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6. TURBINAS

INTRODUO

Turbinas soequipamentosque tempor finalidade transformaraenergiadeescoamento (hidrulica)emtrabalhomecnico.Peladefinio,inicialmentedada,somquinasmotoras.

CAMPOSDEAPLICAO

AFig.6.1apresentaoscamposdeaplicaodeturbinashidrulicas,que levaemconsideraoaalturadequeda,avazoeapotncia.Podeseverificar,nafigura,queexistemregiesdesobreposio,ondemaisdeumtipodeturbinapossvel.Essefatosedeveamplagamadeturbinasquepodemseraplicadasemumespectromuitogrande de aplicaes, tornando difcildefinir exatamenteonde esto asmelhores escolhaspara cadautilizao.Deveseentolevaremconsideraoocustodogerador,oriscodecavitao,custodeconstruocivil,flexibilidadedeoperao,facilidadedemanuteno,entreoutros.

Figura6.1Campodeaplicaodeturbinashidrulicas(HENN,2006,pg32)

AsturbinasMichellBanki,outurbinasOssberger,somuitousadasemmicroeminicentrais(abaixode1000kW)devidoasuafacilidadedefabricao,baixocustoebomrendimento.

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CARACTERSTICASCONSTRUTIVAS

Estes equipamentos so compostos por um distribuidor, um rotor, um tubo de suco e a carcaa (ou

voluta). Como parte da instalao de uma mquina destas podese destacar ainda o reservatrio, a tubulao

foradaeocanaldefuga.

O distribuidor um elemento esttico que tem por funes: acelerar o fluxo de gua transformando a

energia; dirigir a gua parao rotor; e regular a vazo.O rotor o elemento fundamentalde transformaode

energia,formado

por

uma

srie

de

palhetas

(ou

labes).

O

tubo

de

suco

s

existe

nas

turbinas

areao

etem

formadedutodivergenteelocalizadoapsorotor.Suafunorecuperaraalturaentreasadadorotoreonvel

deguanadescarga;recuperarpartedaenergiacinticadavelocidaderesidualdaguanasadadorotor,apartir

dodesenhodotipodedifusor.Efinalmenteavoluta(oucarcaa)oelementoquecontmtodososcomponentes

daturbina.NasturbinasFranciseKaplantemaformadeumaespiral.

Externamenteturbinatemseoreservatrio,quearmazenaofluidoquepassarpelaturbina.Atubulao

foradaquetemporfunoencaminharofluidodoreservatrioparaaentradadaturbina.Eocanaldefuga,que

recebeofluidoqueentregouenergiahidrulicaparaaturbina.

TIPOSDETURBINAS

Asturbinas

podem

ser

classificadas

em

turbinas

de

ao

(ou

impulso)

eem

turbinas

de

reao.

Este

forma

de

classificao leva em conta a variao de presso esttica. No primeiro grupo a presso esttica permanece

constanteentreaentradae sadado rotor.Exemplosdoprimeirogrupo soas turbinasPelton,TurgoeMichell

Blanki(Fig.6.2).

Figura6.2TurbinasPelton(esquerda),Turgo(centro)eMichellBlanki(direita)[Fonte:Al,2001]

Jnosegundogrupoocorre reduodapressoestticaaoatravessaro rotor. Exemplossoas turbinas

Francis,KaplaneHlice(Fig.6.3).

Figura6.3TurbinasFrancis(esquerda),Kaplan(centro)eHlice(direita)[Fonte:Al,2001]

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Podeseclassificarasturbinasconformeadireodofluxoatravsdorotor,podendoserdefluxotangencial

(ex.Pelton),fluxoradialsemiaxial(ex.Francis)efluxoaxial(ex.Kaplan).Ouento,demodogeral,comosugerea

Fig.6.4.

