8. Turbinas Hidráulicas. 8.1 Introdução

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1 8. Turbinas Hidráulicas 8.1 Introdução Turbinas são máquinas para converter energia hidráulica em energia elétrica. O custo total de uma usina hidrelétrica (reservatório, tubulações, turbinas, etc.) é mais alto do que o de uma central termelétrica mas ela tem muitas vantagens, algumas das quais são: 1. Alta eficiência 2. Flexibilidade de operação 3. Fácil manutenção 4. Baixo desgaste 5. Suprimento de energia potencialmente inesgotável 6. Nenhuma poluição 8.2 Classificação Os principais tipos de turbina são aquelas de impulso e de reação. O tipo predominante de máquina de impulso é a roda Pelton (inventada por Lester Allen Pelton) que é apropriada para um range de alturas de m. As turbinas de reação são de dois tipos principais: 1. de escoamento radial ou misto 2. de escoamento axial Dos tipos de escoamentos radiais predomina a turbina (patenteada por Samuel Dowd e aperfeiçoada por James Bicheno ). As turbinas Dériaz são similares às turbinas rápidas mas com um mecanismo que permite variar a inclinação das pás do rotor. Os tipos principais de máquinas axiais são turbinas de hélice (Propeller) cujas pás do rotor são fixas e as turbinas Kaplan com as pás do rotor ajustáveis. Outros tipos de máquinas axiais são as turbinas Tubulares, Bulbo e Straflo. 8.3 Tipos de Turbinas Hidráulicas Turbinas Em 1847 o inglês James Bicheno ( ) trabalhando nos EUA melhorou uma máquina de escoamento centrípeta desenvolvida em 1838 por Samuel Dowd ( ), de modo que a partir disso, elas receberam o nome de turbinas. A Figura 8.1 (8.1) mostra um corte longitudinal de uma turbina, indicando os órgãos principais. Essencialmente constam das seguintes partes: 1) uma caixa, geralmente com forma de caracol do tipo fechado, Figura 8.2 (3.41), a qual é substituída por uma câmara ou poço de adução no tipo aberto, Figura 8.3 (3.35 e 3.36); 2) um distribuidor dotado de pás orientáveis, para proporcionar a descarga correspondente à potência demandada, com o ângulo mais adequado para a entrada da água no rotor, Figura 8.4 (3.7); 3) um rotor dotado de pás com formato especial, Figura 8.5 (3.5); 4) um tubo de sucção que conduz a água que sai do rotor a um poço ou canal de fuga, Figura 8.6 (8.65). As turbinas são máquinas de reação do tipo ação total (a água ao passar pelo rotor preenche simultaneamente todos os canais das pás). Quanto ao posicionamento do eixo podem ser: - de eixo vertical - de eixo horizontal.

2 Quanto às velocidades do rotor, as turbinas podem ser: - lentas (55<n s <120 rpm); - normais (120<n s <200 rpm); - rápidas (ou Deriaz) (200<n s <300); - extra rápidas ou ultra-rápidas (300<n s <450). n Pe Com a velocidade específica definida pela fórmula: ns = ; [n] em rpm, [P e ] em CV e H 4 H [H] em m. Quanto ao modo de instalação que caracteriza como recebem a água motriz, as turbinas podem ser: de instalação aberta ou fechada. Instalação aberta. Quando a turbina é colocada num poço, ao qual vem ter a água conduzida em um canal de adução, havendo geralmente uma comporta ou adufa para que se possa esvaziá-la na manutenção. Este tipo de instalação é conveniente apenas para pequenas quedas (até 10 m) e potências pequenas (algumas centenas de CV). Vale ressaltar que quando a descarga é grande e o desnível é pequeno, há vantagem de se utilizar um tubo de sucção curvo. Instalação fechada. Quando a queda é superior a 10 m é preferível colocar a turbina numa caixa à qual vem ter a água conduzida em uma tubulação forçada (pentstock). Estas caixas tem a forma de caracol, voluta ou espiral e são envolvidas pelo concreto armado. As Figuras 8.3, 8.7 (3.40) mostram os tipos de instalações e o posicionamento do eixo das turbinas. As vantagens das turbinas de eixo horizontal sobre as de eixo vertical é que nas primeiras a turbina e o gerador podem ser independentes; há uma melhor disposição da sala das máquinas já que a turbina e o gerador estão no mesmo nível; fácil montagem e entendimento; facilidade de manutenção e custo reduzido em cerca de 20% para as mesmas condições Turbinas Pelton Como toda turbina hidráulica, a Pelton possui um distribuidor e um receptor. As partes principais das turbinas Pelton são descrita a seguir. 1) Distribuidor. O distribuidor é um bocal de forma apropriada a guiar a água, proporcionado um jato cilíndrico sobre a pá do receptor, o que é conseguido por meio de uma agulha como mostra a Figura 8.8 (3.22). Figura 8.8 Corte transversal de turbina Pelton de dois jatos e eixo horizontal. 2) Rotor. O rotor consta de um certo número de pás com forma de concha especial, dispostas na periferia de um disco que gira preso a um eixo. A figura 8.9 a e b mostram fotos de um rotor da turbina Pelton.

