SISTEMA DE GESTÃO DE SEGURANÇA DE BARRAGENS. Ronaldo Rocha Ely Bernardi Renato Curto Rodrigues Renato Fujiwara Thomaz Massadi Kawauche

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1 COMITÊ BRASILEIRO DE BARRAGENS XXV SEMINÁRIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS SALVADOR, 12 A 15 DE OUTUBRO DE 2003 T92-A05 SISTEMA DE GESTÃO DE SEGURANÇA DE BARRAGENS Ronaldo Rocha Ely Bernardi Renato Curto Rodrigues Renato Fujiwara Thomaz Massadi Kawauche INSTITUTO DE PESQUISAS TECNOLÓGICAS DO ESTADO DE SÃO PAULO - IPT Rui Pires dos Santos Pedro Nunes Pereira Wagner Vicente Felix Ferreira DUKE ENERGY INTERNATIONAL GERAÇÃO PARANAPANEMA RESUMO Este artigo apresenta as características gerais de dois sistemas computacionais desenvolvidos e acrescidos ao sistema em operação há vários anos na Duke Energy Internacional Geração Paranapanema. Um dos sistemas foi desenvolvido para trabalhar em um computador de mão e visa facilitar e agilizar a coleta dos dados da instrumentação no campo, assim como executar as consistências das leituras realizadas imediatamente após a sua inserção no equipamento. O segundo sistema trabalha em conjunto com o sistema original e permite visualizar, de forma gráfica e amigável, as medidas resultantes das leituras, através de uma interface Web que pode ser acessada em âmbito mundial - por meio da Intranet da empresa. ABSTRACT This paper presents the general characteristics of two computational systems developed and added to the operational system in Duke Energy International Geração Paranapanema years ago. One of the systems was developed to run in palm tops e seeks to facilitate and speed the data collection of the field instrumentation, and also to execute the consistency of the readings just after it s insertion in the equipment. The second system works in conjunction with the original system and allows the user to see, in graphical and friendly form, the 1

2 measurements that result from the readings, by a Web inerface that can be accessed worldwide by the company Intranet. 1 - INTRODUÇÃO Embora a ruptura de grandes barragens seja uma hipótese pouco provável e de baixíssima probabilidade de ocorrência, principalmente considerando-se a grande seriedade com que são tratados os aspectos de projeto, construtivos e operacionais desses empreendimentos, tem havido uma preocupação mundial crescente com relação à segurança destes empreendimentos. O imenso potencial de perdas decorrentes de possíveis rupturas acidentais de barragens deixa clara a grande responsabilidade das concessionárias e proprietárias na operação e manutenção destes empreendimentos, assim como levanta a questão acerca do papel e quais deveriam ser as ações demandadas de órgãos governamentais, agentes privados e sociedade civil no sentido de minimizar a possibilidade da ocorrência de acidentes desta natureza. Nos paises desenvolvidos, tem havido um grande esforço de organismos reguladores, sociedade civil, associações de classe, agentes privados e governamentais, no sentido estabelecer critérios mínimos e diretrizes básicas a serem seguidas por empresas proprietárias e/ou concessionárias de barragens. No Brasil, embora essa questão seja de grande relevância, dada a existência de um elevado número de grandes barragens, não existe uma legislação específica e o assunto está sendo tratado de modo incipiente. O presente estudo partiu da necessidade de se buscar uma ferramenta tecnológica que auxiliasse no gerenciamento da segurança estrutural das oito usinas hidrelétricas, posicionadas ao longo do rio Paranapanema, cujas concessões estão sob a responsabilidade da Duke Energy Geração Paranapanema. Com este objetivo foi desenvolvido o Sistema Integrado de Gestão de Segurança de Barragens - SIGESB que possibilita a análise imediata de leituras de instrumentos de auscultação de barragens, agilizando o tempo de resposta da empresa em situações de emergência e possibilitando a adequada gestão de riscos e tomada de decisões. A instrumentação da Barragem de Canoas I foi utilizada como protótipo inicial neste desenvolvimento e os resultados alcançados serão estendidos às outras usinas sob responsabilidade da Duke Energy. O estudo foi desenvolvido no âmbito do Programa Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento do Setor Elétrico, estabelecido pela Agência Nacional de Energia Elétrica ANEEL, em convênio estabelecido pela Duke Energy Geração Paranapanema e o Instituto de Pesquisas Tecnológicas - IPT. 2

