Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/73723
Type: Dissertação
Title: Modelagem fluidodinâmica computacional (CFD) do modelo reduzido do reservatório da PCH Salto do Paraopeba
Other Titles: Computational fluid dynamics (CFD) modeling of the scaled model of the Salto do Paraopeba small hydroelectric plant reservoir
Authors: Natália Melo da Silva
First Advisor: Edna Maria de Faria Viana
First Co-advisor: Jorge Luis Zegarra Tarqui
First Referee: Andre Luiz Andrade Simões
Second Referee: Aloysio Portugal Maia Saliba
Abstract: O assoreamento de reservatórios representa um desafio significativo para o desenvolvimento sustentável da geração de energia hidrelétrica, especialmente no contexto brasileiro, onde as usinas hidrelétricas desempenham papel crucial na matriz energética. As Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCHs) surgem como alternativas importantes para a geração de energia renovável complementar. Para otimizar projetos, construção, operação e repotenciação dessas PCHs, é vital estudar a hidrodinâmica e o transporte de sedimentos em seus reservatórios. A modelagem Fluidodinâmica Computacional Tridimensional (CFD 3D) emerge como a abordagem mais adequada para resolver equações diferenciais que descrevem o movimento dos fluidos. Este estudo propõe um método para reproduzir e avaliar fenômenos hidrodinâmicos e de transporte de sedimentos no modelo físico da PCH Salto Paraopeba, localizada em Jeceaba, MG, desativada devido ao assoreamento total de sua tomada d’água. Utilizou-se o software FLOW-3D, cuja verificação foi baseada em medidas de velocidade e em observações da formação de bancos de sedimentos no modelo físico reduzido, construído no Centro de Pesquisas Hidráulicas e Recursos Hídricos (CPH) da Universidade Federal de Minas Gerais. Foi demonstrada uma eficiente reprodução das condições observadas no experimento, apesar da necessidade de ajustes na malha computacional e análises adicionais de validação numérica. No que diz respeito ao modelo hidráulico considerando o reservatório limpo, a curva de descarga do modelo numérico se aproximou significativamente daquela medida no modelo reduzido. A variação da altura de rugosidade do leito desempenhou papel crucial na calibração desses modelos, influenciando os padrões de escoamento. Quanto à simulação do transporte de sedimentos, a formação da praia ao final assemelhou-se àquela do modelo reduzido, validando o uso da equação de Meyer, Peter e Muller (1948) para o cálculo do transporte de sedimentos. Os resultados do modelo computacional se aproximaram das observações experimentais, destacando a consistência da caracterização da borracha. A concepção deste trabalho demonstrou a eficiência em se utilizar um modelo reduzido na validação do modelo numérico computacional, dada a dificuldade de verificar diretamente com medidas no protótipo, assim como algumas das limitações encontradas nesse tipo de estudo.
Abstract: The siltation of reservoirs poses a significant challenge to the sustainable development of hydroelectric power generation, particularly in the Brazilian context, where hydroelectric plants play a crucial role in the energy matrix. Small Hydroelectric Plants emerge as important alternatives for complementary renewable energy generation. To optimize the design, construction, operation, and repowering of these SHPs, it is vital to study the hydrodynamics and sediment transport in their reservoirs. Three-Dimensional Computational Fluid Dynamics (CFD 3D) modeling emerges as the most suitable approach for dealing with complex flow issues. This study proposes a method to reproduce and evaluate hydrodynamic and sediment transport phenomena in the physical model of the Salto Paraopeba Small Hydroelectric Power Plant, located in Jeceaba, MG, which was deactivated due to the complete siltation of its water intake. The FLOW-3D software was used, whose verification was based on velocity measurements and observations of sediment bank formation in the reduced physical model built at the Hydraulic Research and Water Resources Center (CPH) of the Federal University of Minas Gerais. An efficient reproduction of the observed conditions in the experiment was demonstrated, despite the need for adjustments in the computational mesh and additional numerical validation analyses. Regarding the hydraulic model considering the clean reservoir, the discharge curve of the numerical model closely approached that measured in the reduced model. The variation in bed roughness played a crucial role in calibrating these models, influencing flow patterns. As for the simulation of sediment transport, the formation of the beach at the end resembled that of the reduced model, validating the use of the Meyer, Peter, and Muller (1948) equation for sediment transport calculations. The computational model results closely matched experimental observations, highlighting the consistency of the rubber characterization. The conception of this work demonstrated the efficiency of using a reduced model in validating the computational numerical model, given the dificulty of direct verification with measurements in the prototype, as well as some of the limitations encountered in this type of study.
Subject: Engenharia de minas
Recursos hídricos - Desenvolvimento
Usinas hidrelétricas
Sedimentos fluviais
Programas de computador - Verificação
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/73723
Issue Date: 17-Apr-2024
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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