3 Fig.8.9.a.b.: Rotor de uma turbina Pelton com as pás desmontadas. A pá possui um gume médio, que fica sobre o plano médio da roda, e que divide simetricamente o jato e o desvia lateralmente. As figuras 8.10 e 8.11 mostram respectivamente uma foto e um desenho esquemático da pá. Figura 8.10 Pás de uma turbina Pelton.

4 Figura 8.11 Fixação das pás no rotor de uma turbina Pelton. As figuras 8.12 e 8.13 mostram respectivamente uma foto e um desenho esquemático da incidência do jato sobre as pás. Figura 8.12 Incidência dos jatos sobre as pás.

5 Figura 8.13 Distribuição dos jatos em pás sucessivas. 3) Defletor de jato. O defletor intercepta o jato, desviando-o das pás, quando ocorre uma diminuição violenta na potência demandada pela rede de energia. Nessa hipótese, uma atuação rápida da agulha para reduzir a descarga poderia vir a provocar uma sobrepressão no bocal, nas válvulas e ao longo do encanamento adutor. O defletor volta à sua posição inicial liberando a passagem do jato, logo que a agulha assume a posição que convém, para a descarga correspondente à potência absorvida. A figura 8.14 mostra detalhes do defletor de jato.

6 Figura 8.14 Detalhes do bocal injetor e do defletor de jato. 4) Bocal de frenagem. O bocal de frenagem faz incidir um jato nas costas das pás, contrariando o sentido de rotação, quando se desejar frear a turbina rapidamente.(ver figura 8.8). As turbinas Pelton são do tipo tangenciais e de ação parcial como visto no item anterior. Quanto ao número de jatos as turbinas Pelton podem ser de um jato, dois, quatro ou seis jatos e, excepcionalmente, de 3 jatos. Quanto maior o número de jatos maior a potência para uma mesma queda, maior o desgaste por abrasão se a água tiver areia em suspensão e menor o tamanho do rotor (o que representa uma redução no custo por unidade de potência instalada). A incidência de jatos sobre o rotor em cada volta depende do número de jatos, de modo que, quanto maior a queda, menor deverá ser o número de impactos sobre a pá por minuto(ver figura 8.15) Quanto ao posicionamento do eixo as turbinas Pelton podem ser de: Eixo horizontal: geralmente utilizada para um ou dois jatos, a instalação é mais econômica, de fácil manutenção, além de ser possível montar, numa mesma árvore, dois rotores. Eixo vertical: geralmente utilizado para quatro ou seis jatos sobre as pás do rotor. A figura 8.16 mostra as características da turbina Pelton em função da queda e da potência. A figura 8.17 mostra o número de jatos em função da rotação e da queda. A figura 8.18 mostra um gráfico para determinação da potência, da rotação e do diâmetro do rotor da turbina Pelton em função da queda e da vazão.

7 Figura 8.15 Número de impactos do jato sobre uma pá, por minuto. Figura 8.16 Gráfico da Hitachi para escolha da turbina Pelton.