3 2 - SISTEMA DE GERAÇÃO DO RIO PARANAPANEMA A cascata de geração do rio Paranapanema é constituída por onze usinas hidroelétricas, uma em fase de construção, sendo que oito delas estão sob responsabilidade da Duke Energy. A Tabela 1 apresenta estas oito usinas, de montante para jusante, que em conjunto totalizam uma geração de 2307 MW. TABELA 1 Resumo de algumas características das barragens UHE Tipo de barragem Altura máxima e volume do reservatório Instrumentos em operação Jurumirim Concreto e terra 35 m e 13m x 10 6 m 3 Chavantes Terra 98 m / x 10 6 m Salto Grande Concreto 25 m / 44,2 x 10 6 m 3 21 Canoas II Terra e concreto 25 m / 140 x 10 6 m Canoas I Terra e concreto 29 m / 207 x 10 6 m Capivara Terra e 60 m / x 10 6 m enrocamento Taquaruçu Terra 32 m / 672,5 x 10 6 m Rosana Terra 30 m / x 10 6 m Total Entre as características mencionadas na Tabela 1, destacam-se as barragens de Capivara, Chavantes e Jurumirim, com os maiores volumes de reservatório e as barragens de Chavantes e Capivara, com as maiores alturas em relação a suas fundações. A quantidade de instrumentos instalados nas oito usinas permite avaliar o volume de trabalho envolvido nas atividades associadas à instrumentação como base para a avaliação da segurança das barragens. Informações gerais sobre as usinas do rio Paranapanema podem ser obtidas em CBDB (1982 e 2002). 2.1 BARRAGEM DE CANOAS I A Barragem de Canoas I situa-se na altura das cidades de Candido Mota (SP) e Itambaracá (PR). É constituída por uma barragem principal de terra, localizada no leito do rio Paranapanema e na margem esquerda, por uma estrutura de concreto, também localizada na região do leito do rio e por uma barragem de enrocamento com núcleo argiloso, localizada na ombreira direita. A planta de arranjo geral destas estruturas está apresentada na Figura 1. A barragem principal é de seção homogênea e dotada de um sistema de drenagem interna composto por um filtro vertical e tapete drenante sob o espaldar de jusante. Nos encontros com a estrutura de concreto e na barragem da margem direita a seção é mista, com espaldares de enrocamento e núcleo central argiloso (ver Figura 6). 3

4 Tem altura máxima sobre as fundações de cerca de 25 m e comprimento de crista de 505 m e seu vertedouro de superfície possui capacidade de extravasamento de m 3 /s. A instrumentação da barragem é constituída por piezômetros de tubo aberto, piezômetros pneumáticos, medidores de nível d água, células de tensão total tipo pneumática, medidores de recalques tipo KM, marcos de recalques superficiais, medidores triortogonais de juntas, extensômetros de hastes, pêndulos diretos, tensômetros de armadura e de concreto, termômetros e medidores de vazão. A freqüência de leitura destes instrumentos é mensal, exceção aos instrumentos elétricos de concreto e marcos de recalques superficiais que são trimestrais e anuais, respectivamente. Anualmente também são realizadas leituras nos 181 drenos das galerias internas da barragem de concreto. O total de pontos de leituras de instrumentos é 637, incluído os drenos de galerias, o que permite avaliar o grau de envolvimento das equipes nas atividades associadas à instrumentação. FIGURA 1 Arranjo geral da Usina Hidroelétrica de Canoas I 4

