Turbinas Hidráulicas - Princípios, Tipos e Aplicações em Engenharia Mecânica

São dispositivos utilizados para converter energia hidráulica em energia mecânica útil sob a forma de trabalho de eixo para posterior conversão em EE 435 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas 1 Energia Hidráulica Turbinas Hidráulicas Energia Mecânica Útil Energia Eólica Turbinas Eólicas Energia Mecânica Útil Energia Química Energia Térmica Turbinas a Gás ou Vapor Energia Mecânica Útil Energia Nuclear Energia Térmica Turbinas a Vapor Energia Mecânica Útil 1 m3 de água fornece 98 J de energia mecânica por cada metro de queda Com uma vazão volumétrica de 1 m3s podese gerar 98kW DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 Turbinas Hidráulicas Reação Francis Lenta normal rápida e extrarápida Propeller Hélice de pás fixas Kaplan Hélice de pás orientáveis Tubulares Bulbo e Straflo Ação Pelton 124 e 6 jatos 436 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Classificação 2 Queda de pressão ocorre no rotor Queda de pressão ocorre em bocais estacionários DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 Turbinas Hidráulicas Axial Trajetória da partícula é helicoidal e mantémse na superfície cilíndrica em torno do eixo da turbina Ex Kaplan Propeller Bulbo e Straflo Diagonal Trajetória da partícula muda gradativamente da direção radial para a axial Ex Francis Normal Ráripa e Extrarápida Tangencial Trajetória da partícula é tangencial ao rotor Ex Pelton Radial Trajetória da partícula na sua ação sobre o rotor é radial e mantémse num plano normal ao eixo da turbina Ex Francis Lenta 437 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Classificação3 DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 438 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Componentes 4 Os componentes mais importantes das turbinas hidráulicas são o distribuidor o receptor ou rotor e o tubo de sucção ou recuperador Distribuidor É responsável por conduzir a água ao receptor conferindolhe velocidade magnitude e direção adequada para cada valor de vazão com um mínimo de perdas hidráulicas Nas turbinas de ação é formado por bocais estacionários reguláveis e defletores Nas turbinas de reação é formado por pás guias fixas eou orientáveis dispostas ao redor do receptor Receptor Fixado ao eixo da turbina é responsável por extrair a energia do fluxo de água por intermédio da interação com suas pás Tubo de sucção Presente apenas nas turbinas de reação é usado para recuperar parcela da energia cinética da água quando esta é relativamente alta na saída do receptor DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 439 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Caracterização 5 Pontos relevantes e Entrada do distribuidor 0 Saída do distribuidor 1 Entrada do receptor 2 Saída do receptor 3 Entrada do tubo de sucção 4 Saída do tubo de sucção TUBO DE SUCÇÃO RECEPTOR DISTRIBUIDOR T U R B I N A 01 23 4 TUBULAÇÃO DE ADUÇÃO e GERADOR DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 Turbinas Hidráulicas Caracterização 6 Energia Cinética Energia de Pressão DISTRIBUIDOR RECEPTOR TURBINA DE AÇÃO DISTRIBUIDOR RECEPTOR TUBO DE SUCÇÃO TURBINA DE REAÇÃO Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Turbinas Hidráulicas Caracterização 7 Efeito do tubo de sucção na potência da turbina DISTRIBUIDOR RECEPTOR DISTRIBUIDOR RECEPTOR DISTRIBUIDOR RECEPTOR Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 442 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Tipos 8 Turbinas Hidráulicas mais comuns Pelton Francis Kaplan Bulbo DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 443 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Tipos 9 Pelton Francis Propeller Bulbo Kaplan Turbinas Hidráulicas mais comuns DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 444 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Tipos 10 Pelton DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 445 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Tipos 11 Pelton Fonte httpsvoithcomcorpenproductsserviceshydropowercomponentsturbineshtml DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 446 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Tipos 