Estudo de Caso Histórico do Reservatório de Cresta

Dragagem Ambiental no Reservatório de Cresta
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Demonstração de dragagem de bomba EDDY no reservatório de Cresta

por LARRY L. HARRISON 1, Membro ASCE e HARRY P. WEINRIB

EDDY Pump environmental dredging

Um teste de demonstração de uma nova tecnologia de dragagem de polpa ecológica usando a “Bomba EDDY”, uma bomba de polpa de vórtice patenteada, foi realizada em 1994 no Reservatório de Cresta, no norte da Califórnia, para verificar suas capacidades de desempenho e determinar os possíveis impactos ambientais da dragagem proposta. O reservatório, localizado no rio North Fork Feather, no condado de Plumas, acumulou aproximadamente 2,3 milhões de metros cúbicos de sedimentos, preenchendo quase metade de sua capacidade total desde que entrou em serviço em 1949. Os sedimentos prejudicam a operação confiável da barragem e da Casa de Força de Cresta de 70.000 kW ao obstruir as saídas do reservatório. O proprietário realizou uma série de estudos abrangentes investigando alternativas de gerenciamento de sedimentos para o reservatório desde meados da década de 1980.

Para a demonstração da Bomba EDDY, aproximadamente 7.833 metros cúbicos de depósitos de sedimentos arenosos perto da Barragem de Cresta foram dragados e devolvidos ao fundo do reservatório 600 metros a montante. Turbidez, sólidos suspensos, oxigênio dissolvido, fluxo, densidade da pasta e taxa de produção foram monitorados. Concluiu-se que o desempenho da dragagem superou as especificações de produção do fabricante e atendeu facilmente aos padrões restritivos de qualidade da água. Densidades de pasta superiores a 70 por cento de sólidos em peso foram mantidas, enquanto picos acima de 90 por cento foram alcançados. Foram observadas taxas de produção de mais de 230 metros cúbicos por hora. A turbidez máxima da pluma de descarga foi de apenas 12 Unidades de Turbidez Nefelométrica (NTU) acima do ambiente.

Fundo

Cable Deployed Dredge 8-inch Pump

Projeto 2017 – Projeto Sistema de Eclusa de Canal. A bomba de dragagem suspensa de 8 polegadas foi usada para remover a areia para este projeto de expansão.

Desde 1984, o proprietário do Reservatório de Cresta avaliou vários métodos para resolver os problemas de sedimentos no local. e no reservatório semelhante de Rock Creek localizado a montante. Foram consideradas dragagens de garras e sucção hidráulica com disposição de sedimentos por caminhão, ferrovia ou tubulação de chorume para aterros distantes. Todas essas opções envolvem potenciais impactos ambientais que podem afetar negativamente a ecologia aquática e terrestre de interesse das agências reguladoras. O plano atual do proprietário prevê uma dragagem limitada nas barragens seguida de uma passagem controlada de sedimentos a jusante durante os fluxos de cheias. Para a dragagem de produção, o Conselho Regional de Controle de Qualidade da Água (RWQCB) propôs o limite superior para turbidez em 25 NTU acima do nível de fundo e limitou os sólidos totais suspensos (TSS) a 80 mg/1, independentemente do nível de fundo. O proprietário, preocupado que os equipamentos convencionais de dragagem não pudessem atender a esses padrões restritivos, identificou a tecnologia de dragagem EDDY Pump como uma alternativa que poderia atender aos padrões ambientais e dragar economicamente grandes volumes de sedimentos. (Han·ison, 1995)

A nova bomba EDDY é uma máquina fisicamente simples que desmente seu design e desempenho hidrodinâmicos avançados. A bomba é composta por um rotor em voluta com bocal de sucção e saída de descarga. As bombas para serviço de dragagem são construídas com ligas de aço de alta resistência e resistência à abrasão. As únicas partes móveis são o rotor e seu eixo. A potência rotativa pode ser aplicada por motores elétricos ou hidráulicos, ou por eixos mecânicos de motores diesel ou outros. As velocidades de operação típicas estão na faixa de 1.000 a 2.000 RPM. O rotor, localizado dentro da voluta oposta ao bocal de sucção, dá rotação à coluna de água na voluta e no tubo de sucção, criando um vórtice que atrai água e sólidos da mesma maneira que um tornado levanta objetos. O vórtice de alta energia também serve para soltar sedimentos ou outros sólidos, permitindo que eles sejam arrastados no fluxo. Esse recurso permite a formação de lama com concentrações de sólidos muito altas sem a necessidade de jatos de água ou cabeças de corte. O rotor está fora da corrente de fluxo, de modo que cascalho e até mesmo pedras podem passar facilmente pela bomba e serem descarregadas sem colidir com o rotor. A bomba também passa facilmente trapos, vegetação e detritos lenhosos que podem obstruir outros tipos de bombas. As bombas são fabricadas sob medida pela EDDY Pump Corporation em tamanhos (diâmetro de descarga) de 0,1 0 metros a 0,36 metros para uma variedade de aplicações além de dragagem.

