Modelação do circuito hidráulico de uma unidade aquícola

Abstract

A modelação matemática constitui uma metodologia eficiente para a análise e estudo de uma enorme diversidade de problemas de engenharia. No caso específico de problemas hidráulicos, envolvendo escoamentos com superfície livre e estruturas hidráulicas, é sem dúvida uma metodologia de enorme potencial quer para a simulação de escoamentos em fase de projeto, quer para a análise de técnicas de gestão e controlo daquelas estruturas. A atividade de aquicultura surgiu com o progressivo esgotamento de muitas espécies piscícolas, associado ao aumento da população mundial e ao alto valor nutritivo do pescado, bem como forma de reduzir a pressão sobre os stocks de pescado. Nestas circunstâncias esta atividade, tem cada vez mais importância a nível mundial, bem como o seu estudo é cada vez mais valorizado. A presente dissertação centrou-se na modelação integrada de canais e estruturas hidráulicas, tendo sido estudadas as aplicações informáticas com maior relevância e fiabilidade para modelação de sistemas passíveis de abordagens unidimensionais. O programa SOBEK foi selecionado para a construção de um modelo desenvolvido para estudo do circuito hidráulico principal de uma unidade aquícola. O trabalho foi desenvolvido considerando duas componentes principais: a primeira parte consistiu numa análise dos níveis da maré na unidade aquícola, e com base nestes valores obtiveram-se os rendimentos efetivos do sistema de bombagem da unidade aquícola relacionando-os com aqueles níveis; na segunda parte do trabalho, procedeu-se à implementação do modelo hidráulico construído com o software SOBEK e à simulação de diferentes cenários envolvendo distintas técnicas de controlo dos grupos de bombagem. Este modelo foi utilizado para análise do efeito das incrustações nas condutas de captação, bem como estudo do funcionamento das bombas considerando uma eventual alteração futura, de tarifas energéticas e da demanda de água nos tanques da unidade aquícola. Da aplicação do modelo concluiu-se que as rugosidades em obras hidráulicas, sujeitas a incrustações nas paredes das condutas ou canais, tendem a aumentar ao longo do tempo, obtendo na primeira simulação uma rugosidade 150% superior ao valor teórico associado ao material da conduta passando para 200% do valor teórico em 5 meses. Apresentam-se ainda conclusões sobre regimes mais económicos de exploração do sistema de bombagem e sobre as técnicas de controlo mais adequadas.

Mathematical modelling is an efficient methodology for the analysis and study of a wide variety of engineering problems. In the specific case of hydraulic problems involving free surface flows and hydraulic structures, is undoubtedly a huge potential both methodology for simulation of flow in the pipeline for the analysis of both technical management and control of these infrastructures. The aquaculture activity came with the progressive depletion of many fish species, associated with the increase in world population and the high nutritional value of fish, as well as a way of reducing pressure on fish stocks. In these conditions this activity, has become increasingly important worldwide, and its study is increasingly valued. This work focused on modelling integrated canals and hydraulic structures, having been studied software applications with greater relevance and reliability for system modelling approaches that may dimensional. The program SOBEK was selected for construction of a model for the study of a hydraulic circuit of a main unit aquaculture. The work was developed considering two main components: the first part consisted of an analysis of tide levels in aquaculture unit, and based on these values we obtained the effective income system pumping unit aquaculture relating them to the tide level; in the second part of the work, proceeded to the implementation of the hydraulic model built with the SOBEK software and simulation of different scenarios involving different techniques of control groups pumping. This model was used to analyse the effect of scale in conduits of funding, as well as study the functioning of the pumps considering a possible future changes in energy prices and demand for water in the tanks aquaculture unit. Applying the model it is concluded that the roughness in hydraulic structures, subject to the phenomena of fouling on the walls of the conduits or channels, tend to increase over time, resulting in a roughness first simulation 150% higher than the theoretical value associated with the material conduct rising to 200% of the theoretical value in 5 months. Presents findings, on regimes still more economic operation of the pumping system and techniques more suitable control.