Figura6.4Classificaodasturbinashidrulicas

Figura6.51TurbinasPelton(A),Francis(B)eKaplan(C)

1Fonte:http://rivers.bee.oregonstate.edu/book/export/html/35

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TurbinasFrancis

Essa turbina recebeonomedoengenheiro ingls JamesBichenoFrancis (18151892)queaconcebeuem1848.Foi resultadodoaperfeioamentoda turbinaDowd,patenteadaem1838porSamuelDowd (18041879).umaturbinadereao,comeficinciana faixade90%.Utilizadaparaalturasde20a700m,essaampla faixadeaplicaoafazotipodeturbinamaisusadanomundo.

NasturbinasFrancisorotorfica internamenteaodistribuidor,demodoqueagua,aoatravessarorotor,aproximasedoeixo.Sovriososformatospossveispararotoresdessetipodeturbina,edependemdavelocidadeespecficadaturbina,podendoserclassificadasem:lenta,normal,rpidaouextrarpida.

Odistribuidortemumconjuntodepsdispostasemvoltadorotor,equepodemserorientadasduranteaoperao,assumindongulosadequadossdescargas,demodoareduziraperdahidrulica.Aspsdodistribuidortmumeixoderotaoparaleloaoeixodaturbina,podendo,aogirar,maximizaraseodeescoamentooufechlatotalmente.

TurbinasKaplan

EssaturbinarecebeonomedoengenheiroaustracoVictorKaplan (18761934)queaconcebeuem1912.

FoiresultadodoaperfeioamentodaturbinaHlice.AocontrriodasturbinasHlice,cujaspssofixas,nosistemadeKaplanelaspodemserorientadas,variandoainclinaodasps,combasenadescarga.

TurbinasPelton

TambmchamadaderodaPelton,recebeuonomedoengenheiroestadunidenseLesterAllenPelton(18291908)queapatenteouem1880.

Temsua formamuitosimilarsantigas rodasdguautilizadasemmoinhos.Possuicomodistribuidorumbocal,quetemformaapropriadaaguiaraguaataspsdorotor.Asturbinaspodemterum,dois,quatroeseisjatos.Internamenteaobocalpossuiumaagulhaparaajustedavazo.Orotortemumasriedepsemformatodeconchasdispostasnaperiferia,quefazemgirarorotor.

Tem ainda um defletor dejato, que intercepta ojato, desviandoo das ps, quando ocorre diminuioviolentadapotnciademandadapelarededeenergia.Nessescasosaatuaododefletordeveserconsideradaaoinvsdareduodavazopelousodaagulha,poisaaorpidadaagulhapodecausarumasobrepressonobocal,nasvlvulaseao longodatubulao forada.Almdodefletor,algumasturbinasPeltondeelevadapotnciatmumbocaldirecionadoparaodorsodaspsdeformaaatuarnafrenagem.

TurbinasTubulares,BulboeStraflo

Oaproveitamentodecertosdesnveishidrulicos,muitoreduzidos,podenoserpossvelnemcomturbinasKaplan (de eixo vertical), o que levou ao desenvolvimento de turbinas de hlice com eixo horizontal, ou com

pequenainclinao.Essetipodeturbinaaplicadoemusinasafiodguaeemusinasmarmotrizes.

Turbinatubular:orotor,depsfixasouorientveis,colocadonumtuboporondeaguaescoa.Oeixo,horizontalouinclinado,acionaumalternadorexternoaotubo;

Turbinadebulbo:umaevoluodatubular,ondeorotortempsorientveiseexisteumbulbo(cmara blindada) colocado no interior do tubo adutor de gua, que contm um sistema detransmissodeengrenagens,quetransmitemovimentodoeixodahliceaoalternador;e

Turbina Straflo: uma turbina de escoamento retilneo (straight flow) de volume reduzido.Adequadasparaquedasdeat40merotordeat10mdedimetro.Reduzbastanteocustodasobrasdeconstruocivil.

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TRANSFORMAODAENERGIA

Atratativadadasturbinassimilardestinadasbombas.Umavezquetratamosdetransformaodeenergiamecnicaemhidrulicaeviceversa,asnicasdiferenasseroosconceitos(designaes)envolvidos,masosprincpiosfundamentaissoosmesmos.