12 Pelton DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 447 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Tipos 13 Pelton Fontehttpsflovelnet Faixa de aplicação da turbina Pelton em termos de H e Q DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 448 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Tipos 14 Francis DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 449 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Tipos 15 Francis DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 Turbinas Hidráulicas Tipos 16 Francis Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas 450 DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 451 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Tipos 17 Francis DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 452 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Tipos 18 Francis Faixa de aplicação da turbina Francis em termos de H e Q Fontehttpsflovelnet DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 453 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Tipos 19 Kaplan DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 454 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Tipos 20 Kaplan DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 455 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Tipos 21 Kaplan DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 456 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Tipos 22 Kaplan Faixa de aplicação da turbina Kaplan em termos de H e Q Fontehttpsflovelnet DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 457 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Tipos 23 Bulbo DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 458 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Tipos 24 Bulbo DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 459 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Tipos 25 Propeller Faixa de aplicação das turbinas Propeller Bulbo e Straflo em termos de H e Q Fontehttpsflovelnet DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 460 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Tipos 26 Geradores DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 461 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Tipos 27 Faixa de aplicação e rendimento das turbinas Pelton Francis e Kaplan DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 462 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Tipos 28 Generalidades Simulação computacional do escoamento em turbina Francis via RANS LinkhttpsyoutubedghmoudZiWw DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 463 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Tipos 29 Generalidades Fabricação e montagem de uma turbina Francis de 85MW na Ebco LinkhttpswwwyoutubecomwatchvBPLBtqUJjw DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 Turbinas Hidráulicas Instalações 1 Instalações de Turbinas Hidráulicas São inúmeras as modalidades A escolha de uma delas depende de uma série de fatores topográficos hidrográficos pluviométricos fluviométricos geológicos além de aspectos de ordem econômica e social construção de barragem pode implicar em inundações de regiões povoadas ou economicamente ativas além de impactos ambientais De acumulação possuem bacia de acumulação de grande capacidade Operam regularmente em todas as estações do ano Podem ser de represamento ou derivaçãodesvio A fiodágua Não possuem bacia de acumulação Operam com a vazão provida diretamente pelo rio Classificação quanto a queda Queda muito baixa Queda baixa Queda média Queda alta Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 465 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Instalações 2 Usina a fiodágua de represamento Represa Hoover rio Clorado AZ e NV USA Proprietária Reclamation Bureau H500 ft N2080 MW DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 466 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Instalações 3 Usina a fiodágua de represamento Represa Hoover rio Clorado AZ e NV Proprietária Reclamation Bureau H500 ft N2080 MW DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 467 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Instalações 