A nova tecnologia EDDY Pump prometia: 1) pouca ou nenhuma turbidez ou ressuspensão na sucção da draga, 2) capacidade de dragagem até a profundidade total dos reservatórios, 3) capacidade de lidar com uma ampla gama de materiais, de argila a pedras e detritos orgânicos, 4) capacidade de transportar sedimentos como lama de alta densidade, e efluente mínimo a ser tratado no local de disposição. Além disso, a alta densidade do chorume sugeriu a viabilidade de depositar o chorume debaixo d’água sem ressuspensão excessiva, com potencial de economizar milhões de dólares para o proprietário do reservatório em comparação com o descarte em aterro.

Para verificar a viabilidade da dragagem da bomba EDDY e deposição no reservatório, o proprietário celebrou um acordo com a “PB-MK Consultants and Engineers”, uma afiliada da EDDY Pump Corporation, para realizar o estudo do projeto. uma demonstração em grande escala da tecnologia no reservatório de Cresta. A manifestação previa que aproximadamente 7.646 metros cúbicos fossem dragados próximo à barragem e redepositados no fundo do reservatório 610 metros a montante. Os parâmetros ambientais de turbidez, sólidos suspensos e oxigênio dissolvido deveriam ser monitorados, além do desempenho da dragagem. O RWQCB impôs as mesmas limitações restritivas à qualidade da água para a demonstração, como havia proposto para a dragagem de produção.

Descrição da draga

Uma nova draga inovadora foi projetada e construída pela PB-MK para a demonstração. A draga foi construída em módulos para transporte por caminhão até o canteiro de obras como cargas não autorizadas. Isso foi importante para o acesso ao reservatório de Cresta, pois vários túneis rodoviários restringiam as folgas. O design modular permitiu que a draga fosse montada de forma eficiente sem re-soldagem de componentes principais. Um guindaste foi necessário para colocar os principais subconjuntos na água devido às margens íngremes e águas rasas perto da costa na área de mobilização, o que impediu a derrapagem ou o rolamento dos conjuntos no reservatório. Caso contrário, o único equipamento grande necessário para a mobilização era uma empilhadeira.

cable deployed dredge pump floating bargeA plataforma principal da barcaça das dragas que suporta os módulos de potência e cabine de controle e a plataforma de bombeamento da qual a bomba da draga e o motor de acionamento foram suspensos. As duas plataformas foram conectadas por uma lança com conexão pivotante na plataforma principal. Uma bomba EDDY com descarga de 0,254 metros de diâmetro acionada por um motor elétrico submersível de velocidade variável de 224 kW foi o coração do sistema. A energia elétrica principal era fornecida por um gerador a diesel de 500 kW. O controle de velocidade da bomba foi obtido variando a frequência de energia usando um driver de frequência de estado sólido. Uma bomba de água de lavagem a diesel de 7,6 metros cúbicos/minuto foi montada na plataforma principal e operada em modo de espera para proteger contra plugues de tubulação em caso de mau funcionamento. Uma mangueira flexível de descarga da bomba, com aproximadamente 60 metros de comprimento, foi conduzida da plataforma da bomba através da lança e sob a plataforma principal em um sistema de roletes, permitindo que a bomba fosse levantada e abaixada conforme necessário. O equipamento foi configurado para dragar até 30 metros de profundidade, acionamentos elétricos foram usados para a maioria dos equipamentos acionados para minimizar qualquer chance de derramamento de óleo.

Um medidor de vazão do tipo indução e um densitômetro nuclear foram montados em uma pequena barcaça de instrumentos na extremidade da mangueira de descarga atrás da plataforma principal para monitorar o fluxo e a densidade. Outra instrumentação incluiu uma câmera de vídeo subaquática para observar a área de sucção de dragagem, sonar de varredura lateral, turbidímetros de leitura contínua, medidores de demanda de energia e indicadores de posição. Um computador de bordo assistido com controle do sistema calculou a taxa de produção e gravou os dados de produção e qualidade da água

Uma tubulação de polietileno de alta densidade de 0,254 metros de diâmetro e 550 metros de comprimento com juntas termossoldadas foi estendida da barcaça de instrumentos até a plataforma de descarga. Os flutuadores foram amarrados à tubulação em intervalos de 4,5 metros. No final da tubulação, foi projetada uma plataforma flutuante para suspender uma cortina de sedimentos e suportar um difusor portado dentro da cortina. Para a distância de descarga de 610 metros, não foram necessárias bombas de reforço. Se necessário para tubulações mais longas, uma bomba EDDY também pode servir como uma bomba de reforço eficiente.