A seo de sada "3" (Fig.6.6) nas turbinas chamase tubo de suco. Vale lembrar que para mquinasgeradoras(bombas)estetermoaparecenaseodeentrada.Aoconsiderarasada(3)apsotubodesuco,esta

regiotornaseparteintegrantedamquina,participandodatransformaodeenergia.

razovelconsiderarquedoponto3aoponto4nohperdadeenergia,logo,aoutilizarBernoulli,asenergiasnosdoispontospodemserconsideradasiguais.

Figura6.6Esquemadeturbinadereao

Alturaestticadesuco(Hgeos)

adiferenadenvelentreocentrodo rotoreonveldejusante.AFig.6.7mostraalgumasposiesdeturbinaserespectivasalturasestticasdesuco.

Figura6.7 Alturaestticadesucoparaturbinas(adaptadode:Souzaet

al.,1983)

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Alturadequedabruta(Hgeo)

aquedatopogrfica,oudiferenadecotasentreosnveisdecaptaodaguaeopoo,oucanaldefuga,quandoaturbinaestforadeoperao(Q=0).

41 zzHgeo (6.1)

AlturadeQueda(H)Aalturadequeda2aporodaalturadequedabrutaaproveitadapelaturbina,ouseja,adiferenaentrea

energianaentradaenasadadaturbina.Aporodaquedabrutanoaproveitadapelaturbinaaquelaconsumidaporatritohidrodinmicoaolongodatubulaoforada.

Paracalcullasopossveisdoismtodos,noprimeiro,considerasequeaenergiadequedabrutamenosasperdasdecargadatubulaoforada(Hpctf).Combasenestemtodo,

pctfgeo HHH

(6.2)

Aoutraformaochamadoprocessomanomtrico,quelevaemcontaasanlisesdeenergianaentradaesadadamquina.Nesteenfoque,verificasequantoofluidoentregoudeenergiaturbina.Porm,spossveloclculodestaformaparainstalaesemfuncionamento.

Destaforma,aconceituaodaalturadequedadeumaproveitamentohidroeltrico(Fig6.7),compostodeuma turbinade reaoedemaisequipamentos complementares, feitaatravsdobalanodeenergiaentreasseesdeentradaesadadamquina,oudeoutraforma.

2 3H H H

AplicandootrinmiodeBernoullientre3e4,razovelsuporquenoexisteperdanestetrecho,logo:

3 4 3 40H H H H

Podese usar o ponto 4 para calcular a altura de queda, e lembrando que p4=patm=0 (pressomanomtrica),eacotaz4=0,logo,

2 222 4 2 4 21

2

pH H H V V z

g

(6.3)

Usandoarelaodadapelaeq.(2.5),

2

2

4

2

22

2

2

1zVV

g

ap

H m

(6.4)

Paraturbinasdeao(Fig.6.8),aplicaseaequaodeenergiaentreospontos2e3,considerandoqueoponto3estlocalizadonalinhade2,logoapstransferiraenergiaparaapdorotor.

2 22 32 3 2 3 2 31

2

p pH H H V V z z

g

Sabendoquep3=patm=0(manomtrica),queV3=0,quez2=z3,resulta:

g

VpH

2

2

22

2Outrasnomenclaturas:quedadisponvel,alturaefetiva,quedaefetiva,alturadequedatil(nethead).

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Figura6.8Esquemadeturbinadeao

Considerandoaeq.(2.5),resulta,

g

Va

pH m

2

2

2

2

2

(6.5)

PERDASERENDIMENTOS

Natransformaodaenergiahidrulicaemtrabalhomecniconemtodaenergiarealmenteconvertidade

uma forma em outra, como seria o ideal, existindo uma parcela desta energia que acaba sendo perdida em

processos irreversveis, que degradam formas de energia mais nobres (mecnica) em formas de energia de

qualidadeinferior(caloreenergiainterna).

Estasperdasqueocorremnasturbinaspodemserclassificadascomointernaseexternas.Asinternasesto

localizadasnointeriordacarcaadamquina,resultadodamovimentaodofluidonestaregio.Asexternassoas

encontradas fora da carcaa, como o atrito do eixo com mancais, anis de vedao e outras, que no esto

relacionadascomomovimentodofluidoemseuinterior.