4 Usina de acumulação de desvio Usina de Paulo Afonso IIIII e IV Rio São Francisco BA Proprietária CHESF H80 m N4280 MW DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 468 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Instalações 5 Usina de acumulação de desvio Usina de Paulo Afonso IIIII e IV rio São Francisco BA Proprietária CHESF H80 m Q N4280MW DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 Turbinas Hidráulicas Instalações 6 Usina hidrelétrica de acumulação Componentes 1 Reservatório Tomada dagua c 2 Barragem 3 Tubulação de baixa pressão 4 Chaminé de equilíbrio Standpipe 5 Casa de comando de válvula 6 Tubulação forçada Penstock 7 Turbina Distribuidor e 8 Turbina Receptor ou rotor 9 Gerador 10 Transformador Casa de máquinas 11 Canal de fuga a 12 Linha de transmissão Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 469 Turbinas Hidráulicas Instalações 7 Terminologia Quedas 1 Topográfica ou geodésica Hg É o desnível entre os pontos c e a 2 Quedas Energéticas denominada genericamente H É a variação de energia mecânica por unidade de peso dágua entre dois pontos i e o que se convenciona escolher H hi piγ vi²2g ho poγ vo²2g 21 Queda disponível Net head H É a variação de energia por unidade de peso dágua entre a entrada e a saída convencionais da instalação da turbina Conforme vermos adiante Pontos e e 4 entrada e saída reais da instalação da turbina Pontos c e a entrada e saída convencionais da instalação turbina Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 470 Turbinas Hidráulicas Instalações 8 Terminologia Cont Quedas Cont 22 Queda nominal Rated ou garanteed head Hn É a queda disponível com a qual o rendimento da turbina é máximo para o número de rotações previsto 23 Queda bruta Gross head Hb É a queda computada entre os pontos c e a Hb hc pbγ vc²2g ha pbγ va²2g Hg vc² va²2g Hg Obs Em geral a queda bruta se confunde com a queda topográfica 24 Queda motriz Hm É energia mecânica por unidade de peso dágua cedida ao rotor para movêlo Hm H Jε na qual Jε representa as perda hidráulicas no interior da turbina Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 471 Terminologia Cont Quedas Cont 25 Queda útil Hu É energia por unidade de peso dágua com a qual o eixo da turbina aciona o gerador Hu Hm Jp na qual Jp representa as perdas mecânicas mancais e acoplamento Com base nas definições em 23 e 24 segue que Hu H Jε Jp 26 Queda crítica Hc É queda com a qual estando o distribuidor da turbina completamente aberto admissão plena a potência útil é máxima Obs O rotor da turbina é projetado para as condições de operação com as quais o rendimento é máximo rotação nn vazão Qn e queda Hn Terminologia Cont Potências 1 Disponível P P γQH ou Pn γQnHn 2 Motriz Pm Se QL representa as fugas no interior da turbina então Pm γQ QLHm 3 Útil N ou Pu N ou Pu γQ QLHu Rendimentos 1 Total η η PuP γQ QLHuγQH ηp ηv ηε 234 Mecânico Volumétrico e Hidráulico ηp ηv e ηε ηp PuPm γQ QLHuγQ QLHm ηv Q QLQ ηε PmP γQ QLHmγQH Terminologia Cont Rendimentos cont Logo N ou Pu ηγQH N ou Pu CV 1000ηQH75 Q em m3s H em m 5 Da tubulação forçada Penstock qdo existente ηp Se Jp representa as perda de carga na tubulação forçada então ηp Hg JpHg na qual Jp hc pcγ vc22g he peγ ve22g 6 Global da instalação ηi Como em geral HHgJp segue que ηi ηpη ηp ηpηv ηε Turbinas Hidráulicas Instalações 12 Terminologia Cont Grau de Reação da Turbina Denominado por G é a razão entre a energia de pressão e a energia motriz Nas turbinas Pelton G 0 Nas turbinas de reação 03 G 07 Dados Práticos Nas turbinas de reação pequenas a médias 088 ηₑ 092 Nas turbinas de reação grandes 094 ηₑ 096 Nas turbinas Pelton pequenas a médias 085 ηₑ 090 Nas turbinas Pelton grandes 091 ηₑ 093 Nas turbinas Pelton ηᵥ 10 o jato incide sobre as pás Nas turbinas Francis 095 ηᵥ 099 Nas turbinas Kaplan de grande potência ηᵥ 098 O rendimento mecânico varia na faixa de 0970 ηₚ 0997 para potências na faixa de 100 N CV 100000 respectivamente Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Turbinas Hidráulicas Instalações 13 Turbinas de Reação Representação das quedas útil Hₑ e bruta Hᵦ numa instalação de turbina de reação Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Turbinas