Curvas Características de Turbinas: Comportamento e Dimensionamento

Turbinas Curvas Características Prof Me André Chiconi Rialto Conteúdo Curvas Características 2 Curvas Características As curvas características permitem conhecer o comportamento de máquinas de fluxo em qualquer situação projeto ou não A partir da Vazão Q salto energético específico Y e a rotação n obtémse os dados para todas as outras variáveis das máquinas 3 Curvas Características Para turbinas é comum utilizar como variáveis independentes 1 Rotação n ou rotação específica nqa 2 Altura de queda H correspondente ao salto energético específico 3 Grau de abertura a 4 Curvas Características O grau de abertura é expresso como um percentual máximo de abertura Para turbinas Francis e Kaplan é a menor distância entre a cauda de uma pá do sistema e a pá seguinte Para turbina Pelton está relacionada com o curso da agulha injetora 5 Curvas Características Curvas Características A partir dessas 3 variáveis independentes é comum encontrar como variáveis dependentes 1 Vazão de Descarga Q 2 Potência do Eixo Pe 3 Rendimento total ηt 7 Curvas Características Essas curvas são obtidas a partir de ensaios de laboratórios variando se os parâmetros necessários Através das regras de semelhança projetase a partir do modelo os valores para o protótipo das turbinas 8 Curvas Características η Q m³s Curvas Características Ao invés de representar as curvas e forma separada como apresentada anteriormente é possível representalas em um único gráfico Esse gráfico fica parecido com a representação espacial de um terreno com diferentes alturas colina topográfica Sendo assim eles são chamados de diagramas topográficos de máquinas de fluxos 12 Q m³s Curvas Características A curva de ηt 0 é obtida através da supressão total da carga sobre a turbina ou seja Pe0 Como exemplo quando o gerador elétrico acoplado à turbina é desligado da rede mantendo uma vazão de fluido no interior da turbina 14 Curvas Características A curva de a 100 é usada para o dimensionamento dos componentes da turbina pois é nessa condição que os esforços são máximos 15 Curvas Características Para a construção de gráficos e diagramas gerais é comum utilizar grandezas unitárias ou biunitárias Nos de grandezas unitárias considerase a altura de queda como 1 H10m 16 Q Curvas Características Temse as seguintes relações 18 Curvas Características Nos biunitários tanto a altura de queda quanto o diâmetro do rotor valem 1 H10m e D10m 19 Diagrama topográfico em grandezas biunitárias Curvas Características A partir dos diagramas biunitários é possível obter as curvas características de Potência e Rendimento Total em função da Vazão para uma turbina real Considere uma turbina real com 1 Rotor do diâmetro D 865m 2 Velocidade de rotação n 909rpm 3 Altura de queda H 120m 21 Curvas Características Inicialmente calculase o valor da velocidade de rotação biunitária n11 Com a velocidade de rotação biunitária utilizase o diagrama para encontrar os rendimentos totais e suas respectivas vazões biunitarias Q11 22 Curvas Características Com a vazão biunitária calculase a vazão real para cada rendimento Por fim obtémse o valor da Potência com a equação 23 ηt Curvas Características Desse último gráfico é possível obter o ponto de funcionamento em vazio da turbina que é a vazão em que não há Potência no eixo Para esse caso Q 70m³s Além disso obtémse o ponto ótimo de trabalho onde a eficiência é máxima Q580 m³s 25 nqa36 nₕₐ453 Curvas Características Outra forma de curva característica é um gráfico comparativo entre os tipos de turbina Utiliza a eficiência total e razão entre a vazão de operação e a vazão máxima permitida A partir dos mesmos valores de n11 recorrese ao diagrama topográfico e projetase os valores 29 nₕₐ45 Exemplo Utilize o digrama a seguir Sabendo que uma turbina representado pelo gráfico está com velocidade de rotação de 8182rpm gerador de 60Hz constante para todas as condições de trabalho determine para a água com massa específica de 1000kgm³ A a altura de queda B a vazão nominal C a potência nominal D a vazão para Hmin514m e a100 E a potência gerada para Hmax676m e a80 F a velocidade máxima de disparo para altura nominal 31 Curvas de rendimento em função da vazão valor relativo à vazão máxima para vários tipos de turbinas hidráulicas Q Exemplo Utilize os diagramas a seguir Sabese que a turbina Kaplan foi projetada para uma altura de 262m e velocidade de rotação de 857rpm Quando a altura de queda baixa para 2256m supõese que o sistema de regulagem atue aumentando o grau de abertura para 85 e alterando a inclinação das pás do rotor para 10º Sendo água com massa específico de 1000kgm³ calcule A a potência no eixo para essa situação descrita B a potência no eixo para condições de projeto 33 Q₁₁ Q₁₁ Bibliografia Henn E A L Máquinas de Fluidos 2ed editoraufsm 36