Dentreaspossveisperdasqueocorrem,asmaissignificativasso:

Hidrulicas(perdainterna)

Volumtricas(perdainterna)

Mecnicas(perdaexterna)

Perdas

Aseguirseroanalisadascadaumadessasperdaseaformadeestimarseusvalores.

PerdasHidrulicas

Ocorrem dentro das turbinas desde a seo de entrada at a de sada e so as mais significativas. So

provocadaspelo:

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atritodesuperfcieentreofluidoeasparedesdamquina(canaisderotoresistemadiretor);

deslocamento de camada limite provocado pela forma dos contornos internos das ps, aletas e outras

partesconstitutivas;

pela dissipao de energia pormudana brusca de seo e direo dos canais que conduzem o fluido

atravsdamquina;e

pelochoquedofluidocontraobordodeataquedasps,queocorrequandoamquinafuncionaforado

pontonominal(pontodeprojeto).

Estasperdasdevemserconsideradasnosclculosdasalturasdequeda,resultando:

t hH H J , (6.6)

Htaalturadequeda/elevaotericadesenvolvidapelorotor;

Haalturadequeda/elevao;

Jhaalturadeperdadepresso;e

O rendimentohidrulico considera asperdasdepresso no interiordamquina.Como muitodifcil a

obtenodotermoJpnaeq.6.6,fazseumarelaoquedefineorendimentohidrulico(hydraulicefficiency)oque

permiteavaliar

as

perdas.

H

Ht

h

(6.7)

Perdas

Volumtricas

So asperdasqueocorremdevido fugade fluidopelosespaosentreo rotore a carcaa,eentre a

carcaaeoeixo,noslabirintosdasturbomquinas.Estasperdasnoafetammuitoaalturadequeda.

Os labirintos (Fig.6.9)soosespaosentreorotor/carcaaeeixo/carcaadamquina,sendosua funo

evitaroatritoslido(contato)entreestasparteseaomesmotempominimizarafugadefluido.Soformadospor

anisdedesgasterenovveis,alojadosnapartefixadamquinaounorotor,ouemambos.Estesanispermitem

diminuirafolgaesubstituiodestaspartesquandogastos,semqueessedesgasteafetediretamenteaspartesfixas

emveisdamquina.Osanisdedesgastesoemgeraldemateriaismenosresistentesqueodamquina.

Figura6.9Algunstiposdelabirintos

Verificando a Fig. 6.10 possvel identificar dois pontos de fuga de fluido.Uma parcela (qe) se d pelo

labirintoLaeparaforadamquina(eixo/carcaa),eemgeralmuitopequenadependendodo labirintoutilizado

entreoeixoeacaixadamquina (engaxetamentoou selomecnico),podendo sermuitasvezesdesprezada. A

outraperda (qi) sedpelo labirinto (Lai)entreo rotoreacarcaa.Esta fugaocorreno sentidoda regiodealta

pressoparaadebaixapresso,ouseja,nasturbinasocorreantesdechegaraorotor,sendoqueestaparcelade

fluidonoparticipadatransfernciadeenergia.

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Figura6.10Esquemadeperdasporfugadefluidopeloslabirintosnasmquinasdefluxo

Desta forma a vazo que realmente passa pelo rotor (Fig. 6.10) e participa efetivamente das trocas de

energia:

it qQQ , (6.8)

Qtavazoterica Qavazoconsideradanoclculodasalturasdequedaeelevao qiavazoperdida

Consideraasperdasporfugadefluidoeparadeterminaristo.

Q

Q

Q

qQ tiv

(6.9)

Perdasmecnicas

Soasperdasexternaserepresentamprincipalmenteasperdasporatritoemmancais,gaxetaseatritodoar

nosacoplamentosevolantesdeinrcia.Paraasturbinasdeveseconsideraraindaasperdasdevidoaoconsumode

energiadoreguladordevelocidades.

