CANAIS DE REGA COM CONTROLO POR MONTANTE E SUA MODERNIZAÇÃO Manuel Rijo, rijo@uevora.pt
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
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
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
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
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
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)
CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE Comporta descarregadora. Comporta actuador eléctrico controlado por autómato
CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE Comportas com actuadores eléctricos controlados por autómato
CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE Comportas com actuadores eléctricos controlados por autómato
CANAIS CONTROLADOS POR MONTANTE Quadro eléctrico e autómato para actuação de uma comporta e de uma tomada de água
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
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
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)
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 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)
SCADA: Monitorização + controlo manual à distância
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
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
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) 0 0 1 2 3 4 5 6 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
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) 0 0 1 2 3 4 5 6 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
SCADA: Visualização
SCADA: Visualização
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
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
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
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
Soluções mistas Controlo por montante e controlo por jusante MÁS SOLUÇÕES BOAS SOLUÇÕES canal canal controlo local por montante controlo por jusante
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