BRPI0809699B1

BRPI0809699B1 - Processo para transporte no sentido de remoção de sedimentos em águas represadas

Info

Publication number: BRPI0809699B1
Application number: BRPI0809699-6A
Authority: BR
Inventors: Michael Detering
Original assignee: Michael Detering
Priority date: 2007-04-04
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2019-03-06
Also published as: ATE520828T1; CA2683391C; US8221031B2; CA2683391A1; BRPI0809699A8; DE102007016679A1; ECSP099712A; MA31292B1; ZA200906190B; EP2134902A1; DE502008004528C5; MX2009010572A; EP2134902B1; ES2369952T5; EG26339A; ES2369952T3; CN101688379A; US20100111608A1; CR11093A; BRPI0809699A2

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para PROCESSO PARA TRANSPORTE NO SENTIDO DE REMOÇÃO DE SEDIMENTOS EM ÁGUAS REPRESADAS.

[001] A presente invenção refere-se a um processo para o transporte no sentido de remoção de sedimentações em águas represadas, especialmente de centrais hidrelétricas, em reservatórios e espaços, respectivamente, de retenção e de armazenamento, de centrais hidrelétricas com represa, centrais hidrelétricas com recuperação por bombeamento e centrais hidrelétricas a fio de água, instalações de barragem e eclusas.

[002] Além da água corrente, as matérias em suspensão e sedimentos são em princípio componentes importantes da morfologia de águas correntes. Matérias em suspensão e sedimentos encontramse na água de praticamente todos os rios. Em águas correntes que não sofreram influência de construções, os processos de sedimentação e de erosão encontram-se na maioria dos casos em equilíbrio. Neste estado um leito de água só muda de maneira insignificante. No entanto, se uma água se represa, então mudam localmente a seção transversal da corrente e a velocidade da corrente. Em consequência disso, no fundo das águas depositam-se cada vez mais sedimentos. O mesmo vale para os reservatórios de retenção de usinas hidrelétricas, como, por exemplo, centrais hidrelétricas com recuperação por bombeamento, nos quais entre cada um dos processos de operação (operação de bombeamento e de turbina) a água permanece em relativa calma. À diferença de águas mantidas em estado natural, o sedimento depositado nestes casos não é mais erodido nas mesmas proporções, mas aumenta em termos de quantidade com o tempo no fundo das águas e reduz em consequência disso o volume de represamento útil.

[003] Reservatórios de retenção, por exemplo, de usinas hidrelétricas, podem ser subdivididos, em dependência das velocidades

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2/11 de corrente ocorrentes e do esforço de cisalhamento do fundo que se correlaciona com estas, em duas regiões, a saber, em uma região com velocidade da corrente preponderantemente baixa, na qual ocorrem preponderantemente processos de sedimentação, e uma região na qual pelo menos parcialmente ou temporariamente, por exemplo, quando da operação de bombeamento em centrais hidrelétricas com recuperação por bombeamento, ocorrem velocidades de corrente mais altas, as quais causam processos de erosão. No sentido da invenção, a primeira região em seguida será denominada como região de sedimentação, enquanto a segunda região em seguida será denominada como região de erosão. O limite entre ambas as regiões define-se como limite de erosão.

[004] Os processos atualmente utilizados para o transporte no sentido de remoção de sedimentos se restringem em essência à remoção manual, que é muito dispendiosa e com grande intensidade de custos. No caso da remoção manual do sedimento, o sedimento removido torna-se propriedade daquele que o removeu e quem tem que eliminá-lo à custa dele.

[005] Outros processos para o transporte no sentido de remoção de sedimentos conhecidos do estado da técnica, são publicados entre outros nas publicações DE 101 09 039 A1 e DE 41 10 781 C2. Ambos os processos descrevem um processo para o transporte no sentido de remoção de sedimentos, no qual as sedimentações por meio de um jato de água, junto com a água envolvente, turbilhonam-se para uma lama e transportam-se no sentido de remover por meio de uma corrente natural e/ou produzida artificialmente. No entanto, dentro de um reservatório de retenção, estes processos levariam somente a uma distribuição uniforme dos sedimentos na totalidade das águas represadas, onde estes se depositariam outra vez.