Comoasperdasmecnicassodedifcilquantificao,utilizaseoconceitode rendimentomecnicopara

estimla.

i

ef

mP

P

(6.10)

Rendimentototal

Apotnciaefetivarelacionasecomapotnciahidrulicaatravsdorendimentototalda instalao,quesempremenorque1.Comodifciladeterminaodasperdas,usualadotarseoutragrandezadenominadaderendimentototal,aqualpermiteavaliarestasperdas.

mhtmvh

h

eft

v

PP

... 1

(6.11)

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Atabela6.1mostraosrendimentosorientativosparaturbinas:

Tabela6.1Rendimentosorientativosparaturbinas

Rendimentodogerador(ge)

Temarelaomostradaaseguireficanafaixade90a97%.

e

ge

ge

P

P

(6.12)

Rendimentodatransmisso(TR)

Orendimentodatransmissodizrespeitosperdasprovocadaspelapotnciaentreguepeloeixodaturbina

eapotncia recebidapelogerador.Nesteprocessopodese terperdascasoa transmissoseja feitaporpoliase

correias,ououtroelementodetransmissoquepossaserusado.

Rendimentodegerao(G)

O rendimento de gerao est relacionado com as perdas no gerador, que fazem com que a potncia

eltricaentreguepelogeradorsejadiferentedapotnciarecebidaporeste.

geTRtG

(6.13)

Tabela6.2Rendimentoglobal(G)degeraodeturbinashidrulicas.

POTNCIAS

Potnciaeficaz(total)

Conformejmencionadonaturalqueocorramperdashidrulicasno interiordasmquinashidrulicaseperdasmecnicaspeloatritomecnicoqueocorremexternamenteentreassuaspartesfixasegirantes.Assim,nemtodaenergiacedidaourecebidapelofluidopodesertransformadaemtrabalhomecniconoeixodamquina,temseentoapotnciaeficazouefetivaqueexpressapelapotnciaentregue/recebidadofluido,maisaspotnciasperdidasnoprocesso.

pmief PPP (6.14)

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Pefapotnciaeficaznoeixodamquina Piapotnciainterna Ppmapotnciaperdidamecnica

Apotnciaefetivaoueficaz(Pef)definidacomosendoapotnciaentreguepelaturbinaao.

Todasasperdas internaseexternasproduzemumaperdadepotnciaquereduzaentrega,ouaumentaa

necessidade,depotnciaeficazdasmquinas.

Unidades:

1HP=1,0138CV=745,7W

1CV=0,9863HP=735,5W

Potnciainterna(Pi)

Considerandosomenteasperdasinternasobtmseapotnciainterna:

i i h t t P Q q H J Q H (6.15)

Potnciahidrulica

Aplicandooconceito fsico,definimosapotnciahidrulicacomosendooprodutodopesode fluidoquepassaatravsdamquina,naunidadede tempo,pelaalturadequedaouelevao;portantoesteconceitotiltantoparabombascomoparaturbinashidrulicas:

Assimpodeseescrever:

gQHQHPh (6.16)

:pesoespecficoem[N/m3]

Q:vazoemvolume[m3/s]

H:alturadequedaouelevao[m] Ph:potnciahidrulica[W] g:gravidade(adotasenestaapostilaovalorde9,81m/s2) :massaespecfica[kg/m3]

Ento,potnciahidrulicaapotnciaentreguemquinamotora (turbina)peloo fluido.Estapotnciadiferedapotnciaefetivadevidoaperdasqueocorremnastransformaesdeenergia.

Potnciabruta

Conceito utilizado para turbinas, a potncia contida no desnvel topogrfico da instalao, sendo uma

funodaquedabruta.

geob gQHP

(6.17)

Potncianogeradoreltrico

Conceito utilizado para turbinas, a potncia eltrica nos terminais do gerador. a potncia hidrulica

multiplicadapelo rendimentoda turbina (t), rendimentode transmisso (TR)e rendimentodo gerador (ge).O

produtodostrsrendimentosorendimentoglobal(G).

