Pressões extremas atuantes nas proximidades das quinas dos degraus de vertedouros

Abstract

A presente tese propõe uma análise estatística das pressões extremas atuantes junto às quinas dos degraus (espelho e patamar) de vertedouros para identificar a distribuição espacial dos extremos através da análise de medições feitas em três modelos físicos e a comparação com resultados obtidos por diversos autores em diferentes experimentos de laboratórios. Foi desenvolvida uma nova abordagem visando à previsão da distribuição longitudinal das pressões extremas e a localização das mesmas na calha de vertedouros em degraus. Tendo se verificado que as pressões extremas mínimas são mais críticas nos espelhos e as extremas máximas no patamar, foram caracterizadas três posições de interesse para a estimativa das pressões extremas mínimas no espelho e duas posições de interesse para a estimativa das pressões extremas máximas no patamar. Isto permitiu a análise e estabelecimento de critérios para a verificação da possibilidade de tendência da ocorrência de cavitação nos degraus ao longo da calha (localização e vazões específicas limites). A metodologia empregada consistiu em fazer uma análise estatística da distribuição longitudinal das pressões extremas mínimas e máximas nas proximidades das quinas ao longo do vertedouro em degraus com aeração natural a partir dos dados coletados em três diferentes modelos físicos (LOH I, LOH II e LAHE). Foi utilizada a pressão com estimativa de não excedência de 0,1% como pressão extrema mínima e a pressão com estimativa de não excedência de 99.9% como pressão extrema máxima. Os modelos físicos utilizados apresentam alturas de degraus de 6 cm e 9 cm e diferentes alturas de ogivas. Os resultados foram comparados com os valores das pressões extremas obtidos por diferentes autores tendo-se verificado que os dados divergem nos valores, mas não na tendência de comportamento. As divergências nos valores possivelmente ocorrem em função das diferentes características dos modelos e de efeitos de laboratório. Entretanto, foi possível observar que os resultados da presente tese se situaram a favor da segurança, ou seja, indicando valores menores para as pressões extremas mínimas no espelho e maiores para as extremas máximas, em comparação com os resultados dos demais pesquisadores. Foi realizado um estudo de caso utilizando a abordagem proposta onde se identificou que as vazões passíveis de risco de cavitação estão acima de 22 m3/s/m. Foi identificada também a extensão da calha sujeita a risco da ocorrência de dano cavitação.

This thesis proposes the statistical analysis of extreme pressures acting near the outer corners of spillway steps (vertical and horizontal faces), through the analysis of measurements made in three physical models and the comparison with results obtained by different authors in different laboratory experiments. A new approach was developed to predict the longitudinal distribution of extreme pressures and their location in the spillways steps. Having verified that the minimum extreme pressures are more critical in the vertical face and the maximum extreme in the horizontal, three positions of interest were characterized for the estimation of the extreme pressures in the vertical face and two positions of interest for the estimation of the maximum extreme pressures in the horizontal face. This allowed for the analysis and establishment of criteria for verifying the possibility of a cavitation tendency on the steps along the chute (location and specific flow limits). The methodology used consisted of making a statistical analysis of the longitudinal distribution of the minimum and maximum extreme pressures in the vicinity of the steps outer corners along the spillway with natural aeration from the data collected in three different physical models (LOH I, LOH II and LAHE ). Pressure with an estimated non-exceedance of 0.1% was used as the minimum extreme pressure and pressure with an estimated non-exceedance of 99.9% as the maximum extreme pressure. The physical models used have 6 cm and 9 cm step heights and different ogive heights. The results were compared with the data obtained by different authors. It was verified that the data diverge, possibly due to the different characteristics of the models and laboratory effects. However, it was possible to observe that the results of the present thesis were in favor of safety, that is, indicating lower values for the minimum extreme pressures in the vertical face and higher for the extreme maximum, in comparison with the results of the other researchers. A case study was carried out using the proposed approach where it was identified that the flow rates that could risk cavitation are above 22 m3/s/m. The extension of the chute subject to risk of damage due to cavitation was also identified.