BR202018010031U2 - comporta hidráulica para controle de nível dotada de perfil hidrodinâmico auto-operado - Google Patents

Abstract

o presente pedido de registro de modelo de utilidade conjuga as funções de armazenar um volume hídrico e permitir o vertimento do volume sobressalente a partir de um nível d?água pré-estabelecido (4), proporcionando, assim, aumento de capacidade de armazenamento, sem despender energia elétrica, e uma grande estabilidade durante a passagem da lâmina vertente para qualquer ordem de vazão. a dita comporta hidráulica, auto-operada pela variação da pressão hidrostática e peso próprio, pivotada em eixo horizontal (2), de perfil hidrodinâmico (1), utiliza a diferença de momentos físicos em relação ao eixo horizontal, a partir do formato geométrico tanto da parte superior quanto da inferior do perfil hidrodinâmico, no qual a posição dos seus respectivos centros de gravidade conivente a seus pesos permitem a manutenção da comporta na posição fechada, perpendicular a horizontal, diante da ausência de forças hidrostáticas ou da sua ação em níveis diferentes do pré-estabelecido, e a abertura da comporta (3), a partir da ação das forças hidrostáticas em um nível d?água pré-estabelecido.

Description

COMPORTA HIDRÁULICA PARA CONTROLE DE NÍVEL DOTADA DE PERFIL HIDRODINÂMICO AUTO-OPERADO [001] Refere-se o presente pedido de registro de Modelo de Utilidade a uma comporta hidráulica, automática composta por um perfil hidrodinâmico, pivotada em eixo horizontal, auto-operada pela variação da pressão hidrostática e peso próprio, que pode ser aplicada para controle do nível d'água a montante ou conjugada às funções de armazenamento de água e o vertimento de vazões sobressalentes resultantes de enchimento do reservatório ou das cheias a partir de um nível pré-estabelecido. Ao ser aplicada sobre vertedores a comporta proporciona o aumento de capacidade de armazenamento em reservatórios e possibilita a elevação da cota de montante de reservatórios, ou em qualquer sistema hídrico que necessite de elevação do nível d'água ou a sua manutenção e, ao mesmo tempo o extravasamento de vazão afluente oriundas de precipitações intensas na(s) bacia(s) contribuinte(s), tais como: em caso de hidrovias, na manutenção de um nível mínimo em determinado trecho do rio de acordo com o calado dos barcos; na manutenção de um nível mínimo para o afogamento de máquinas hidráulicas; na manutenção do nível máximo da calha natural de um rio; de aproveitamentos hidroenergéticos de baixas e ultrabaixas quedas e de captação de água em estações de bombeamento, dentre outros.

[002] Atualmente, a maioria das alternativas que visam o aumento de capacidade de um reservatório é elaborada propondo o alteamento da barragem, seja com a construção de estruturas incorporadas sobre a barragem antiga, seja com a construção de um novo núcleo, utilizando-se a barragem antiga apenas como uma ensecadeira durante a nova fase de construção. No entanto, obras estruturais que envolvem todo o corpo da barragem são relativamente caras, e, dependendo do alteamento, praticamente inviabilizam este processo, principalmente para pequenos reservatórios. Com isso, uma alternativa geralmente utilizada, quando a borda livre, isto é, a diferença entre a cota da crista do vertedouro e a crista da barragem, em relação à altura da barragem original é grande, se trata da realização do alteamento por meio da alteração da cota de vertimento do vertedouro. As principais estruturas e mecanismos existentes que podem exercer essa função de alteamento sobre o vertedouro, para