8 Figura 8.17 Número de jatos de turbina Pelton em função de H e n s. Figura 8.18 Gráfico da Escher Wyss para determinação de N (MW), n (rpm) e D roda (m). As turbinas Pelton são recomendadas para quedas elevadas, para as quais a descarga (vazão) aproveitável normalmente é reduzida, uma vez que a captação se realiza em altitudes onde o curso d'água ainda é de pequeno deflúvio. Por serem de fabricação, instalação e regulagem relativamente simples, além de empregadas em usinas de grande potência, são também largamente empregadas em microusinas, em fazendas, etc., aproveitando quedas e vazões bem pequenas para geração de algumas dezenas de CV.

9 Turbinas Hélice A necessidade de obtenção de turbinas com velocidades consideráveis em baixas quedas e grandes descargas, o que não é viável com as turbinas, deu origem em 1908 às turbinas Hélice ou Propeller. O rotor assumiu a forma de uma hélice de propulsão, o que explica o nome dado a estas turbinas, figura O distribuidor mantêm o aspecto que tem nas turbinas, mas a distância entre as pás do distribuidor e as do rotor é bem maior do que a que se verifica para as turbinas de alta velocidade específica. A figura 8.20 mostra o rotor e o distribuidor da turbina hélice. Figura 8.19 Rotor de turbina Hélice (pás fixas). Figura 8.20 Rotor de 8 pás de uma turbina Hélice com as pás direcionadas ao distribuidor.

10 As turbinas Hélice são do tipo axial, de reação e de ação total como as turbinas. As demais características são as mesmas que as das turbinas Kaplan que serão vistas a seguir. Elas são utilizadas em baixa quedas e com grandes descargas (vazões) Turbinas Kaplan Em 1912, o engenheiro Victor Kaplan ( ), após estudos teóricos e experimentais, concebeu um novo tipo de turbina a hélice, comportando a possibilidade de variar o passo ou inclinação das pás. A figura 8.21 mostra um corte longitudinal de uma turbina Kaplan indicando os seus principais componentes. Figura 8.21 Corte longitudinal de uma turbina Kaplan. A figura 8.22 mostra o mecanismo de controle do ângulo das pás do rotor. Os principais componentes de uma turbina Kaplan são descritos a seguir. 1) Distribuidor. Se assemelha ao das turbinas, tendo as mesmas finalidades. As pás do distribuidor, tem sua inclinação comandada por um sistema análogo ao das turbinas, e ficam a uma distância considerável das pás do rotor. Deve haver uma sincronização entre os ângulos das pás do rotor e as do distribuidor. 2) Rotor: Possui pás que podem ser ajustáveis variando o ângulo de acordo com a demanda de potência. 3) Tubo de sucção: Tem as mesmas finalidades e a mesma forma dos tubos de sucção para turbinas.

11 Figura 8.22a Detalhe do sistema de movimentação das pás de uma turbina Kaplan. Figura 8.22b Rotor Kaplan em corte total e parcial (esquemático). 4) Caracol ou caixa espiral: Pode ter seção transversal circular nas turbinas de pequena capacidade e nas quedas consideradas relativamente grandes para turbinas Kaplan, mas, nas unidades para grandes descargas e pequenas quedas, a seção é aproximadamente retangular ou