Infelizmente, o projeto da cortina de sedimentos de descarga não foi bem-sucedido e a cortina foi removida durante a maior parte da demonstração após a partida inicial. Mesmo assim, os parâmetros de • qualidade da água permaneceram dentro das exigências do órgão. Os autores acreditam que um projeto de cortina aprimorado poderia ter alcançado níveis ainda mais baixos de turbidez e TSS e pode ser necessário para sedimentos de granulação mais fina do que os encontrados no Reservatório de Cresta.

Operação de dragagem

Em operação, a plataforma principal foi posicionada por cabos de guincho em cada canto amarrados aos pontos de ancoragem em terra e à barragem. Em águas abertas, âncoras marinhas seriam usadas. Um controle joystick para os guinchos da linha de ancoragem permitia ao operador mover a plataforma principal em qualquer direção.

Enquanto a plataforma principal era mantida fixa, a plataforma de bombeamento era girada lentamente em torno da articulação do pivô pelos controles do guincho através de um arco de até 2,1 radianos (120 graus).

cable deployed dredge pump bargeA bomba foi elevada ou abaixada até a profundidade de dragagem por quatro linhas de guincho, uma presa a cada canto da estrutura de suporte da bomba. Variando o comprimento dos cabos de suspensão independentemente, a bomba e o bocal de sucção foram inclinados para otimizar a eficiência de sucção. A capacidade de controlar. a atitude e a localização do bocal em todos os três eixos permitiram que o material fosse dragado com precisão cirúrgica em comparação com outros métodos de dragagem. Além disso, a bomba foi montada em munhão •. em sua estrutura de suporte para que pudesse ser articulado para frente e para trás por um aríete pneumático ao mesmo tempo em que era girado através do arco para dragar uma faixa de 2,4 metros de largura. Após cada balanço, a draga era reposicionada para a próxima passagem.

Um medidor de vazão do tipo indução e um densitômetro nuclear foram montados em uma pequena barcaça de instrumentos na extremidade da mangueira de descarga atrás da plataforma principal para monitorar o fluxo e a densidade. Outra instrumentação incluiu uma câmera de vídeo subaquática para observar a área de sucção da draga, sonar de varredura lateral, turbidímetros de leitura contínua, medidores de demanda de energia e indicadores de posição. Um computador de bordo assistido com controle do sistema calculou a taxa de produção e gravou os dados de produção e qualidade da água

Uma tubulação de polietileno de alta densidade de 0,254 metros de diâmetro e 550 metros de comprimento com juntas termossoldadas foi estendida da barcaça de instrumentos até a plataforma de descarga. Os flutuadores foram amarrados à tubulação em intervalos de 4,5 metros. No final da tubulação, foi projetada uma plataforma flutuante para suspender uma cortina de sedimentos e suportar um difusor portado dentro da cortina. Para a distância de descarga de 610 metros, não foram necessárias bombas de reforço. Se necessário para tubulações mais longas, uma bomba EDDY também pode servir como uma bomba de reforço eficiente.

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Resultados da demonstração

O desempenho físico da draga superou as expectativas. Densidades de pasta superiores a 70 por cento de sólidos em peso foram mantidas, enquanto picos acima de 90 por cento foram alcançados. Foram observadas taxas de produção sustentadas de mais de 230 metros cúbicos por hora. Em um teste de 6,5 horas de duração, aproximadamente 1.681 metros cúbicos foram dragados. O material dragado foi predominantemente areia média a fina com um D-50 de 0,5 mm. Quantidades de troncos afundados e detritos orgânicos foram observadas pela câmera de vídeo subaquática para ser bombeada através do sistema sem entupimento. Em vários casos, grandes pedaços de madeira e pedaços de concreto foram sugados para dentro da bomba e descarregados pela tubulação. Profundidades de 15 metros foram afiadas sem problemas. A dragagem mais profunda, para a capacidade de projeto de 30 metros, não foi tentada porque o volume de escavação resultante teria excedido o volume aprovado pela permissão do Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA. A demonstração de dragagem foi interrompida quando o volume acumulado atingiu 7.833 metros cúbicos.

