Um estudo sobre a movimentação de peixes no tubo de sucção ...· conexões e instalações hidráulicas

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THE 9th LATIN-AMERICAN CONGRESS ON ELECTRICITY GENERATION AND TRANSMISSION - CLAGTEE 2011 1

Environmental Aspects of Power Plants

Resumo Apresenta-se, neste trabalho, um estudo em laboratrio sobre a movimentao de peixes no tubo de suco de uma turbina hidrulica. Para tanto, utiliza-se uma bancada de testes, onde so inseridos indivduos da espcie mandi amarelo (Pimelodus maculatus). Esse peixe uma espcie bastante comum nos rios brasileiros e se constitui no maior problema da atualidade com relao mortandade de peixes em rios utilizados para gerao de energia eltrica. A observao dos indivduos na sada do tubo de suco, sob as diversas condies de ensaio, permite fazer um mapeamento do posicionamento dos cardumes e a identificao das reas de localizao preferenciais que sero avaliadas posteriormente visando instalao de sistemas de impedimento de entrada de peixes nas turbinas hidrulicas.

Palavras-chave impactos ambientais, mortandade de peixes,

usinas hidreltricas.

I. INTRODUO

ma das maiores dificuldades para se evitar a entrada de peixes em turbinas hidrulicas o desconhecimento do comportamento das diversas espcies de peixes face s

condies de escoamento e de turbulncia que ocorrem nas regies de restituio de gua desses equipamentos. Para se poder observar esse tipo de comportamento, necessrio fazer um conjunto de campanhas visando identificar o posicionamento de cardumes e o comportamento dos mesmos face s mudanas no escoamento provocadas pela variao de carga nas usinas. Devido ao fato de as dimenses das turbinas hidrulicas serem de grande porte, tem-se uma condio de campo bastante difcil de ser monitorada. Isso se deve ao fato da grande dimenso das sees de escoamento, de sua profundidade e da dificuldade tcnica para a colocao de equipamentos de observao do tipo intrusivo ou de mergulhadores. Uma das alternativas atualmente utilizadas para o mapeamento do posicionamento dos cardumes a utilizao de sonares. _________________________________ (1) Carlos Barreira Martinez, Centro de Pesquisas Hidrulicas e Recursos Hdricos da UFMG (SMARH / PPGMEC), UFMG, Av. Antnio Carlos 6627, 31.270-901, Belo Horizonte, MG, Brasil, (31) 34094821, (e-mail: martinez@cce.ufmg.br). (2) Edna Maria F. Viana, Centro de Pesquisas Hidrulicas e Recursos Hdricos da UFMG (SMARH), UFMG, Av. Antnio Carlos 6627, 31.270-901, Belo Horizonte, MG, Brasil, (31) 34094925, (e-mail: ednamfv@ufmg.br). (3) Marco Tlio C. Faria, Departamento de Engenharia Mecnica (DEMEC) da UFMG, Av. Antnio Carlos, 6627, Belo Horizonte - MG, 31270-901, Brasil, Fone: (31) 3409-4925 (e-mail: mtcdf@uol.com.br).

Entretanto, o sonar sujeito a um conjunto de interferncias provocadas pela grande quantidade de bolhas na sada das turbinas. Alm disso, muito difcil identificar, com segurana, a espcie dos indivduos localizados. Isso dificulta sobremaneira a anlise do comportamento de peixes e a identificao por espcie. A observao visual ainda uma alternativa bastante importante. Todavia, ela esbarra tambm em um conjunto de limitaes que vo desde a turbidez da gua, passado pela existncia de bolhas no escoamento e a dificuldade de posicionamento de cmeras de vdeo ou de mergulhadores em uma seo de velocidade e turbulncia elevadas. Uma das alternativas viveis para o estudo dessa movimentao de peixes passa a ser a observao em bancadas de teste em laboratrio. As observaes desse tipo tm como principais vantagens, sobre as observaes de campo, os seguintes pontos: a) instalao de janelas de visualizao com iluminao especial, b) variao de carga nas turbinas com o respectivo controle de vazo / turbulncia; c) uso de um plantel de indivduos de uma espcie conhecida e pr escolhida. Como principais desvantagens tm-se: a) limitao da dimenso da bancada de teste; b) limitao da dimenso dos espcimes testados em funo do tamanho da bancada de teste; c) interferncia do confinamento na forma de stress sobre os indivduos testados. Esse trabalho apresenta um estudo experimental sobre a movimentao de peixes da espcie Pimelodus macalutus na entrada do tubo de suco de um modelo de turbina hidrulica. Uma bancada de turbina especialmente projetada para viabilizar a realizao desse trabalho.

II. ESCOLHA E BREVE DESCRIO DA ESPCIE ESTUDADA

A espcie estudada o mandi amarelo, um peixe bastante comum nos rios brasileiros e que se constitui no maior problema atualmente com relao a mortandade de peixes [1]. O mandi-amarelo (Fig 1), um peixe telesteo, gnatostomata da ordem dos silurdeos, integrante e um dos representantes caractersticos da famlia Pimelodidae, sendo a espcie classificada taxonmicamente como Pimelodus maculatus. Seu corpo apresenta o ventre achatado e de colorao clara, em oposio ao dorso e ao restante do seu corpo que apresenta geralmente colorao amarelo-sujo ou amarelo-cinza com brilho dourado e quatro fileiras laterais de manchas pretas [2]. Sua cabea revestida de placas sseas que se prolongam at raiz da nadadeira dorsal. Possui ainda ferres serrilhados junto raiz das nadadeiras peitorais e compondo a primeira (e maior) raia da nadadeira dorsal, num total de trs ferres.