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2/5 incremento de capacidade, ou a função similar de controle de nível em canais de irrigação ou calhas de rios, apresentam vários inconvenientes, entre os quais se destaca: utilização de contrapesos e/ou flutuadores, por exemplo, os registros de patentes WO 2000026476 Al, US 20030024865, WO 1996001925 Al, FR 27039314, BR9000020; utilização de elementos infláveis, por exemplo, os registros de patente Norte Americanas No. 7,422,392; No. 7,114,879; No. 5,709,502 e No. 5,642,963; utilização de invólucro flexível, preenchido com líquido e/ou uma orla flexível, por exemplo, PI 9607224-5; mecanismos de comando complicados e de difícil conservação e/ou necessidade de conjunto motobomba para acionamento, por exemplo, o registro de patente PI 0113419-1 Bl; além de problemas com transporte sólido fluvial e estruturas pouco robustas. A utilização desses mecanismos implica também em diversas imposições operativas, como a necessidade de que a estrutura seja permanentemente assistida, com operadores sempre disponíveis, por se tratar de mecanismos de desarme; por exemplo, os registros de patente US 6196764, US 8591149, WO 2014086403 Al; além de rotinas de testes e manutenções preventivas frequentes. Em relação aos mecanismos existentes de operação automática em função do nível d'água, há os seguintes inconvenientes: necessidade de grandes interferências na obra civil a ser implantada, por exemplo, registro de patente US 2598389 A; necessidade de estruturas internas complexas e utilização de materiais de distintas massas específicas no processo construtivo ou contrapesos auxiliares, por exemplo, registro de patente Norte America US 2966777 A e PI 0606082-0 A.; ou perfil transversal com aplicação particular para baixos valores de vazões, fluxos com tendência laminar, baixas cargas hidrostáticas, trechos de baixas declividades, apresentando restrições operativas relacionadas à vibração e oscilações do mecanismo durante a operação de longos períodos de vertimento ou vazões relativamente altas, por exemplo, o registro de patente CN 2719912 Y.

[003] Com o intuito de solucionar tais inconvenientes, desenvolveu-se o presente modelo de utilidade, por meio da qual a manutenção e/ou elevação do nível d'água e consequente ganho de armazenamento são realizados por um processo mecânico automático, de equilíbrio de momentos físicos aplicados ao eixo horizontal, sem

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3/5 despender energia elétrica, proporcionando, assim, uma maior eficiência na operação de vertimento da comporta, a qual se inicia a partir de um nível d'água préestabelecido, apresentando grande estabilidade durante a passagem da lâmina d'água vertente, e garantindo o incremento de capacidade de armazenamento, com o abaixamento do nível d'água, após o término da operação de vertimento, atingindo a cota pré-estabelecida. O modelo de utilidade apresenta simplicidade e robustez no projeto, exigindo pouca manutenção e menor carregamento às estruturas civis, podendo ser facilmente concatenada à estruturas de vertedores, tais como: com perfil Creager, de soleira delgada ou outros tipos.

[004] A comporta é constituída por um perfil transversal hidrodinâmico, compreendendo uma parte inferior, perpendicular à horizontal, na posição fechada, e uma parte superior, a qual forma 50^ com a horizontal no paramento de montante, também na posição fechada. A transição entre a parte inferior e superior do perfil, bem como o paramento de jusante da parte superior, se apresentam de maneira a suavizar o formato do perfil. Na parte inferior, o perfil hidrodinâmico engloba uma semicircunferência, com concavidade voltada para cima, infera, que, na posição fechada, tem seu vértice tangenciando a superfície de contato do local de implantação, de modo a permitir sua vedação. A comporta utiliza a diferença de momentos físicos em relação ao eixo horizontal, a partir do formato geométrico tanto da parte superior quanto da inferior do perfil hidrodinâmico, no qual a posição dos seus respectivos centros de gravidade conivente a seus pesos permitem a manutenção da comporta na posição fechada, perpendicular a horizontal, diante da ausência de forças hidrostáticas ou da sua ação em níveis diferentes do pré-estabelecido, e a abertura da comporta, a partir da ação das forças hidrostáticas em um nível d'água pré-estabelecido. Além do mais, têm-se grande estabilidade da comporta durante a passagem da lâmina vertente tanto por baixo quanto por cima do perfil hidrodinâmico, o que se trata de um diferencial em relação aos mecanismos existentes atualmente.

[005] Tendo sido revelados alguns exemplos de execução preferenciais e alternativos à presente invenção, resta claro que nenhum dos exemplos prestados é limitativo ao escopo de proteção da presente invenção, sendo este definido e limitado tão somente

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4/5 pelo quadro reivindicatório apensa e pelas reivindicações nele contidas.

[006] O modelo de utilidade poderá ser melhor compreendido por meio da seguinte descrição detalhada, em consonância com as figuras em anexo, na qual:

[007] A FIGURA 1 representa uma vista isométrica da comporta.

[008] A FIGURA 2 representa uma vista frontal da comporta.