5 3 - SISTEMA COMPUTACIONAL A análise da instrumentação de segurança de barragens das usinas da Duke Energy era realizada a partir dos recursos disponíveis no Sistema de Segurança de Barragens (SSB), que vinha se mostrando bastante eficiente do ponto de vista da análise dos dados fornecidos pelos instrumentos. Entretanto, a atual sistemática de trabalho, muito mais dinâmica e com equipe reduzida, passou a demandar: maior confiabilidade e agilidade nos processos de coleta de dados de campo e alimentação do sistema; procedimentos mais simples na forma de apresentação dos dados; e acesso às informações por meio de rede de computadores. Neste sentido, o sistema original foi aperfeiçoado e implementado em vários aspectos, incluindo o desenvolvimento de dois sistemas que, juntamente com o sistema original, geraram o atual Sistema Integrado de Gestão de Segurança Barragens (SIGESB). Resumidamente o SIGESB é um sistema que gerencia um grande banco de dados cadastrais das barragens e seus respectivos documentos (desenhos, relatórios, especificações, dados climatológicos, níveis d água de reservatórios, etc.), e dados de instrumentação, que são todos tratados e apresentados de maneira prática para as análises das equipes de segurança. Os dois sistemas desenvolvidos estão a seguir detalhados. 3.1 SISTEMA DE COLETA DE DADOS O sistema de coleta de dados foi desenvolvido a partir da identificação do microcomputador de mão mais adequado aos trabalhos de campo, tendo como premissas a durabilidade e resistência do equipamento, e principalmente que o sistema deveria ser elaborado com base no sistema operacional Windows-CE e utilizando-se a linguagem Visual Basic, permitindo implementações e manutenções futuras com maior facilidade. ( Ver figuras 2 a 5). Dentre os vários fabricantes de equipamentos selecionou-se um coletor de dados cujas características técnicas são as seguintes: peso 0,3 kg, resistência às intempéries e à queda acidental de até 1,2 m de altura, autonomia para uso contínuo da bateria de 8 horas, tela (display) monocromática, memória RAM de 64 MB e leitor de código de barras acoplado. Este equipamento é conhecido no mercado como Palmtop. O sistema de coleta contempla os seguintes recursos: Identificação dos instrumentos das barragens através do leitor de código de barras acoplado ao coletor; Banco de dados no coletor, contendo: as últimas 12 leituras e os mínimos e máximos históricos; e informações sobre instrumentos instalados na barragem tais como, localização, situação, comentário e parâmetros de leitura; 5

6 Tela de informação sobre localização do instrumento; Telas de entrada de dados contendo as particularidades de cada tipo de instrumento; Modelo de consistência das leituras contemplando duas etapas: comparação da leitura realizada com a média mais ou menos três desvios padrão, obtidos a partir das últimas 12 leituras (L média ± 3 s); e identificação da maior e da menor leitura entre as 12 registradas e comparação com a leitura atual; Tela de visualização do conjunto das leituras, com recurso para anular leituras introduzidas de forma errônea; Transferências de resultados através de rede Intranet. FIGURA 2 - Tela de entrada do programa de coleta FIGURA 3 - Tela de identificação do instrumento 6

7 FIGURA 4 - Tela de entrada de leitura FIGURA 5 - Tela de confirmação de leitura 4 - SISTEMA DE VISUALIZAÇÃO ATRAVÉS DE INTERFACE WEB O Sistema de Visualização é uma interface Web, que permite a análise gráfica tanto das medidas dos instrumentos sobre o desenho simplificado de uma dada seção transversal quanto dos gráficos temporais das medidas de um instrumento. A solução foi desenvolvida utilizando-se o aplicativo Macromedia Flash MX, que tem como vantagens a possibilidade de uso de imagens vetoriais, layers, transparência, programação dinâmica, impressão direta e entrada de parâmetros no padrão XML (Extensible Markup Language). O arquivo gerado extremamente compacto (30kB) e é interpretado, no computador do cliente, pelo plug-in Macromedia Flash Player 6, altamente difundido na Web e que tem instalação padrão na maioria dos navegadores atuais, permitindo interação de várias maneiras. O usuário pode pré-selecionar um conjunto de até três datas, a serem analisadas em contraste com os níveis de projeto dos instrumentos em questão. Inicialmente o sistema posiciona os instrumentos sobre o desenho da seção da barragem escolhida e o usuário seleciona quais devem ter suas medidas/datas exibidas simultaneamente para análise comparativa. (Ver figuras 6 e 7). 7