TABELA 1- DADOS DE PRODUÇÃO DE DRAGAGEM SELECIONADOS (PG&E, 1995)

 

Encontro

Dragagem

Tempo – Horas

% de 0(2erando

Tempo Dredqinq

Total de metros cúbicos

Taxa de dragagem

Metros3/Hora

12/14/94 6.5 87 1479 228
12/16/94 6.5 100 1681 258
12/19/94 5.5 76 1263 229
12/20/94 4.25 81 1154 271
12/21194 2.25 50 462 205

A turbidez, SST e oxigênio dissolvido (OD) foram medidos na estação de controle a montante, próximo à sucção da draga, na pluma a jusante da descarga e na estação de conformidade estabelecida na tomada do túnel de força. Em média, turbidez ao redor da entrada da bomba. excedeu os níveis de fundo em apenas 1,2 NTU. Em nenhum momento a turbidez ou as concentrações de sólidos em suspensão medidos na estação de conformidade da estrutura de captação se aproximaram dos limites estabelecidos pelos órgãos. O aumento máximo de turbidez foi de 1,9 NTU e a medição máxima de sólidos suspensos foi de 9,0 mg/1. A jusante da plataforma de descarga, a turbidez estava muito abaixo dos limites especificados para a estação de conformidade. O aumento máximo em relação ao ambiente foi de 12 NTU. As concentrações de oxigênio dissolvido não foram afetadas de forma mensurável pela dragagem. (Riacho, PG&E, 1995)

Turb. (NTU) TSS (mg/1) Turb. (NTU) TSS (mg/1) Turb. (NTU) Turb. (NTU)
12/14/94 105 0.8 1.0 1.9 4.0 2.4 10.5
12/16/94 76 0.6 1.5 2.0 4.0 1.5 5.1
12/19/94 92 0. 5 2. 0 2.4 8.0 0.7 2.2
12/20/96 N / D 0.4 1.0 1.1 2. 5 1.4 N / D
12/21/94 N / D 0.5 2.0 1.0 9.0 1.4 N / D

Uma draga de segunda geração está agora em construção que melhorará a draga protótipo usada para a demonstração de Cresta. A portabilidade e a capacidade de mobilização rápida são as principais características do novo design.

Conclusões

  • A dragagem de sucção de polpa da bomba EDDY fornece um método de dragagem ambientalmente superior para atender aos rigorosos padrões de qualidade da água.
  • Muito pouca turbidez ou ressuspensão de sedimentos na cabeça de sucção.
  • A bomba EDDY é capaz de altas taxas de produção. Comparável a dragas de sucção convencionais muito maiores.
  • A draga EDDY Pump é capaz de passar grandes volumes de detritos lenhosos e outros materiais estranhos em sedimentos sem entupimento.
  • A alta densidade da lama minimiza o volume de efluente a ser tratado e descartado deposição de sedimentos em terras altas.
  • A capacidade da tecnologia de bombear lamas densas por longas distâncias fornece uma alternativa de dutos para o transporte de sedimentos para locais de descarte distantes.
  • Após a solução dos problemas iniciais de inicialização, a draga protótipo provou ser capaz de uma operação confiável sustentada.
  • A descarga de lama de sedimentos na coluna d’água resultou em baixos níveis de turbidez e SST, bem dentro dos limites dos rigorosos padrões de qualidade da água, sem o uso de cortina de contenção de sedimentos.

REFERÊNCIAS

Creek, Korbin D. e Timothy H. Sagraves, (1995), “EDDY Pump Dredging: Does It Produce
Impactos na Qualidade da Água?”, Conferência ASCE Waterpower ’95, p. 2246-2252

Harrison, Larry L., Wing H.Lee e ScottTu, (1995), “Sediment Pass-Through, An
Alternativa à Dragagem de Reservatório”, Conferência ASCE Waterpower ’95, p.2236-2245.

• PG&E (Departamento de Serviços Técnicos e Ecológicos da Pacific Gas and Electric Co.) (1995) “Resultados do Monitoramento da Qualidade da Água Durante a Demonstração da Bomba EDDY em 1994 no Reservatório de Cresta”, Relatório Nº 402.331-95.23.REFERÊNCIAS

Creek, Korbin D. e Timothy H. Sagraves, (1995), “EDDY Pump Dredging: Does It Produce
Impactos na Qualidade da Água?”, Conferência ASCE Waterpower ’95, p. 2246-2252

Harrison, Larry L., Wing H.Lee e ScottTu, (1995), “Sediment Pass-Through, An
Alternativa à Dragagem de Reservatório”, Conferência ASCE Waterpower ’95, p.2236-2245.

• PG&E (Departamento de Serviços Técnicos e Ecológicos da Pacific Gas and Electric Co.) (1995) “Resultados do monitoramento da qualidade da água durante a demonstração da bomba EDDY em 1994 no reservatório de Cresta”, Relatório nº 402.331-95.23.