GgeTRtge gQHgQHP (6.18)

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EXERCCIOS

1. CalculeaalturadequedaeapotnciaefetivadoaproveitamentohidroeltricoesquematizadonaFig.1,sabendoqueorendimento

totalde89%econhecendose:

a. Vazode0,4m3/s

b. Dimetronatubulaodeentrada:300mm

c. Larguradotubodesuconasada:500mm

d. Alturadotubodesuconasada:200mm

e.

Velocidadenocanaldefuga:desprezvelf. Alturadomanmetro:1m

Resp.H=41,13m;Pef=143,6kW

Figura1 Figura22. DeterminaraalturadequedaeapotnciahidrulicadaturbinaFrancisesquematizadapelaFig.2sabendoque:

a. Vazode56,2l/s

b. Pressoindicadanomanmetro:3,2mca

c. Dimetrodaentradadamquina:280mm

d. Velocidadenasada:desprezvel

Resp.H=5,04m;Ph=2,78kW

3. Determinarapotnciahidrulicaeefetivadeumaturbinadeao(Pelton)sendo:

a. Q=150l/s

b. Pressodomanmetrodaentrada:455mca

c. Dimetroexternodoinjetornaseodemedidadepresso:30cm

d. Dimetrointernodoinjetornaseodemedidadepresso:15cm

e. Correodeinstalaodomanmetro:desprezvel

f. Rendimentototal:85%

Resp.Ph=670,1kW;Pef=438,8kW

4. Determinaravazoeaalturadequedacomqueesttrabalhandoumaturbinaradial,daqualsoconhecidosapenasosseguintes

dados:

a.

Potnciaefetivanoeixo:15,9CV

b. Rendimentototal:79,5%

c. Rendimentohidrulico:85,8%

d. Alturadapnorotornaentrada:0,06m

e.

nguloentreasvelocidadesabsolutaetangencialnaentrada:21,6f. Rotao:750rpm

Resp.0,155m3/s;9,69mca

5. NoaproveitamentohidroeltricodaFig.3,desejasesaberovalordavazoturbinada;daperdadecarganomedidordevazo;da

perdadecargatotalnatubulaoforada;eaalturadequedabruta,conhecendose:

a. Pressonaentradadomanmetro:93,44mca

b. Velocidadedaguanocanaldefuga:0,88m/s

c. Relaoentreasreasdomedidordevazoedatubulaoforada:0,55

d. Dimetrodobocal:0,89m

e. Diferenadepressonobocal:5%deH

f. Relaoentreaperdadecarganatubulaoforadaeaalturadequeda:0,10

g.

Odimetrodeentradadaturbinaigualaodatubulaoforadah. Consideraradiferenadepressonobocal,comoperdadecarga

Resp.H=98,23mca,Q=6,77m3/s;Hmedidor=4,91mca;Hpctf=9,823mca;Hb= 111m

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Figura3 Figura4

6. DeterminaraalturadisponveleapotnciahidrulicadaturbinaFrancisesquematizadanaFig.4sabendoque:

a. Pressonaentradadamquina:3,2mca

b. Energiadevelocidadenasadadamquinadesprezvel

c. Dimetrodaentradadamquina:280mm

d. Vazo:56,2l/s

Resp.5,36mcae2956,5W

7.

DeterminaraalturadequedaeapotnciahidrulicaquepodeforneceroaproveitamentodaFig.5(a),sabendoque:

a. Aquedabrutanolocalde18m,masprevseaconstruodeumabarragemqueirelevarestaquedaem2m;

b. Avazoqueserencaminhadaatravsdatomadadgua3,deseoretangular(3,0mx0,5m),tubulaoadutora,foi

medidapormeiodeummolinetecujaequao:c=0,038+0,0911n,ondecavelocidadedoescoamentoemm/sena

rotaodahliceemrps.Obtevese58sinaisporminutoeconsiderouseestamedidarepresentativadavelocidademdia.

c. Ocomprimentoequivalentedatubulaoforadaserde80metroseavelocidadedoescoamentonoseuinteriorserde

2,5m/s.SeumaterialtemumcoeficientedeHazenWilliansde120.

d. avelocidadedaguanocanaldefugadesprezvel

(R.18,3mcae33981,7W)

Obs.Omolinete(Figs.5(b)e5(c))umequipamentoutsadoparamediodevazo.Temaformadeumtorpedocomuma

hlice,cujarotaoproporcionalvelocidadedofluido.Geralmenteahliceligadaaumsistemadeengrenagensqueatuanumcontatoeltrico,possibilitandoamediodarotaodahliceeconsequentementedavelocidadedofluido.