8 FIGURA 6 - Tela inicial do sistema com display das medidas de um dos instrumentos 8

9 FIGURA 7 - Exibição das medidas (nível de projeto - cinza - e 3ª data) para dois instrumentos Os valores numéricos exatos para as medidas e o posicionamento dos instrumentos podem ser obtidos através do uso de comandos de mouse e teclado. Também é possível analisar a seção e/ou instrumentos em detalhes, utilizando-se comandos de ampliação (zoom-in), redução (zoom-out) e posicionamento (drag) que permitem um melhor enquadramento de uma determinada área. Quando em alguma das datas em análise as medidas estão acima dos níveis de projeto, uma seqüência animada de anéis concêntricos sobre o instrumento em questão alerta o usuário para o fato e, caso seja necessário, o gráfico temporal pode ser visualizado clicando-se sobre o instrumento. (Ver figuras 8 e 9). 9

10 FIGURA 8 - Exibição das medidas para dois instrumentos e display da posição de um instrumento FIGURA 9 - Gráficos temporais para três instrumentos com display dos valores numéricos exatos para um dos pontos 10

11 A entrada de parâmetros no sistema (informações do instrumento, seu posicionamento e medidas históricas, etc.) é feita através de um arquivo no formato XML, gerado dinamicamente por uma página em ASP (Active Server Pages, da Microsoft) a partir dos dados dos instrumentos que estão arquivados no SSB para as datas e seção de interesse. 5 - CONSIDERAÇÕES FINAIS A etapa final do projeto de pesquisa aplicada é o desenvolvimento de um programa de integração do Sistema Integrado de Gestão de Segurança de Barragens SIGESB com softwares de análise de percolação e de análise de estabilidade de taludes. A premissa básica nesta etapa final é o desenvolvimento de um programa que permita identificar as informações necessárias no banco de dados do SIGESB (leituras de instrumentos em uma certa data, níveis d água de reservatórios, seções transversais e seus respectivos materiais, parâmetros de permeabilidade e de resistências) e as transfira adequadamente para os softwares de análises. Os processamentos com os softwares específicos serão realizados fora do Sistema SIGESB e os resultados obtidos serão analisados pelos responsáveis pela segurança da barragem em conjunto com os demais recursos de análises disponíveis. O sistema de coleta de dados desenvolvido utiliza um computador de mão ( Palmtop ) e possui recursos que minimizam sobremaneira a possibilidade de que erros de leitura se propaguem pelo sistema, chamando a atenção do próprio técnico de campo para eventuais enganos cometidos, ou leituras estranhas. O sistema de visualização e análise utiliza recursos gráficos dos mais modernos, permitindo que os engenheiros responsáveis pela segurança da barragem visualizem e comparem resultados onde quer que estejam, no instante em que suas análises forem necessárias. O desenvolvimento como um todo evidencia o ganho em qualidade no que diz respeito à segurança de barragens. A vantagem fica ainda mais destacada quando as informações sobre o comportamento das barragens são disponibilizadas através da utilização de recursos de visualização por meio de páginas Web, em redes de computadores, permitindo que a análise possa ser realizada e discutida entre engenheiros distantes fisicamente entre si. Outro aspecto importante a ser destacado é quanto à qualificação da equipe de técnicos de nível médio e a sua motivação para o trabalho, pois a simplificação das etapas mais repetitivas e rotineiras disponibiliza tempo para dedicação ao entendimento dos resultados alcançados com as leituras realizadas. 11

12 6 - AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a Duke Energy International Geração Paranapanema, ao Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo e a Agência Nacional de Energia Elétrica ANEEL, pelo apoio e oportunidade de desenvolver os sistemas computacionais objeto desta pesquisa aplicada e publicação do presente artigo. Agradecem também às equipes técnicas que participaram das etapas de leituras e testes de campo com o sistema de coleta. 7 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS 1. Bernardi, E., et al. (2003). Um Sistema Integrado para Análise de Segurança de Barragens Via Páginas Web. Congresso Ibero Latino Americano de Métodos Computacionais em Engenharia CILAMCE, 24, novembro/2003, Ouro Preto MG, (a ser publicado). 2. Comitê Brasileiro de Barragens CBDB (1982 e 2002). Main Brazilian Dams I and II. Rio de Janeiro - RJ. 3. Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo e Duke Energy International Geração Paranapanema, Relatório Técnico n o Sistema de Gestão de Segurança de Barragens. Parcial, Maio de