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O Problema da Cavitação em Extravasores de Barragens

Um problema conhecido e recorrente em sistemas extravasores de barragens é o da erosão da estrutura causado pela cavitação.

A cavitação é um fenômeno causado pela vaporização de um líquido pela redução da pressão durante o escoamento. Em determinados pontos de um sistema de escoamento, devido à aceleração do fluido, a pressão pode cair a um valor inferior ao da pressão em que ocorre a vaporização, formando bolhas de vapor.

A figura a seguir ilustra o fenômeno:

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 Figura 1 – Ilustração do fenômeno da cavitação (Fonte: UFPE)

Essas bolhas são carregadas durante o escoamento e podem chegar a regiões onde a pressão cresça novamente. Nesse caso ocorrerá a implosão dessas bolhas. Se a implosão ocorrer em regiões próximas a superfícies sólidas, as ondas de choque decorrentes das implosões poderão causar microtrincas e consequentemente erosões localizadas. Em situações extremas essas trincas evoluem para danos maiores e isso poderá comprometer a integridade da estrutura, levando-a ao seu colapso.

Inclusive há cerca de 1 ano houve um acidente na Barragem de Oroville, localizada na Califórnia - EUA, cuja causa foi atribuída a trincas que surgiram no canal do sistema extravasor decorrentes de problemas de cavitação.

Na ocasião, em meio durante as inundações de 2017 na Califórnia, houve a necessidade de se extravasar um enorme volume de água decorrente das chuvas generalizadas, que fizeram com que o volume do reservatório chegasse ao seu limte. Como a vazão liberada era grande e o canal do extravasor já apresentava trincas, ocorreram danos significativos na estrutura, o que obrigou os operadores a interromperem sua operação sob risco de colapso total. Isso fez com que o excesso de água tivesse de ser liberado pelo extravasor de emergência, que não era apropriado para escoar tamanha vazão de água. Por isso este também sofreu danos severos.

Um colapso total não chegou a ocorrer. Porém, cerca de 180 mil pessoas que viviam a jusante da barragem ao longo do Rio Feather tiverem de ser evacuadas de suas casas.

Abaixo fotos dos danos no extravasor:

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Foto 1 – Vista dos danos no canal extravasor da Barragem Oroville (Fonte: https://wattsupwiththat.com)

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Foto 2 – Vista dos danos no canal extravasor da Barragem Oroville (Fonte: https://wattsupwiththat.com)

Para evitar que problemas como esse ocorram, é comum a adoção de algumas modificações estruturais visando a entrada de ar no escoamento. A depender dos valores encontrados para o índice de cavitação, uma regularização de superfície é suficiente. Porém, em casos extremos é preciso introduzir aeradores ou rampas.

A figura a seguir mostra a introdução de estruturas de aeração em extravasores:

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Foto 3 – Estrutura de aeração (air ramp) no extravasor da Barragem McPhee, localizada no Colorado - EUA (Fonte: BUREAU OF RECLAMATION)

Portanto, é de fundamental importância que o fenômeno da cavitação seja avaliado no projeto e no dimensionamento de sistemas extravasores de barragens. Trata-se de algo que, se não controlado, pode causar danos graves à estrutura, representando um enorme risco à segurança da barragem.