[006] Outro processo para o transporte no sentido de remoção de

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3/11 sedimentos conhecido do estado da técnica é o publicado em FR 2 375 395 A. Neste processo, os sedimentos tirados são levados via tubo 23 ao orifício 30 diretamente via dispositivo de proteção 24 no canal 6 sem qualquer tipo de erosão, o que gera uma direta adição por mistura dos sedimentos tirados à água que escoa através dos órgãos de escoamento. A presente invenção evita isto no sentido de que o transporte no sentido de remoção de sedimentos depositados é feito somente na proximidade de órgãos de escoamento se obtendo dentro do espaço de retenção outra vez um perfil de sedimento mais igualado outra vez a um estado natural.

[007] É tarefa da invenção, melhorar os processos conhecidos para o transporte no sentido de remoção de sedimentações de águas represadas no sentido, que a utilização do processo seja tão simples quanto possível e eficiente em termos energéticos.

[008] Esta tarefa é solucionada de acordo com a invenção pelo fato, que as sedimentações se tiram embaixo da água e se transportam no sentido de remover mediante meios de transporte para a região de erosão na proximidade dos órgãos de escoamento do respectivo espaço de retenção, onde estes se transportam no sentido de remover por meio dos processos de erosão causados pela corrente para as águas contíguas. É favorável quando as sedimentações se transportem pelo caminho mais curto da região de sedimentação para a proximidade dos órgãos de escoamento. Alternativamente, os órgãos de escoamento podem ser chamados também como órgãos de passagem. De preferência, as sedimentações se tiram de maneira mecânica ou hidráulica, e se transportam dentro da água para a proximidade dos órgãos de escoamento, especialmente do reservatório de retenção, por meio de processos de dragagem ou de pulverização. Neste caso considera-se de preferência a região de erosão no lado das águas a montante, na região antes dos órgãos de escoamento, isto é, pode ser

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4/11 prevista, por exemplo, uma distribuição uniforme, eventualmente com um perfil de seção transversal determinado dos sedimentos transportados.

[009] O termo na proximidade em relação aos órgãos de escoamento do respectivo espaço de retenção, compreende no sentido da presente invenção especialmente não a introdução direta de sedimentações nos órgãos de escoamento ou uma deposição das sedimentações tiradas diretamente antes, isto é de maneira não distanciada, dos órgãos de escoamento. Porque isto envolvería a desvantagem essencial que, por exemplo, na ocasião da colocação em operação de uma turbina para a produção de eletricidade, seriam atraídas diretamente quantidades consideráveis das sedimentações, o que traria um efeito desvantajoso para a vida útil da turbina. Além disso, o local e/ou a distância da deposição das sedimentações tiradas, depende também do diâmetro dos órgãos de escoamento existentes. Neste caso vale que, quanto menor é o diâmetro dos órgãos de escoamento, tanto para mais perto destes têm que ser transportadas as sedimentações. Mostrou-se que um transporte das sedimentações até ao máximo aproximadamente 1 m antes dos órgãos de escoamento de um respectivo espaço de retenção, produz resultados bons também com vista aos diâmetros diferentes de órgãos de escoamento existentes. Além disso, o transporte no sentido de remoção das sedimentações realiza-se de maneira preferida em uma região de pelo menos aproximadamente 1,5 m, de maneira mais preferida pelo menos aproximadamente 2 m, de maneira ainda mais preferida pelo menos aproximadamente 3 m antes dos órgãos de escoamento de um respectivo espaço de retenção. No caso de grandes instalações de águas represadas, a distância deve ser de maneira preferida pelo menos aproximadamente 8 m, e de maneira preferida em uma região de até aproximadamente 1 m até aproximadamente 100 m, de maneira

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5/11 mais preferida até aproximadamente 50 m.

[0010] As distâncias mencionadas para o transporte no sentido de remoção das sedimentações dependem das condições do escoamento temporário. Além do diâmetro do órgão de escoamento ou do órgão de passagem, a própria passagem e as propriedades da água (especialmente a concentração do sedimento que já existe na água do curso superior) são fatores que determinam a influência. Estes têm influência sobre a região de erosão ou as regiões de erosão nas águas a montante quando de fecho aberto do órgão de escoamento ou órgão de passagem, respectivamente.

[0011] As distâncias se determinam entre a boca da abertura virada para o interior do espaço de retenção dos respectivos órgãos de escoamento e a sedimentação transportada. O termo do transporte no sentido de remoção utilizado na presente invenção compreende neste caso, em relação às sedimentações, que estas podem depositar-se de maneira distanciada dos órgãos de escoamento, no entanto também na proximidade destes, no entanto também, que estas podem escoar imediatamente através dos órgãos de escoamento em virtude da corrente existente.