Um estudo sobre a movimentao de peixes no tubo de suco de uma turbina hidrulica

C. .B. Martinez(1), EHR-UFMG., E. M. F. Viana(2), EHR-UFMG e M.T.C. Faria(3), DEMEC-UFMG

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A raiz da nadadeira caudal robusta, estando assentada sobre potentes msculos natatrios. Foi coletado um individuo com 450mm de comprimento total [2]. A espcie endmica em grande parte da Amrica do Sul, especialmente na bacia platina (sistema Paran / Paraguai e afluentes), englobando os rios Grande e Paranaba, em Minas Gerais, bem como grande parte dos afluentes desses ltimos. Tambm ocorre com abundncia no sistema do rio So Francisco, onde encontrado at nos afluentes mais montante, como o rio das Velhas e o rio Paraopeba. As dimenses de indivduos, em estgio de primeira maturao [3], em torno de 190 mm permite que se utilize uma bancada de teste com potncia/ dimenso compatveis com a capacidade de bombeamento da maior parte dos laboratrios de hidrulica disponveis no Pas.

Fig 1. Mandi Amarelo (Pimelodus maculatus).

III. A BANCADA DE TESTE

Os trabalhos consistiram da construo da bancada de testes equipada com o modelo de uma turbina Kaplan de 12,5 kW, na instalao de janelas de observao e na execuo de um conjunto de observaes sob diversas faixas de carga da turbina. A bancada de testes foi desenvolvida a partir da turbina da UHE Itutinga na escala 1:10,5. A escolha dessa mquina se deu em funo da disponibilidade de informaes tcnicas sobre os parmetros geomtricos dos componentes hidrulicos e mecnicos do prottipo; na adequao das dimenses bsicas dos componentes do modelo infra-estrutura laboratorial existente [4]. Fig 2. Esquema da bancada de teste utilizada nesse trabalho.

O projeto completo da bancada foi desenvolvido em etapas que se iniciaram com a montagem da caixa voluta e do tubo de suco. Em seguida fez-se o conjunto rotativo e o sistema distribuidor da turbina. Aps isso se montou o sistema de alimentao constitudo por um conjunto de duas moto-bombas associadas em paralelo. O tanque de restituio, as

conexes e instalaes hidrulicas foram montadas na ultima etapa. O esquema dessa bancada de teste pode ser visto na Fig 2. Para a montagem do tubo de suco e da caixa voluta da turbina, fez-se uma modelagem geomtrica tridimensional da mquina. Em seguida foi feita uma diviso em sees de corte da turbina, que posteriormente foram transpostas para placas de isopor e cortadas. Aps o corte das placas, foi feita a retificao da geometria com gesso. Uma vez retificada a superfcie fez-se a laminao das peas com fibra de vidro. A escolha do processo de laminao com fibra de vidro para a caixa voluta e para o tubo de suco se deve facilidade construtiva; boa resistncia mecnica, ao baixo peso e a excelente resistncia superficial aos processos de degradao provocados pela gua. O processo de fabricao dessas peas pode ser visto nas Figs. 3 e 4 a seguir [5].

Fig 3. Detalhe da montagem do tubo de suco da turbina pelo processo de colagem em camadas de isopor.

Fig 4. Detalhe da montagem da caixa voluta da turbina pelo processo de colagem em camadas de isopor.

O conjunto rotativo e do distribuidor da turbina hlice foram feitos a partir de um processo de usinagem assistida por computador com a posterior montagem das partes por meio de parafusos ou soldas. O eixo do rotor da turbina fabricado com ao inoxidvel, enquanto as ps, o cubo de montagem e o cone direcionador so fabricados com alumnio. O sistema de suporte do eixo da turbina emprega trs mancais de rolamento de esferas, sendo que o suporte do conjunto vertical feito por um mancal axial e o alinhamento vertical realizado por meio de dois mancais-guia radiais. As ps e as bielas do distribuidor so fabricados com lato, os flanges de montagem das ps so fabricados com alumnio e os

Tanque de restituio

Conjunto moto bomba

Turbina para ensaio

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parafusos e espaadores so fabricados com ao inoxidvel. A Fig. 5 mostra uma fotografia da turbina montada e acoplada ao tanque de restituio. Um detalhe de janela de observao no tubo de suco pode ser visto na Fig. 6. O sistema de alimentao da bancada de teste equipado com conjunto de duas bombas centrfugas de 20 c.v. de potncia comandadas por inversores de frequncia. O tanque de restituio, com capacidade de 33 mil litros de gua, especialmente projetado para permitir a realizao de ensaios com peixes em laboratrio. Esse tanque fabricado por meio de laminao com fibra de vidro em estrutura metlica de perfis estruturais. A Fig 7 mostra uma foto do tanque de rest