Figura5(a) Figura5(b) Figura5(c)

Aequaocaractersticadomolinetedadapor:.c a b n

ondecavelocidade,narotaodahliceemrpseasconstantesaebrelacionamessagrandeza.Ostermosaebpodem

mudarconformeafaixadetrabalho,esotambmdependentesdotempoentredoissinais.Arotaondeterminada

pelonmerodesinaisdivididospelotempodeaquisio.

8. Perguntasequalovalordoacrscimooudecrscimonaproduodeenergia,na instalaodaFig.6,seforemfeitasasseguintes

modificaesnamesma:

a. Eliminaode0,36mdeperdadecarganaentradadaadutorapelaadoodecantosarredondados;

b. Umavezdeterminadaavazopormeiodobocal,eliminao totaldoaparelho.Consideraradiferenadepressesno

bocaligualaperdadecargalocalizadanomesmo.

c. Abaixamentodonveldejusantede0,5m

3Exemplodetomadadgua:https://www.youtube.com/watch?v=XaduLLHevbg

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Avazo,porhiptese,amesmaantesedepoisdasmodificaes.Considerarqueaturbinatemumrendimentototalde

80%,funciona10horaspordia,durante360diasporanoequeopreodokWhdeR$0,3879/kWh.

Figura6

9. AturbinaFrancisdens=200,representadanaFig.7,noseupontodemximorendimento,giraa1.200rpmcomumavazode0,875

m3/s.Pedesedeterminarparaopontoconsiderado:

a.

Apressoregistradanomanmetro instaladoemsuaentrada,considerandoqueadiferenadepressoprovocadapelo

bocaltodadaperdadecarga;

b. Potnciaefetiva

Considerando:

Dimetrodatubulaodeaduo:500mm

Materialconstrutivo:aorebitado

Comprimentovirtual:152mdetubo

Dimetrodoorifciodobocal:402mm

Reynoldsmaiorque2.105

Figura7

Obs.nsarotaoespecfica,dadapor:

54

ef

s

n Pn

H

,ondePefapotnciaefetivaem[CV],narotaoem[rpm]eHaalturadequedaem[mca].

10. Desejaseestudaraviabilidadedereativarumausinahidreltricaparalisadahlongotempo.Umainspeodetalhadadainstalao

revelouque amquina encontrase embom estado,masa tubulao foradaest inutilizadapela corroso eomanmetroda

entradada turbina foiextraviado.Aanlisededesenhosexistentesno localpermitiumontaroesquemaabaixo,paraauxiliaros

clculosdoestudoquedeverodeterminar:

a.

A altura disponvel e o valor da presso registrada pelo manmetro de entrada da turbina, caso seja utilizada uma

tubulaodemesmodimetroematerialconstrutivodaexistente;

b. A perda de potncia hidrulica decorrente da substituio da tubulao por outra, de mesmo material construtivo e

comprimento virtual, mas de 1,5 m de dimetro, com medidor de vazo do mesmo tipo e mesma relao de rea e

pressupondoqueavazoengolidapelaturbinaeonveldejusantepermaneceminalterados.

Pedeseefetuarestesclculossabendoque:

o Dimetrodaadutora:2,0m

o Material:aorebitado

o Comprimentovirtualdaadutora:322m

o Viscosidadecinemticadagua:106m2/s

o DiafragmapadroDIN

o

Orifciododiafragma:1,68mo Coeficientedevazo(Cq)constantecomReynolds

o Perdadecarga(H)domedidordevazo:5,67cmHg

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Figura8

11. NainstalaodaFig.9desejaseconhecerapotnciahidrulicadaturbinaeacomponentedavelocidadeabsolutanadireo

tangencialnaentradadeseurotor,sendoconhecidos:

a. Alturadapnaentrada:8,8cm

b. Alturadapnasada:13,1cm

c.

