| Summary: | === The use of mathematical modeling has been proved to be of a great value in many areas of scientific research. Associated with physical modeling, mathematical modeling enables a broad analysis of hydraulic behavior during a lock operation so that a pre-plan or even the alteration of locks that have been already constructed can result in gate operations with a better hydraulic behaviour, without jeopardizing the structures and ships in transit. The methodology of this research is composed by two fronts. The first front is the calibration of a simulation model that derives of the equations of position, velocity and acceleration of the water level inside a chamber of a lock obtained by Laplace transform in the general equation of the outflow in the locks aqueduct. The calibration occurred, in a first moment, comparing the Laplace transform with the application of the method of Runge-Kutta in its forth order and, in a second moment, by choosing the coefficients of load loss of a lock and turned effective through the comparison of the results with the data obtained from the lock hydraulic model constructed in the Laboratório de Hidráulica Experimental e Recursos Hídricos (LAHE/RJ) of Furnas Centrais Elétricas. The second front of this research consists in developing an optimization model for valve operation of a lock through a genetic algorithm. The algorithm was applied and compared to the results obtained for the Promissão lock, situated on the Tietê river, in São Paulo, by usinga model that based on the linear sequential programming or Kelleys cutting plane method. This algorithm is better applied in floodgates that have the system of opening and closing of the gates with a limited number of operation speeds because the genetic algorithm is characterized for limiting the problems variable into a finite number of values. The biggest advantages of the utilization of the algorithm are the
easy insertion of additional restrictions and the fact that the they dont need to be linearized. This optimization model was also applied to the physical model available at the LAHE/RJ. === O uso de modelagem matemática tem se mostrado de grande valia em várias áreas de pesquisa científica. Associada à modelagem física, a modelagem matemática possibilita uma ampla análise do comportamento hidráulico durante uma operação de enchimento e esvaziamento de eclusas de navegação, possibilitando, assim, um anteprojeto ou mesmo alteração em obras já existentes que resultam em leis de manobras com um melhor comportamento hidráulico, sem
colocar em risco a estrutura física e as embarcações em trânsito. A metodologia do presente trabalho compõe-se basicamente em duas frentes. A primeira é a calibração de um modelo de simulação desenvolvido a partir das equações da posição, velocidade e aceleração do nível dágua na câmara de uma eclusa de navegação obtidas por meio da solução numérica da equação geral do escoamento no seu aqueduto. A calibração ocorreu, em um primeiro momento, comparando o desempenho do modelo utilizando a transformada de Laplace com a
aplicação do método de Runge-Kutta de quarta ordem e, em um segundo momento, por meio da escolha dos coeficientes de perda de carga de uma eclusa com comparação dos resultados e os dados obtidos em um modelo físico construído no Laboratório de Hidráulica Experimental e Recursos Hídricos (LAHE/RJ) de Furnas Centrais Elétricas. A segunda frente do trabalho consiste no desenvolvimento de um modelo de otimização para manobras de eclusagem por meio de algoritmo genético, o qual foi aplicado e comparado com os resultados obtidos para a eclusa de Promissão, localizada no rio Tietê, em São Paulo, com a utilização do método de programação linear sequencial, também chamado de Kelleys cutting plane method. O modelo de otimização desenvolvido é melhor aplicável a eclusas que possuem o servo mecanismo de abertura e fechamento das comportas com um número limitado de velocidades de operação, pois o algoritmo genético possui a característica de limitar a um número finito de valores a
variável do problema. Adicionalmente, no método as restrições inseridas não têm a necessidade de serem lineares, sendo possível a inserção de restrições não-lineares. Esse modelo também foi utilizado para obtenção da lei ótima de manobra para o modelo físico de eclusa do LAHE/RJ.
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