Hidráulicas Instalações 14 Turbinas de Reação Com base na figura anterior e na definição da queda disponível H resulta H hₑ pₑγ vₑ²2g hₐ 0 vₐ²2g h pₑγ vₑ²2g vₐ²2g na qual vₐ é a velocidade da água no canal de fuga Considerandose a definição de que motriz Hₘ segue que Hₘ H Jₑ na qual Jₑ é a perda de carga no interior da turbina a qual pode ser escrita como Jₑ Jₑ³ Kₜₛ v₃² v₄²2g v₄²2g onde Jₑ³ é perda de carga da entrada da turbina à entrada tubo de sucção e Kₜₛ é o coeficiente de perda de carga no tubo de sucção Na expressão acima admitiuse que de 4 até a a perda de hidráulica é devida apenas à EC no ponto 4 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Turbinas Hidráulicas Instalações 18 Observações 1 Comparandose a expressão da queda disponível H das turbinas de reação e ação para uma mesma instalação notase que H das turbinas de reação é maior do que o H nas turbinas Pelton de ação Essa diferença h v²a2g é pequena em instalações de grandes quedas mas pode ser relevante em instalações de pequenas quedas 2 A perda de carga no bocal de uma turbina Pelton pode ser calculada de forma aproximada com base na expressão da perda de carga para orifícios e bocais Joe 1Cv² 1 1 A₀A e² v₀²2 g na qual v₀ v₁ é a velocidade absoluta do jato A₀ é área do jato saída do bocal Ae é a área de entrada do bocal e Cv 074 Cv 098 o coeficiente de velocidade 3 Na determinação de H admitiuse vc 0 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 481 482 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Instalações 19 Exercício Em uma instalação hidrelétrica o nível dágua no reservatório de adução é de 200 m acima daquele do canal de fuga Quando uma descarga de 30 m3s é suprida à turbina a perda de carga no conduto forçado é 20 m e a queda útil é de 160 m A perda por vazamento na turbina é estimada em 01 m3s e a perda mecânica em 100 kW Determine a a eficiência do conduto forçado b as eficiências volumétrica hidráulica e mecânica da turbina c a eficiência total da turbina d o rendimento global da instalação Respostas a p90 b v 967 889 e 978 c 841 d i757 DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 483 Turbinas Hidráulicas Similaridade 1 Similaridade Requisitos Semelhança geométrica cinemática e dinâmica a permite prever o desempenho de um protótipo a partir de testes em modelos em escala reduzida b permite prever o desempenho de uma determinada máquina ou equipamento sob condições diferentes em relação àquelas em que foi ensaiada Na caracterização do desempenho de turbinas hidráulicas são parâmetros relevantes que afetam na caracterização do seu desempenho a queda disponível H a potência disponível P a vazão volumétrica Q o diâmetro do rotor D e a velocidade angular de rotação n além naturalmente das propriedades da água e As relações simbólicas entre os parâmetros dependentes h gH e P e os independentes QDn podem ser expressas como gH 1 QDn e P 2 QDn O estabelecimento dos grupos adimensionais nestas relações é conduza via análise dimensional 7 variáveis e 3 dimensões ML e t 4 Adimensionais Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 484 Exercício Uma aplicação importante do conceito de similaridade ocorre na caracterização do desempenho de turbinas hidráulicas Sabendose que o seu desempenho varia com a vazão volumétrica Q o diâmetro do rotor D e a velocidade angular de rotação n frequentemente desejase saber como a variação desses parâmetros Q D e n e naturalmente das propriedades e da água correlacionase com a queda disponível H hg h é a energia por unidade de massa extraída da água em sua passagem pela turbina e a potência disponível P sendo PQH As relações simbólicas entre os parâmetros dependentes h e P e os independentes QDn podem ser expressas como gH 1 QDn e P 2 QDn Conduza uma análise dimensional e mostre que 1 2 2 2 3 3 5 3 gH Q Qρ P Q Qρ Φ e Φ n D nD μD ρn D nD μD Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Similaridade 2 DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 485 É possível mostrar que os grupos adimensionais obtidos são Unidades usuais Q m3s ou ft3s ou gps n rpm e rads H m e ft D m e ft N ou Pu W e CV e HP ou BHP H 2 2 Q 3 P 3 5 2 gH C coeficiente adimensional da queda disponível