[009] A FIGURA 3 representa uma vista de corte transversal da comporta.

[010] Com referência a estas figuras, pode-se observar o perfil transversal hidrodinâmico, em posição fechada (1), pivotado em eixo horizontal (2). A comporta utiliza a diferença de momentos físicos, em relação ao eixo horizontal, para se manter fechada, tanto na ausência de forças hidrostáticas quanto com atuação até o nível d'água pré-estabelecido (4). Para estas situações, a posição fechada é garantida a partir do formato geométrico tanto da parte superior quanto da inferior do perfil hidrodinâmico, sendo que as posições dos seus respectivos centros de gravidade em conjunto ao módulo das forças de seus respectivos pesos são prevalecentes sobre a ação das forças hidrostáticas, até o nível d'água pré-estabelecido. Caso o nível d'água ultrapasse o nível pré-estabelecido, a partir do mesmo princípio a ação das forças hidrostáticas supera a força peso e a comporta se abre, permitindo a passagem da vazão de cheia, sendo auto-operada, isto é, variando o ângulo de abertura, em função da ordem da vazão afluente. Durante a operação de vertimento, a comporta admite fluxo tanto por cima (6) quanto por baixo (7) do tabuleiro. Para vazões extremas afluentes, a comporta se abre, encontrando estabilidade durante o vertimento para o ângulo de 48^ (3), em relação a sua posição fechada. Após a passagem do evento, o nível d'água se abaixa, atingindo o nível nominal (5), propiciando que seu peso prevaleça sobre a ação das forças hidrostáticas e hidrodinâmicas, fazendo com que a comporta se feche, garantindo a capacidade de armazenamento.

[011] A comporta hidráulica automática para controle de nível dotada de perfil hidrodinâmico auto-operada caracteriza-se por poder ser construída por diferentes materiais, tais como: aço ou outros metais, madeira, plástico e materiais compostos. Poderá ser construída ainda maciça ou oca, com estrutura interna de sustentação,

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5/5 sendo salientado que a determinação do processo construtivo bem como do material utilizado na construção, implica na avaliação da posição do eixo a qual será estabelecida em função do peso específico do material escolhido e da posição do centro geométrico, da parte superior e inferior da comporta de acordo com a disposição da estrutura interna de sustentação.

Claims (3)

1. COMPORTA HIDRÁULICA PARA CONTROLE DE NÍVEL DOTADA DE PERFIL HIDRODINÂMICO AUTO-OPERADO caracterizada por um perfil hidrodinâmico (1) auto-operante, que na posição fechada, estruturado por duas partes distintas: a inferior que é vertical e cujo bordo inferior propicia o fechamento da comporta sobre a superfície do vertedor, e a superior, inclinada à jusante em ângulos que, conforme for o caso, podem variar de 30° a 55° (3), pivotada em um eixo horizontal (2) de forma a propiciar a operação de abertura e fechamento apenas com a ação das pressões hidráulicas que age sobre ele e o seu peso próprio, d essa forma constituindo num dispositivo seguro para alteamento de reservatório, capaz de controlar o nível da água a montante, em reservatórios de água, hidrovias, calhas de rios, bacia de captação de água para bombeamento e controle de calados de rios e canais, entre outros usos.

2. COMPORTA HIDRÁULICA PARA CONTROLE DE NÍVEL DOTADA DE PERFIL HIDRODINÂMICO AUTO-OPERADO de acordo com a reinvindicação 1 caracterizada por poder ser construída por diferentes materiais, tais como: aço ou outros metais, madeira, plástico e materiais compostos. Poderá ser construída ainda maciça ou oca, com estrutura interna de sustentação, sendo salientado que a determinação do processo construtivo bem como do material utilizado na construção, implica na avaliação da posição do eixo a qual será estabelecida em função do peso específico do material escolhido e da posição do centro geométrico, da parte superior e inferior da comporta de acordo com a disposição da estrutura interna de sustentação.

3. COMPORTA HIDRÁULICA PARA CONTROLE DE NÍVEL DOTADA DE PERFIL HIDRODINÂMICO AUTO-OPERADO de acordo com as reinvindicações 1 e 2 caracterizado por sua função de aumento de capacidade de armazenamento, sem despender energia elétrica, e uma grande estabilidade durante a passagem da lâmina vertente para qualquer ordem de vazão.