[0012] Mediante a presente invenção, em virtude do transporte no sentido de remoção de sedimentos depositados somente na proximidade de órgãos de escoamento, se evita uma direta adição por mistura dos sedimentos tirados à água que escoa através dos órgãos de escoamento, e se obtém dentro do espaço de retenção outra vez um perfil de sedimento mais igualado outra vez a um estado natural. Neste caso, as sedimentações são transportadas da região de sedimento das águas represadas para a região de erosão das águas represadas, sendo que se evita um transporte para dentro do órgão de escoamento ou diretamente para perto do órgão de escoamento das águas represadas, o que pode também levar a entupimentos destes.

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6/11 [0013] De preferência, o órgão de escoamento, pelo menos um, do respectivo espaço de retenção, apresenta um dispositivo para a produção de energia, especialmente uma turbina. Em princípio, no sentido da presente invenção pode ser previsto que o reservatório de retenção apresente somente um órgão de escoamento, no entanto, também pode ser previsto que sejam previstos dois, três, quatro ou de qualquer maneira vários órgãos de escoamento.

[0014] Além disso, no caso da ideia da presente invenção é essencial, que as sedimentações tiradas da região de sedimento, transportadas para a proximidade de órgãos de escoamento, no entanto distanciadas destes, se removam na região de erosão por meio de processos de erosão, isto é, por meio de água. Deste modo, se obtém uma aproximação ao máximo possível a um sistema de águas natural e não represado.

[0015] O processo se executa de maneira vantajosa de tal maneira, que se ajuste uma determinada concentração de sedimento nos órgãos de escoamento. Na prática mostrou-se como vantajoso um valor entre 10 mg e 100 g de sedimento por litro de água, de preferência entre 10 mg e 10 g de sedimento por litro. Surpreendentemente, tal turvação da água que escoa está compatível para turbinas eventualmente previstas dentro dos órgãos de escoamento. Meramente por precaução pode ser previsto, de acordo com a invenção, de enxaguar as vedações por meio de água com turvação menor, com o intuito de prevenir possíveis danificações de turbina. Em dependência da geomorfologia hídrica e da geometria de fluxo, respectivamente, das águas, a concentração de sedimento também pode apresentar valores nitidamente acima de 100 g de sedimento por litro de água.

[0016] É especialmente conveniente quando as sedimentações sejam tiradas por processos de dragagem ou processos de enxugamento e sejam eventualmente transportadas por uma bomba

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7/11 aspirante. Neste caso é conveniente, quando as sedimentações se afrouxem por meio de uma fresa, antes que estas se tirem.

[0017] Para tirar o sedimento mostraram-se como adequadas as dragas de sucção. Neste caso, a quantidade do sedimento tirada pode ser ajustada de maneira especialmente simples através da potência e/ou da duração de funcionamento da draga de sucção.

[0018] A tirada das sedimentações na região de sedimento do reservatório de retenção pode ser automatizada. Na ocasião da utilização de uma draga de sucção, a qual pode ser configurada como draga flutuante que e pode ser guiada em cabos, é vantajoso mudar de maneira contínua e automática a posição da draga de sucção através de cabos de comando ligados com a margem. Caso as sedimentações se tirem sempre de acordo com o mesmo desenho, então pode ocorrer uma formação de valas no fundo das águas. Isso se impede de maneira confiável por meio de uma mudança regular ou irregular do desenho, de acordo com o qual se tiram as sedimentações.

[0019] Em dependência da espessura das sedimentações na região de sedimentação, o processo pode ser utilizado de maneira intermitente ou contínua, no entanto, o processo se opera de preferência de maneira contínua. Sob continuamente no sentido da invenção entende-se a execução ininterrupta do processo durante vários ciclos de funcionamento das águas represadas, compreendendo seu enchimento e seu esvaziamento. Em contrapartida, sob intermitente no sentido da invenção entende-se, que o processo se executa regularmente somente durante um ciclo de funcionamento especial, como por exemplo, durante o esvaziamento do reservatório de retenção. Além disso, o processo pode ser utilizado sem interrupções essenciais durante a totalidade do período de utilização do reservatório de retenção, ou somente de maneira temporariamente limitada, por exemplo, no sentido de um saneamento para o restabelecimento do volume de retenção original.