n D Q C coeficiente adimensional de vazão capacidade nD N C coeficiente adimensional de potência ρn D Qρ πD V ρ ρVD π Re π número de Rey μD 4 μD μ 4 4 nolds Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Similaridade 3 DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 486 Como é difícil prever teoricamente o desempenho de uma turbina ensaios em modelos reduzidos são elaborados para antever o desempenho dos protótipos Uma vez determinado o desempenho do modelo reduzido o conceito de similaridade pode ser empregado para prever o comportamento do protótipo em condições distintas de H Q D e n Semelhança completa entre estas condições exigiriam que os coeficientes adimensionais CQ CH e CP e o número de Reynolds Re fossem idênticos Todavia se os efeitos viscosos não são significativos quando duas turbinas geometricamente semelhantes operam sob condições similares então basta que CQ CH e CP seja idênticos Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Leis de Afinidade Similaridade 4 DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 Se os subíndices 1 e 2 denotam duas condições distintas a similaridade nesta situação específica constante requer As relações acima são conhecidas como relações homólogas Elas permitem transportar por escala as características de desempenho de turbinas geometricamente semelhantes para diferentes condições de operação É importante lembrar que elas estão restritas à situação em que os efeitos viscosos são desprezíveis Reynolds relativamente próximos Em modelos e protótipos nm e Dm e np e Dp não se admite m pNeste caso são utilizadas as fórmulas empíricas de Moody I H150 m e Mody II e Ackret H150 m respectivamente 487 1 2 1 2 1 2 3 3 2 2 2 2 3 5 3 5 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 Q Q H H P P e e n D n D n D n D n D n D Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas 02 02 025 001 p m m m m m 5 m p p p p p 1 η D H D D H 1 ou ou 1 1 η D D H 2 D H Turbinas Hidráulicas Similaridade 5 DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 488 Um parâmetro importante no estudo de turbinas hidráulicas pode ser obtido eliminandose o diâmetro D nas expressões de CH e CQ Fazendo CQ12 CH34 obtémse O adimensional acima é o ponto de partida da definição do número de rotaçõespadrão np de uma turbina que representa a velocidade de rotação que uma turbina homóloga teria operando com uma vazão unitária Q 1 m3s ou ft3s de sob uma queda unitária unitária H 1 m ou ft Em unidades inglesas denotase npUS 12 Q 34 34 H C n Q C gH 3 3 p 34 nrpm Qm s ou ft s n rpm Hm ou ft Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Similaridade 6 DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 489 Ao invés np muitos autores preferem lidar com um outro parâmetro adimensional no estudo de turbinas hidráulicas o qual pode ser obtido eliminandose o diâmetro D nas expressões de CH e CP e substituindose P por N ou Pu a potência útil responsável por acionar o gerador Dessa forma fazendo CP12 CH54 obtémse O adimensional acima é o ponto de partida da definição da velocidade específica ns de uma turbina que representa a velocidade de rotação que uma turbina homóloga teria operando sob uma queda unitária de H 1 m produzindo uma potência útil unitária de N 1 CV na condição de máxima eficiência 12 P 34 54 H C n N C gH s 54 nrpm NCV n rpm Hm Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Similaridade 7 DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 Conforme veremos adiante ns permite estabelecer comparações entre os diferentes tipos de turbina assim como selecionar um tipo de turbina para uma dada instalação Note que para calcular a velocidade específica ns de uma turbina devese estimar a priori o seu rendimento uma vez que NQHn Geralmente isso é feito arbitrandose um valor médio de 086 No emprego da expressão de ns muitas outros unidades são utilizadas onde SI e US referemse aos sistemas Internacional e Inglês respectivamente 490 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas sSI 54 nrpm NkW n rpm Hm Turbinas Hidráulicas Similaridade 8 sUS 54 nrpm NHP n rpm Hft DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 Conforme veremos adiante ns permite estabelecer