Dimetrodorotornaentrada:60,5cmd. Dimetrodorotornasada:38,2cm

e. Rotao:600rpm

f. nguloconstrutivodapnaentrada:120

g. nguloconstrutivodapnasada:25

h. Dimetrodatubulaoforada:40cm

i. Alturadepressonomanmetro:32mca

j.

Coeficientedeestrangulamentonasadadorotorde0,98

k. Canaisdorotordeseoconstante

Figura 9 Figura 10

12. NainstalaodaFig.10esquematizadautilizadaumaturbinaFrancisdens=75,daqualseconhecemasseguintesgrandezas:

a. Dimetrodorotornaentrada:2,0m

b. nguloconstrutivodapnaentrada:90

c. nguloconstrutivodapnasada:27

d. Relaoentreosdimetrosdesadaeentradadorotor:0,5

e. Canaisdeseotransversalconstante

f. Espessuradaspsdesprezvel

g. Rendimentototal:90%

h. Velocidadedoescoamentonatubulaoforada:5,55m/s

i. Dimetrodatubulaoforada:1200mm

Pedesecalcular:

j. Oselementosdostringulosdevelocidadesnaentradaenasadadorotor;

k. Asalturasdap,naentradaenasadadorotor

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13. NainstalaodeensaiosdemodelosdeturbinasesquematizadanaFig.11,utilizadaumaturbinaFrancisdaqualseconhece:

a. Dimetrodatubulaoforada:100mm

b. Velocidadedoescoamentonatubulaoforada:2,8m/s

c. Velocidadedoescoamentonocanaldefuga:1,4m/s

d. Alturadepressonaentradadaturbina(alturaoucargapiezomtrica):5,0mca

e. nguloconstrutivodapnasada:31

f. Relaoentredimetrosdesadaeentradadorotor:0,52

g. Dimetrodorotor nasada:135mm

h. Alturadaspsnasada:19,6cm

i. Canaisdorotordeseotransversalconstante

j.

Velocidadetangencialigualacomponentedavelocidadeabsolutanadireotangencialnaentradadorotor

k. Consideraracondiodemximapotncia

l. Considerardesprezvelaespessuradasps

Pedesecalcular:

nguloconstrutivodapnaentradadorotor

Rotao

Potnciahidrulica

Figura11 Figura12

14. ParaainstalaodaFig.12compostadeumaturbinaFrancisquedesenvolve1317CVdepotnciahidrulica,sabeseque:

a.

Rotaodeservio:485rpmb. Dimetrodesada:0,8m

c. Dimetrodeentrada:1,0m

d. Alturadapnasada:0,3m

e. Coeficientedeestrangulamentonaentradaenasadadorotor:0,9

f. nguloformadopelasvelocidadesabsolutaetangencialnaentradadorotor:60,41

g. Canaisdorotordeseotransversalconstante

h.

Desprezaravelocidadenocanaldefuga

i. Dimetrododiafragma:1,26m

j. Diferenadepressododiafragma:1,39mca

k. Dimetrodatubulaoforada:1500mm

Pedesedeterminar:

Pressoregistradanomanmetroinstaladonaentradadaturbina

ngulosconstrutivosdapnaentradaenasadadorotor

REFERNCIASBIBLIOGRFICAS

GUIMARES,L.B.Mquinashidrulicas.Curitiba:UFPR,1991.

HENN,E.A.L.Mquinasdefluido.2ed,PortoAlegre:UFSM,2006.

MACINTYRE,A.J.Mquinasmotrizeshidrulicas.RiodeJaneiro:GuanabaraDois,1983.

SOUZA,Z.;FUCHS,R.D.;SANTOS,A.H.M.Centraishidroetermeltricas.SoPaulo:Ed.Blcher,1983.