CANAIS DE REGA COM CONTROLO POR MONTANTE E SUA MODERNIZAÇÃO. Manuel Rijo,

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Mafalda Neiva de Abreu
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1 CANAIS DE REGA COM CONTROLO POR MONTANTE E SUA MODERNIZAÇÃO Manuel Rijo, rijo@uevora.pt

2 CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE Controlador Q =Qmax Q=0 Sensor 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

3 CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE Comportas convencionais Q Q Comporta plana vertical Comporta descarregadora plana vertical Q Q Comporta de segmento Comporta descarregadora plana inclinada Q Comporta plana com chumaceira superior

4 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

5 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

6 CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE Comportas convencionais. Comportas AMIL (AMP) Flutuadores I Contrapesos h1,e Q C r G Eixo de rotação h2 Perda de carga,!z (cm)!z A B a c b Caudal, Q (L/s) Folga do canal e perda carga das comportas. Alturas de água e altura para o regime uniforme para Qmax Princípio de funcionamento momentos estáticos

7 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)

8 CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE Comporta descarregadora. Comporta actuador eléctrico controlado por autómato

9 CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE Comportas com actuadores eléctricos controlados por autómato

10 CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE Comportas com actuadores eléctricos controlados por autómato

11 CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE Quadro eléctrico e autómato para actuação de uma comporta e de uma tomada de água

12 a) b) c)! = 0! = 0 CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE Descarregadores B! = 0 d = 4a + 2b 2a 0,4 H d b e c Frontal R = 0,5 H d x Oblíquo Bico de pato R 2 = 0,2 H d y x 1,85 a a y = 0,85 2 Hd w a) b) c)! = 0! = 0 " # B d) U 2 / 2g Nível de montante R 2 = 0,2 H d R = 0,5 H d p 1 Linha de energia H 0,4 H d t Bisel y Topo direito R = p 1 / 12 R t = p 1 / 6 x R x 1,85 y = 0,85 2 Hd! de círculo t d = 4a + 2b! = 0 2a " # R b e a a w Meia lua LNEC c

13 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

14 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)

15 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

16 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)

17 SCADA: Monitorização + controlo manual à distância K n p Q max H ferra H SIFÃO H <= HdescMax: Q = f(h,n) H > HdescMax And H < Hmax: Q = (f(h,n)+qmax) / 2 H! Hmax: Q = Qmax Q (Q1 --- MONITOR) K D max p y H DESCARGA de Fundo Q = f(a,h) Q (Q --- CONTROLO) K L H DESCARREGADOR de Superfície Q = f(l,h) Q (Q1 --- MONITOR) (Q --- CONTROLO)

18 SCADA: Monitorização + controlo manual à distância

19 SCADA: Monitorização + controlo manual à distância Controlador de caudal HMI / PC / PLC a 1med Q r Controlador de Caudal Q = f(a 1med,a 2med,h 1,h 2 ) a 1r a 2r Controlador Directo a 1 COMANDO a 2 a 2med (!Q) (!T 1OFF,!T 2OFF ) h 1 h 2 a 1status a 2status NOTA: comporta pode estar afogada por jusante e o nível a montante pode variar mais que com as comportas tradicionais

20 SCADA: Monitorização + controlo manual à distância Controlador de caudal Q h 1 h 2 a Submersão Livre p 1 p 2 p1, p2 muito pequenos - Comporta com abertura inferior associada a descarregador p1, p2 grandes - Descarregador associado a orifício

21 6 SCADA: Controlador de caudal Comporta associada a descarregador INICIO h 1, h 2, a, C G, l µ 0 =!"C d h2/a COMPORTA N h 1!"a S DESCARREGADOR 5 4 h2 > h1 (Q!"0) h2 = h1 SUBMERSO C v = µ 0 # 0,08 / (h 1 / a) C v1 = µ 0 # 0,08 / ((h 1 / a) # 1)! = 1 # 0,14 h 2 / a 0,40!"!!""0,75 N h 2!"!"h 1 S LIVRE SUBMERSO N C v = µ 0 # 0,08! = 0,75 h 2!"!"h 1 S LIVRE 3 Descarregador Comporta # = # 2!"$"%&' x = $(1"#"h 2 / h 1)! 1 = 1 # 0,14 ((h 2 # a) / a) 0,40!"! (!""0,75 #"= -2!"$"%&' x = $(1 # h 2 / h 1) N x > 0,2 S 2 h1/a = 1 x > 0,2 K F = 5x [1 # (1 # 0,2 / ($(1 #!))) #" ] N S K F = 1 # (1 # x / ($(1 #!))) # K F = 5x [1 # (1 # 0,2 / ($(1 #!))) #" ] K F = 1 # (1 # x / ($(1 #!))) # 1 Q = K F C v l $(2g) h 1 (3/2) N h 2!"! 1"h 1 + (1 #! () a S Q = C v l $(2g) h 1 (3/2) h1/a TOTALMENTE SUBMERSO PARCIALMENTE SUBMERSO Q = l $(2g) [K F C v h (3/2) 1 # C v1 (h 1 # a) (3/2) ] Descarregador submerso (h1 < a; h2 > 0,75 h1) Descarregador livre (h1 < a; h2!"0,75 h1) ) 1 = # 2! 1"$"%&' x 1 = $(1 # (h 2 # a) / (h 1 # a)) Q = l $(2g) [C v h 1 (3/2) # C v1 (h 1 # a) (3/2) ] Comporta com submersão total (h1 #"a; h2 >!1 h1 + (1-h1)a;!1= 1-0,14 (h2-a)/a; 0,40!"!1!"0,75) N x 1 > 0,2 S Comporta com submersão parcial (h1 #"a; h2 >! h1;!= 1-0,14 h2/a; 0,40!"!!"0,75) Comporta livre (h1 #"a; h2!"! h1;! = 1-0,14 h2/a; 0,40!"!!"0,75) K F1 = 5x 1 [1 # (1 # 0,2 / ($(1 #! ())) )1 ] K F1 = 1 # (1 # x 1 / ($(1 #! ())) )1 Q = l $(2g) [K F C v h 1 (3/2) # K F1 C v1 (h 1 # a) (3/2) ] FIM