comparações entre os diferentes tipos de turbina assim como selecionar um tipo de turbina para uma dada instalação Note que para calcular a velocidade específica ns de uma turbina deve se estimar a priori o seu rendimento max uma vez que NQH Geralmente isso é feito arbitrandose um valor médio de 086 No emprego da expressão de ns muitas outros unidades são utilizadas onde SI e US referemse aos sistemas Internacional e Inglês Observações 491 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas sSI 54 nrpm NkW n rpm Hm Turbinas Hidráulicas Similaridade 9 sUS 54 nrpm NHP n rpm Hft s sSI n 165n s sUS n 444n s p n 339n Se η086 DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 492 A velocidade específica ns ou o número de rotaçõespadrão np é a mesma para todas turbinas de mesmo design geometricamente semelhantes Consequentemente ns ou np está relacionado apenas a forma da turbina e não ao seu tamanho caracterizando assim um tipo específico de turbina Faixas de valores de ns ou np estão relacionados a faixas de tipos de turbinas o que torna a velocidade específica um parâmetro importante na seleção do tipo de turbina para uma determinada instalação Uma inspeção da expressão que define de ns permite concluir que Fixados N e H uma turbina de baixa ns terá baixa rotação n e o aumento na rotação n aumenta diretamente ns Quanto maior a queda H menor ns Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Seleção 1 DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 493 A velocidade específica ns ou o número de rotaçõespadrão np caracteriza o tipo de rotor da turbina A grosso modo a seguinte classificação é usualmente empregada como mera referência Turbinas Pelton ns rpm 90 Turbinas Francis 60 ns rpm 450 Turbinas Propeller e Kaplan ns rpm 400 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Observação Aplicar as correlações apresentadas anteriormente para estabelecer a correspondência entre ns np nsSI e nsUS Turbinas Hidráulicas Seleção 2 A figura a seguir ilustra o design dos rotores das turbinas e suas dimensões características para diferentes valores de velocidade específica ns DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas 494 Design e dimensões relevantes dos rorotes de turbinas para diferentes ns Turbinas Hidráulicas Seleção 3 Fonte Maiyntyre JA Máquina Motrizes Hidráulicas Guanabara Dois 1983 DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 495 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Seleção 4 Como os eixos das turbinas acionam diretamente os geradores de energia elétrica ambos possuem o mesmo número de rotações n Da eletrotécnica sabemos que o número de rotações síncronas n dos alternadores trifásicos é função do número de pares de polos p e da frequência fem Hz de geração A tabela abaixo apresenta valores típicos de n em função de p para f60Hz Na prática é usual adotarse um número múltiplo de quatro para os polos para os quais as rotações estão em vermelho 60f n rpm p p 4 6 8 12 16 18 20 24 30 36 40 45 60 n 900 600 450 300 225 200 180 150 120 100 90 80 60 DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 496 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Seleção 5 De forma geral turbinas de grandes potências têm rotações baixas de forma a minimizar esforços mecânicos nos mancais devido aos problemas decorrentes do seu balanceamento como também para assegurar melhores condições para regularização do seu movimento Alta velocidades de rotação resultam em turbinas e geradores de menores dimensões o que reduz o custo total da instalação hidrelétrica Além disso devido a razões de natureza construtiva empregamse velocidades de rotação reais baixas para turbinas de elevados ns e vice versa conforme se pode observar na tabela de abaixo a qual é usada como uma primeira referência Número real de rotações n das turbinas em função do seu tipo Tipo de Turbina Faixa de rotações em rpm Propeller Kapaln e Bulbo 50 nrpm 150 Francis 80 nrpm 300 Pelton 200 nrpm 750 DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 497 A tabela abaixo apresenta um compêndio de levantamento realizado sobre turbinas instaladas que apresentaram bons rendimentos levandose em consideração suas particularidades e a