Análise da macroturbulência do escoamento em escadas para peixes por bacias sucessivas

Sanagiotto, Daniela Guzzon

Os mecanismos de transposição de peixes (MTP) são estruturas ou sistemas que possibilitam a migração da ictiofauna entre as partes de jusante/montante/jusante de uma barragem. As escadas para peixes representam um dos tipos de MTP mais conhecidos no mundo e apresentam diversas configurações geométricas. A escolha do tipo de escada deve atender às características natatórias dos peixes selecionados para transporem o obstáculo. Para algumas espécies, como o salmão, já se conhecem geometrias adequadas, entretanto, para a maioria das espécies isto não ocorre e muitos projetos têm demonstrado desempenho insatisfatório. No Brasil, encontra-se uma imensa diversidade de espécies de peixes, cujas características natatórias diferem em muito das apresentadas pelos salmonídeos. Este fato, associado à crescente exigência da implantação de MTP nos barramentos, através de leis estaduais ambientais, torna necessária a definição de estruturas adequadas à ictiofauna brasileira. A validação dos critérios de projeto passa, obrigatoriamente, por estudos que avaliem as características hidráulicas das estruturas propostas e a interação do fluxo com os padrões natatórios da ictiofauna. O número de pesquisas relacionadas ao funcionamento hidráulico de escadas para peixes vem crescendo, entretanto ainda são insuficientes, não existindo um consenso sobre os critérios, seja para sua caracterização completa, seja para definir sobre quais parâmetros devem ser considerados. Os padrões de turbulência do escoamento em escadas para peixes, cujas características supõem-se relacionarem-se com o grau de aceitação ou rejeição das espécies, são praticamente desconhecidos. Neste trabalho realizou-se a caracterização hidráulica através do estudo experimental, de três tipos de escadas para peixes: (1) com ranhura vertical; (2) com descarregador de superfície e (3) com orifício de fundo. As estruturas foram construídas nos laboratórios do Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul – IPH/UFRGS e no Laboratório Nacional de Engenharia Civil – LNEC – Portugal. As seguintes medições foram realizadas: velocidades em três direções, em diferentes planos dos tanques, com velocímetros acústicos Doppler (ADV) e níveis de água da superfície livre com pontas linimétricas e réguas graduadas. Para a estrutura com ranhura vertical ainda foram medidas as pressões médias e suas flutuações, junto ao fundo do canal, com transdutores piezoresistivos. Para cada uma das estruturas realizaram-se ensaios com três descargas. Além de definidas as características médias do escoamento, os dados de velocidades, que passaram por um processo de aplicação de filtros sem substituição, possibilitaram a avaliação de parâmetros de turbulência, entre eles a energia cinética da turbulência, a intensidade da turbulência e as tensões de Reynolds. No modelo da escada para peixes com ranhuras verticais verificou-se que os parâmetros hidráulicos estão de acordo com estruturas similares da bibliografia, entre eles, coeficiente de descarga, vazão adimensional e coeficiente de cisalhamento. Os campos de pressão junto ao fundo refletem o comportamento da superfície livre do escoamento. Através do mapeamento das velocidades dentro do tanque da escada do tipo ranhura vertical, foi possível caracterizar as duas zonas de recirculação e a região do jato principal. Os máximos valores médios de velocidade encontram-se na seção da ranhura, não excedendo 1,00 m/s (no modelo). Além disso, foi possível reconhecer as regiões de maior energia cinética da turbulência que apresentaram valores de até 1000 cm2/s2 na região do jato principal, as quais coincidem com as zonas de maiores tensões de Reynolds da ordem de até 30 N/m2. A partir das velocidades médias e em função das velocidades de nado dos peixes obtidos na literatura, foi possível a identificação de locais que atuam como “barreiras” ao deslocamento de determinada espécie. A avaliação qualitativa do comportamento da trajetória dos peixes dentro dos tanques mostrou-se de acordo com a definição destas “barreiras” hidráulicas e com a avaliação do comportamento dos campos de energia cinética da turbulência e das tensões de Reynolds. No modelo da escada do tipo descarregador de superfície observaram-se as máximas velocidades médias sobre o descarregador, com valores de até 1,73 m/s. Verifica-se que na maior parte do tanque as velocidades médias não ultrapassam 40% da velocidade potencial. Foram encontrados valores de energia cinética da turbulência até 2000 cm2/s2, com valores na maior parte do tanque em torno de 200 cm2/s2. Quanto aos campos de tensões de Reynolds, têm-se, na maior parte do tanque, os valores entre −5 e 5 N/m2, sendo que na região do jato mergulhante, os valores chegam até 30 N/m2. Na escada com orifícios de fundo verificaram-se as maiores velocidades médias nos planos sob influência do fluxo principal proveniente do orifício. Não foi possível a medição da velocidade na seção da abertura, sendo que os valores medidos no tanque não ultrapassaram 50% da velocidade potencial. Os máximos valores de energia cinética da turbulência atingem até 2000 cm2/s2 junto ao fundo, enquanto na região central do tanque, o valor médio é um pouco inferior a 200 cm2/s2. Os valores de tensão de Reynolds encontram-se entre −30 e 30 N/m2, com a maioria das regiões entre −5 e 5 N/m2. Os valores máximos e médios de energia cinética da turbulência e tensões de Reynolds para os modelos com descarregador de superfície e com orifício de fundo encontram-se na mesma faixa. Isto indica que, sob o ponto de vista técnico, possivelmente o critério de escolha entre essas duas estruturas recai nas características da ictiofauna. A passagem com ranhura vertical permite a escolha da profundidade preferencial de nado. No entanto, nessa estrutura, verificase que as componentes médias e turbulentas, nas regiões de descanso, comparando-as com os valores máximos do jato principal, são superiores proporcionalmente, às observadas nas zonas de recirculação das outras duas estruturas. As informações biológicas disponíveis na literatura não permitem a definição de condições preferenciais em relação aos parâmetros de turbulência entre as estruturas aqui avaliadas. No entanto, as informações obtidas nesse trabalho indicam que a energia cinética da turbulência e as tensões de Reynolds podem ser indicativos da tolerância ou preferência dos peixes até certos níveis de turbulência.

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