22 SCADA: Controlador de caudal Soleira associada a orifício h2/a 6 5 INICIO h 1, h 2, a, C, C F C v = C F 4 h2 > h1 (Q!"0) h2 = h1 ORIFÍCIO N h 1 < a S DESCARREGADOR 3 Descarregador Orifício N S SUBMERSO h 2!"!"h 1 LIVRE SUBMERSO h 2!"!"h 1 LIVRE N S 2 h1/a = 1 N!"h 1 < h 2 < (!"h 1 + a/3) S Q = C v l #(2g) [h 1 (3/2) $ (h 1 $ a) (3/2) ] K F = 3#3/2 1 Q = K F C v l #(2g) (h 1 $ h 2) (!) h 2 TOTALMENTE SUBMERSO PARCIALMENTE SUBMERSO Q = C v l #(2g) h 1 (3/2) 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)) Orifício livre (h1 #"a; h2!"$"h1) h1/a Q = l a #(2g) 3#3/2 C v (h 1 $ h 2)! ] Q = l #(2g) Cv [3#3/2 h 2 (h 1 $ h 2)! - (h 1 $ a) (3/2) ] FIM

23 SCADA: Visualização

24 SCADA: Visualização

25 CONTROLO LOCAL POR MONTANTE Controladores de altura de água tradicionais Controlador (comporta AMIL/AMP) Flutuador Q=0 Rasante Q=Qmax. Flutuador T1 Controlador Q=0 Q=Qmax. T2 Q1 Q2 Controlador(descarregador "bico de pato") Controlador Q=Qmáx Q=0 Q=Qmáx Rasante T1 Q=0 T2 Q1 Q2

26 Controlo automático. Controladores de altura de água digitais Controlador PLC Rasante Q=Qmax. Q=0 Sensor T1 Controlador Q=Qmax. Q=0 Sensor T2 Q1 Q2 Controlador PLC Q=Qmax. Q=0 Rasante T1 Sensor Controlador Q=Qmax. Q=0 Sensor T2 Q1 Q2

27 Controlo automático. Controladores de altura de água digitais Controlador PLC Q=Qmax. Q=0 Rasante T1 Sensor Controlador Q=Qmax. Q=0 Sensor T2 Q1 Q2 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

28 Controlo automático. Controladores de altura de água digitais Controlador PLC Q=Qmax. Q=0 Rasante T1 Sensor Controlador Q=Qmax. Q=0 Sensor T2 Q1 Q2 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

29 Soluções mistas Controlo por montante e controlo por jusante MÁS SOLUÇÕES BOAS SOLUÇÕES canal canal controlo local por montante controlo por jusante

30 II Congresso Nacional de Rega e Drenagem RESERVATÓRIOS DE COMPENSAÇÃO E CONTROLO canal canal 1 Reservatório de compensação e controlo 2 canal canal 1 3 conduta 2 Reservatório de compensação e controlo 5 1 canal canal Canal/conduta Reservatório de compensação e controlo 4 canal canal canal controlo local por montante sem controlo controlo por jusante à distância 1.controlador automático local por montante 2.controlador automático por jusante à distância 3.bomba 4 e 5. controladores manuais de caudal

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1.3. Âmbito e organização do livro 42. Noções sobre escoamentos em canal Índice Prefácio 15 Agradecimentos 17 Simbologia 19 Capítulo 1 Introdução 1.1. Água, um recurso natural escasso 31 1.2. Sistemas de adução em canal 35 1.2.1. Objectivos 35 1.2.2. Constituição geral 39 1.2.3.