Título:
Aplicação do controlo numérico bival a um canal experimental
Resumo:
O controlo monovariável em canais de distribuição de água, em que o órgão de controlo (comporta) controla a profundidade do escoamento imediatamente a montante (controlo local por montante) ou a jusante (controlo local por jusante) é a técnica mais usual, sobretudo na primeira variante, uma vez que é fácil de calibrar e implementar. Apresenta-se neste artigo um estudo sobre uma das várias alternativas de controlo digital existentes em canais de distribuição de água, o controlo BIVAl, que aparece como uma solução intermédia das duas variantes assinaladas e que tem a grande vantagem de permitir a maior flexibilidade na distribuição de água, reduzindo, relativamente ao controlo local por jusante, os regimes transitórios decorrentes da variação dos caudais e, consequentemente, a instabilidade hidráulica e ainda a reserva a considerar em cada trecho de canal. Tal é possível porque a variável controlada é a profundidade a meio do trecho, permanecendo o volume de água aí acumulado praticamente constante. Os modelos hidráulicos de regime variável são ferramentas indispensáveis na modernização dos sistemas de distribuição de água em canal, pois permitem a definição e análise das respostas dos sistemas de controlo a estudar. Esta foi a via adoptada para a calibração e validação do modelo de controlo BIVAL desenvolvido para um canal experimental. O canal em estudo é o Canal Experimental Automático do Núcleo de Hidráulica e Controlo de Canais (NuHCC) do Departamento de Engenharia Rural da Universidade de Évora.. Em RIJO (2005) e na página WWW da instalação experimental (http://canais.nuhcc.uevora.pt) podem ver-se descrições pormenorizadas da instalação e dos respectivos equipamentos, incluindo do canal experimental. Este é um canal revestido a betão, possuindo uma secção transversal genérica trapezoidal, com 0,15 m de largura de rasto, um declive das espaldas de 1:0,15 (V:H) e uma altura média de 0,90 m. O caudal de projecto é de 0,090 m3/s. Possui um comprimento total de 145,5 m e um declive longitudinal médio de 1,5×10-3 m/m. Possui quatro comportas planas verticais e quatro tomadas de água, munidas com actuadores eléctricos ligados a autómatos locais. Estes estão em rede com um autómato central. O objectivo principal do trabalho consistiu na obtenção dos parâmetros de calibração Kp e Ki, de controladores do tipo PI necessários à aplicação do controlo BIVAL ao canal experimental. O modelo de simulação usado foi um modelo hidráulico SIC que permitiu testar a qualidade desses parâmetros, obtidos através de um processo de optimização, para alguns cenários de funcionamento do canal. Pode concluir-se que o controlo BIVAL apresenta resultados globais muito bons. Este tipo de controlo tem as suas vantagens, uma vez que possui um coeficiente de ponderação, α, que permite situar a variável controlada em qualquer secção De cada trecho de canal, com óptimos resultados e, nos casos extremos, ou seja, quando α=1 e α=0, obtém-se os controlos por jusante à distância e o local por jusante, respectivamente, sendo por isso o controlo que permite maior flexibilidade de distribuição. Quanto ao método de calibração dos controladores PI, é possível concluir que utilizando o método de optimização obtém-se uma boa calibração global dos controladores, minimizando os erros sem provocar movimentos bruscos nas comportas. Nas simulações realizadas, as comportas apresentaram um funcionamento relativamente estável na sua adaptação aos novos caudais em circulação. O único problema do método de calibração usado é o de requerer bastante memória e um processador do computador bastante rápido, porque, caso contrário, este poderá levar dias a determinar os parâmetros de calibração (cada optimização requer cerca de um dia no computador).
Autores:
Manuel Rijo, Nelson Carriço