convencionais Q Q Q Q Q FIG7.4 Comporta

CANAIS DE REGA COM CONTROLO POR MONTANTE E SUA MODERNIZAÇÃO

Manuel Rijo, [email protected]

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


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


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


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


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


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)


Comporta descarregadora. Comporta actuador eléctrico controlado por autómato


Comportas com actuadores eléctricos controlados por autómato


Comportas com actuadores eléctricos controlados por autómato


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


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


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


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


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


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


controloconduta3

cana

l

1

4


controlo

canal

Canal/conduta

5

canalcontrolo local por montante

canalsem controlo

canalcontrolo por jusante à distância

II Congresso Nacional de Rega e Drenagem

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