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

• Main Author: Neves, Sérgio Leonardo
• Other Authors: http://lattes.cnpq.br/2395367769553765
• Language: Portuguese
• Published: Universidade do Vale do Rio dos Sinos 2015
• Subjects: ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica; CFD; Submergência; Tomada d’água; Usinas hidrelétricas; Vórtice; Submergence; Water intake; Hydroelectric; Vortex
• Online Access: http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/3109

Submitted by Maicon Juliano Schmidt (maicons) on 2015-03-23T17:32:41Z No. of bitstreams: 1 Sérgio Leonardo Neves.pdf: 2909567 bytes, checksum: a962e9493a93ecd2b5b1d0c54d5b4fef (MD5) === Made available in DSpace on 2015-03-23T17:32:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sérgio Leonardo Neves.pdf: 2909567 bytes, checksum: a962e9493a93ecd2b5b1d0c54d5b4fef (MD5) Previous issue date: 2014-06-05 === FAURGS - Fundação de Apoio da Universidade Federal do Rio Grande do Sul === 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. === According to the 2011 National Energy Balance the contribution of hydro energy in the national energy matrix is approximately 88.8%. Despite the increasing trend of other energy sources, such as thermal, wind and solar power, everything indicates that hydropower will remain for many years the main source of electric power in Brazil. Before becoming electricity, hydropower must be transformed into kinetic energy that through a turbine is converted into mechanical energy. As a final element of the system, coupled to a generator turbine generates electricity which is distributed to consumers. The efficiency of a hydroelectric plant may be affected by conditions of water supply to it’s water intake. This operation should be stable, avoiding disturbances that can affect the system performance. The formation of vortices upstream of water intakes are causes of efficiency loss and can cause damage to the premises, causing unscheduled and unplanned downtime. Therefore, the formation of vortexes must be known and avoided. The objective of this work is to study the phenomenon of vortex and its formation at water intakes in a hydroelectric station. Obtaining results may be useful in guiding the design of new facilities, expansion of installed capacity of power plants in operation, and even to subsidizing the operations of plants that have characteristics that may favor the formation of vortices. This work is part of the research project: “Formation of vortices taken in water for hydroelectric plants”, with sponsorship and support from the Furnas Hydroelectric Hydraulics Laboratory of Experimental Furnas-LAHE and the Institute of Hydraulic Research -IPH/UFRGS. The studies is conducted using commercial software ANSYS CFX-analyzing several cases of submergence, water flow and turbulence model. The mathematical model composed by the mass and momentum equations as well as their respective boundary conditions is applied to a model of vertical water intake. The validation of the numerical results is obtained from literature data with existing studies on water intakes and vortex formation, as well as a verification of results found in the scale model of a vertical water intake developed by the Institute of Hydraulic Research UFRGS.