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8/11 [0020] Outras vantagens e pormenores da invenção se explicam mais detalhadamente através de exemplos de execução representados nos desenhos.

Mostram:

[0021] a figura 1 uma vista esquemática de um reservatório de retenção, com uma subdivisão do reservatório de retenção em diversas regiões de erosão;

[0022] a figura 2 uma representação esquemática de uma possível tirada automatizada das sedimentações embaixo da água.

[0023] a figura 3 uma representação esquemática de um possível transporte no sentido de remoção de sedimentações para a proximidade de um órgão de escoamento embaixo da água.

[0024] Antes de mais nada, é bom esclarecer, que a invenção não está limitada às combinações de características mostradas nas figuras. Pelo contrário, as características publicadas cada vez na descrição inclusive a descrição das figuras, podem ser combinadas com aquelas características indicadas nas figuras. Além disso, chama-se a atenção para o fato, que os símbolos de referência integrados nas reivindicações de patente devem limitar de nenhuma maneira o campo de proteção da presente invenção, no entanto, referem-se somente aos exemplos de execução mostrados nas figuras.

[0025] Na figura 1, está representada uma vista esquemática de um reservatório de retenção 8, de uma central hidrelétrica com recuperação por bombeamento. Uma central hidrelétrica com recuperação por bombeamento serve para o armazenamento de energia produzida, no entanto, não necessitada momentaneamente. Para esse fim se bombeia de uma central hidrelétrica com recuperação por bombeamento 6, água de águas correntes 7, para um reservatório de retenção 8, o que se denomina como operação de bombeamento. Quando se necessita a energia armazenada, então a água do

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9/11 reservatório de retenção 8, da central hidrelétrica com recuperação por bombeamento 6, é outra vez descarregada para as águas correntes 7, sendo que ao mesmo tempo são acionadas turbinas, as quais produzem energia. Este processo se denomina como operação de turbina. Durante ambos os estados de operação, operação de bombeamento e de turbina, a água no reservatório de retenção 8, está em movimento. E durante as pausas entre os estados de operação, a água permanece em relativa calma. Durante a operação de bombeamento se bombeiam junto com a água também sedimentos e matérias em suspensão para dentro do reservatório de retenção 8, os quais, em virtude das condições de fluxo no reservatório de retenção 8, talvez podem depositar-se no fundo das águas. Baseado nas condições de fluxo, o reservatório de retenção se 8 subdivide em duas regiões. Por um lado em uma região de sedimentação 1, na qual se depositam cada vez mais sedimentos, e por outro lado em uma região de erosão 2, na proximidade de órgãos de escoamento 4, na qual durante processos de escoamento se erodam e se transportam no sentido de remover sedimentações 12. O limite entre ambas estas regiões está definido como limite de erosão 3. Com o intuito de impedir um aumento constante das sedimentações 12, na região de sedimentação 1, se transportam no sentido de remover de acordo com a invenção as sedimentações 12, para a região de erosão 2, a partir da qual são transportadas no sentido de remover por meio de subsequentes processos de erosão. As sedimentações 12, são tiradas por meio de uma draga de sucção 5, e se transportam no sentido de remover para a proximidade dos órgãos de escoamento 4, por meio de uma tubulação transportadora 9, que termina de maneira distanciada antes dos órgãos de escoamento 4. A totalidade do processo também pode ser executada de maneira automatizada, sendo que a draga de sucção 5, se controla, por exemplo, por meio de cabos-guia 10. A vantagem do processo de acordo com a invenção é o fato, que as

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10/11 sedimentações 12, da região de sedimentação 1, se transportam no sentido de remover sem retirada para fora da água.

