Dimensionamento de escadas hidráulicas em descida d'água a jusante de usina fotovoltaica através de CFD

Abstract

No Brasil, em vista do aumento constante dos preços da energia elétrica, as chamadas fontes de energia alternativa estão ganhando espaço no mercado. Entre as fontes que merecem destaque em seu potencial de expansão, associado ao menor impacto ambiental, está a energia solar fotovoltaica. No entanto, o processo construtivo de usinas solares pode requerer grandes modificações nas paisagens gerando modificações nas propriedades do solo e vegetação. A adição de superfície impermeável, como os painéis, pode alterar a hidrologia do local de implantação e de sua vizinhança, já que a energia e velocidade da água escoada é maior. Além disso a alteração do uso do solo durante a implantação altera o regime de escoamento superficial ocasionando o aumento de vazão, especialmente se o solo é exposto. Portanto, há necessidade de aplicação de uma série de medidas, como a aplicação do projeto de técnicas de drenagem que possibilitam o controle de erosão. Diante deste cenário, neste trabalho será realizado o dimensionamento de escadas hidráulicas em descida d’água canalizando o talvegue a jusante de usina fotovoltaica localizada em Caldeirão Grande do Piauí, PI. Como metodologia de dimensionamento hidráulico será realizada uma modelagem numérica através de CFD (Computacional Fluid Dynamics), utilizando o software Ansys Fluent, em comparação com modelos empíricos. Desta forma, busca-se aliar o uso de modelagem numérica de fluidos com o ambiente de geração de energia fotovoltaica, fomentando o uso desta metodologia para a mitigação de processos erosivos em taludes no ambiente de geração fotovoltaica.

In Brazil, considering the constant increase in electricity prices, alternative energy sources are gaining space in the market. Among the sources that deserve highlighting for their potential for expansion, associated with lower environmental impact, is photovoltaic solar energy. However, the construction process of solar power plants may require significant modifications to landscapes, resulting in changes to soil properties and vegetation. The addition of impermeable surfaces, such as solar panels, can alter the hydrology of the implementation site and its surroundings, as the energy and velocity of water runoff increase. Additionally, changes in land use during implementation alter the surface runoff regime, leading to increased flow, especially if the soil is exposed. Therefore, the application of a series of measures is necessary, such as the implementation of drainage techniques that enable erosion control. In this context, this work will carry out the design of hydraulic stairs for downward water flow, channeling the thalweg downstream from a photovoltaic power plant located in Caldeirão Grande do Piauí, PI. As a hydraulic design methodology, numerical modeling will be performed using Computational Fluid Dynamics (CFD) through the Ansys Fluent software, in comparison with empirical models. Thus, the aim is to combine the use of numerical fluid modeling with the photovoltaic energy generation environment, promoting the use of this methodology for mitigating erosive processes on slopes in the photovoltaic generation setting.