faixa de queda Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Seleção 6 Tipo de Turbina ns rpm H m Pelton 1 jato 18 800 1 jato 1825 800400 1 jato 2635 400100 2 jatos 2635 800400 2 jatos 3650 400100 4 jatos 4050 400100 4 jatos 5171 500200 6 jatos 7290 400100 Francis muito lenta 5570 600200 lenta 71120 200100 normal 121200 10070 rápida 201300 7025 extrarápida 301450 2515 Propeller Kaplan Bulbo e Straflo 8 pás 250320 7050 7 pás 321430 5040 6 pás 431530 4030 5 pás 531620 3020 4 pás 620 30 DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 498 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Faixa de aplicação das turbinas Pelton Francis e Kaplan de acordo com H e ns Turbinas Hidráulicas Seleção 7 Fonte Maiyntyre JA Máquina Motrizes Hidráulicas Guanabara Dois 1983 DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 499 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Seleção 8 Fonte Maiyntyre JA Máquina Motrizes Hidráulicas Guanabara Dois 1983 Faixa de aplicação das turbinas Pelton Francis e Kaplan de acordo com H e ns DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 500 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Seleção 9 Como uma primeira aproximação a tabela e os gráficos apresentados anteriormente podem ser substituídos por expressões empíricas para obtenção de ns tais como a Para turbinas Francis b Para turbinas Propeller c Para turbinas Kaplan s 2300 n rpm Hm s 2600 n rpm Hm s 2300 n rpm Hm DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 501 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Seleção 10 A seleção do tipo de turbina é feita a partir do conhecimento de Hn e Q de um instalação arbitrandose um valor de rendimento da turbina em geral 86 o que permite computar NQH Se n é especificado a priori então ns é calculado e o tipo de rotor determinado Caso contrário uma estimativa de ns é feita através de H e a expressão da velocidade específica é empregada para encontrar uma primeira aproximação para nap O valor de nap é então arredondado para o valor de n correspondente ao valor acima da velocidade síncrona do alternador mais próxima tomandose como base a frequência de geração Exemplo Tomando como exemplo a Usina de Paulo Afonso IV no Rio São Francisco com H135 m e Q385m3s e f 60Hz qual o tipo de turbina empregado e a rotação Solução Adotando 86 resulta N595980 CV Com base no valor de H inferese que a turbina deverá ser Francis Calculando ns para turbinas Francis ns230013512198 rpm indicando ser uma turbina Francis normal Calculandose nap1985459598012118 rpm Para f60Hz o valor aproximado de velocidade síncrona acima é de n120 rpm com 30 pares de pólos Consultando os dados da instalação constatamos haver 4 turbinas da marca Voith operando a n120 rpm DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222 502 Departamento de Engenharia Mecânica TEM00210 Máquinas Hidráulicas Turbinas Hidráulicas Exercícios 1 Exercício Numa instalação hidrelétrica a queda e a descarga disponível valem H35 m e Q60m3s respectivamente Considerandose que a eficiência da turbina é de 92 e sua rotação de n300rpm determine o menor número de turbinas de mesmo tamanho com velocidade específica de ns350rpm necessários na instalação Solução Com base no valor de ns podese afirmar que as turbinas são do tipo Francis rápida Adotando 92 resulta que a potência útil gerada na instalação é de N1000QH7523699 CV Com base no valor de ns concluise que a potência útil de cada turbina N1Tnsn2H529864CV Portanto o número de turbinas necessários é de 236999864 3 Exercício Uma turbina opera a n300 rpm sob uma queda disponível de H25m com uma descarga de Q9m3s Se o seu rendimento é 90 determine suas condições de operação se ela vire a funcionar com uma queda H20m Utilize o sistema de unidades SI Solução Sob as condições iniciais N1Q1H109980092519845kW Com base nas relações homólogas obtémse 32 3 2 2 2 2 1 2 1 2 1 1 1 1 H H H Q Q 805m s e n n 2683rpm e P P 1420kW H H H DIVULGAÇÃO PROIBIDA Período 20222 Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid Proibida a reprodução Uso exclusivo como guia do alunoa para estudo pela bibliografia indicada no curso de Máquinas HidráulicasUFF Período 20222 Prof Felipe Rachid 20222