[0026] Na figura 2, está representado esquematicamente de maneira exemplar o transporte no sentido de remoção das sedimentações 12, do fundo das águas 11, por meio de uma disposição de draga de sucção, consistindo em uma unidade de bomba 15, em uma cabeça de sucção 13, e tubulações transportadoras 14 e 9. Com o intuito de desagregar as sedimentações 12, do fundo das águas 11, utiliza-se a cabeça de sucção 13, sendo que é conveniente quando a cabeça de sucção 13, compreenda uma fresa para o afrouxamento das sedimentações 12. Os sedimentos desagregados se tiram por meio da unidade de bomba 15, através da tubulação de tirada 14. A unidade de bomba 15, realiza ao mesmo tempo o transporte no sentido de remoção dos sedimentos através da tubulação transportadora 9, para a região de erosão 2. A fim de que este processo de acordo com a invenção pode ser executado de maneira automatizada, neste exemplo a unidade de bomba 15, da disposição de draga de sucção, está montada em um pontão 16. Este pontão 16, é guiado por cabos de comando 10, sobre a totalidade da região de sedimentação 1, do reservatório de retenção 12, fato pelo qual automaticamente a disposição de draga de sucção pode transportar no sentido de remover as sedimentações 12, na totalidade da região de sedimento 1. Caso as sedimentações 12, sempre se tiram de acordo com um determinado desenho, então isso leva à formação de valas no fundo das águas. Isso se impede por meio de uma mudança regular do desenho.

[0027] A figura 3, mostra a região de erosão 2, do reservatório de retenção 8, com uma instalação de represamento 20, e um órgão de escoamento 4 disposto dentro desta, sendo que através da tubulação transportadora 9, mantida por flutuadores 17 na superfície da água, se dispõem sedimentações 18, de maneira distanciada do órgão de

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11/11 escoamento 4. Estas são removidas em direção das setas 19, por meio de processos de erosão através do órgão de escoamento 4. O transporte no sentido de remoção das sedimentações 18, sobre o fundo das águas 11, se realiza neste caso, por exemplo, em uma distância de aproximadamente 10 m em relação a uma boca da abertura 21, do órgão de escoamento 4. A extremidade da tubulação transportadora pode ser carregada com um peso.

Listagem de Referência

Região de sedimentação

Região de erosão

Limite de erosão

Órgãos de escoamento

Draga de sucção

Central hidrelétrica com recuperação por bombeamento

Águas correntes

Espaço de retenção e armazenamento, respectivamente

Tubulação transportadora

Cabos de comando

Fundo das águas

Sedimentações

Cabeça de sucção

Tubulação de tirada

Unidade de bomba

Pontão

Flutuador

Sedimentações transportadas no sentido de remover

Setas

Instalação de represamento

Boca da abertura do órgão de escoamento

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para o transporte no sentido de remoção de sedimentos em águas represadas, especialmente de centrais hidrelétricas, os quais se criaram por meio de deposições em virtude de processos de erosão ausentes, devido à corrente ausente, caracterizado pelo fato de as sedimentações (12), na região de sedimento (1), do reservatório de retenção (8), serem tiradas e se transportarem no sentido de remover para a região de erosão (2), na proximidade do órgão de escoamento ou dos órgãos de escoamento (4), do reservatório de retenção (8), pelo qual os sedimentos, por meio dos processos de erosão causados pela corrente da água que escorre, se transportam no sentido de remover para águas correntes.

2/2 caracterizado pelo fato de a tirada e o transporte no sentido de remoção das sedimentações (12), se executarem de maneira contínua.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de as sedimentações (12), serem tiradas por meio de processos de dragagem ou processos de enxugamento e serem transportadas no sentido de remover dentro da água para a proximidade dos órgãos de escoamento (4).

3. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de a quantidade de sedimento a ser transportada no sentido de remover escolher-se de tal maneira, que na região dos órgãos de escoamento (4), se ajusta uma concentração de sedimento entre 10 mg e 100 g de sedimento por litro de água, de preferência entre 10 mg e 10 g de sedimento por litro de água.

4. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de a tirada e o transporte no sentido de remoção das sedimentações (12), se executarem de maneira automatizada.

5. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de a tirada e o transporte no sentido de remoção das sedimentações (12), se executarem de maneira intermitente.

6. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 4,

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7. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de o transporte no sentido de remoção dos sedimentos ser empregado durante a totalidade do período de utilização do reservatório de retenção (8).

8. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de o transporte no sentido de remoção dos sedimentos ser empregado somente de maneira temporariamente limitada para o saneamento do reservatório de retenção (8).

9. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de as sedimentações (12), serem tiradas por meio de uma draga de sucção (5).

10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de a quantidade do sedimento transportada ser ajustada através da potência e/ou da duração de funcionamento da draga de sucção (5).

11. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de as sedimentações (12), antes de sua tirada serem afrouxadas por meio de uma fresa.