12 trapezoidal com estreitamento na direção do distribuidor e recebe a denominação de semicaracol. As turbinas Kaplan são do tipo axial, de reação e ação total como visto no item anterior. Quanto ao número de pás as turbinas Kaplan podem ser de: -4 pás (para 10 < H < 20m); -5 pás (para 12 < H < 23m); -6 pás (para 15 < H < 35m); -8 pás (para H > 35m). São utilizadas para rotações específicas acima de 350 rpm. Permitem uma ampla variação da descarga e da potência sem apreciável variação do rendimento total Turbinas Dériaz Tem o nome de um engenheiro suíço que as inventou. A figura 8.23 (3.17) mostra uma turbina Dériaz. Elas se assemelham às turbinas Kaplan e rápida, porém as pás do rotor são articuladas e, pela atuação de um mecanismo apropriado podem variar o ângulo de inclinação. Este tipo de turbina é muito utilizado em instalações onde a água do reservatório de montante precisa ser resposta quando a máquina não está produzindo potência. Sendo, quando for o caso, denominada de turbina-bomba. Figura 8.23 Rotor de uma turbina-bomba Deriaz (tipo diagonal de pás móveis) Turbinas Tubulares Quando o desnível hidráulico for muito reduzido, pode não ser viável nem mesmo a instalação de turbinas tipo Kaplan. Deste modo foram desenvolvidos novos tipos de turbinas mais apropriadas para tais condições. Um destes tipos é a turbina Tubulares. Nas turbinas tubulares, o receptor, de pás fixas ou orientáveis, é colocado num tubo por onde a água escoa e o eixo, horizontal ou inclinado, aciona um alternador colocado externamente ao tubo. A Figura 8.24 (3.24) mostra duas instalações de turbinas tubulares Turbinas Bulbo As turbinas de bulbo podem ser consideradas como uma evolução do tipo anterior. O rotor possui pás orientáveis como as turbinas Kaplan e existe uma espécie de bulbo colocado dentro do tubo adutor de água. No interior do bulbo que é uma câmara blindada, pode existir simplesmente um sistema de engrenagens para transmitir o movimento do eixo ao alternador (Figura 8.25) (3.25) e/ou, nos tipos mais aperfeiçoados, no interior do bulbo fica o próprio gerador elétrico. A turbina bulbo dispensa a caixa em caracol e o trecho vertical do tubo de sucção. O espaço ocupado em planta é portanto menor que o das turbinas Kaplan. Para um mesmo diâmetro do rotor, a turbina bulbo absorve uma descarga maior que as Kaplan, resultando daí maior potência a plena carga. As turbinas bulbo podem funcionar como turbinas ou como bombas e são empregadas em usinas maré-motrizes. Um ponto a considerar na instalação deste tipo de turbina é que a limitação do diâmetro do rotor e do bulbo para redução dos custos, obriga à construção de alternadores de pequeno diâmetro mas muito alongados axialmente, o que, por sua vez, acarreta problemas de resfriamento para o gerador e de custo para o eixo e mancais. As figuras 8.26, 8.27 e 8.28 mostram uma foto, um desenho esquemático e uma maquete em corte, respectivamente.

13 Figura 8.26 Turbina bulbo, da Escher Wyss. Vista do rotor, do bulbo e de parte do tubo de saída de água. Figura 8.27 Turbina bulbo Escher Wyss.

14 Figura 8.28 Usina de Gersthein (França). Grupo bulbo Turbinas Straflo São turbinas do tipo axial caracterizadas pelo escoamento retilíneo que em inglês significa "straight flow", cuja contração dos vocábulos originou o nome STRAFLO. Na realidade, as trajetórias das partículas líquidas são hélices cilíndricas, que em projeção meridiana são retas paralelas ao eixo. Neste tipo de turbina o indutor do alternador é colocado na periferia do rotor da turbina formando um anel articulado nas pontas das pás da hélice, as quais podem ser de passo variável, análogas às da turbina Kaplan. Por esta razão é também denominada turbina geradora de anel ou periférica. As juntas hidrostáticas montadas entre a carcaça girante, funcionam como um agente de pressão e vedação. Uma vantagem desta turbina é de não haver a necessidade de colocar o gerador no interior de um bulbo, o que, como vimos, cria problemas de limitação das dimensões do gerador e de resfriamento. A colocação do alternador na própria periferia do rotor da turbina possibilita uma instalação compacta e a obtenção de fator de potência maior que o conseguido com outros tipos em igualdade de condições de queda, descarga e custo de obras civis. As turbinas STRAFLO são adequadas para usinas de baixa queda, de 3 até 40m e diâmetro de rotor de até cerca de 10m. Do mesmo modo que as turbinas de bulbo e tubulares, as turbinas STRAFLO podem ser instaladas com eixo horizontal ou inclinado. As figuras 8.29 e 8.30 mostram uma maquete em corte e uma seção transversal de uma turbina STRAFLO, respectivamente.

15 Figura 8.29 Representação de turbina Straflo de pás fixas. Figura 8.30 Seção transversal típica de turbina Straflo de pás fixas e mancais convencionais; 1- pás diretrizes fixas, 2- pás diretrizes móveis do distribuidor, 3- pás fixas do rotor, 4- gerador Velocidades das Turbinas Hidráulicas Número real de rotações. As turbinas acionam diretamente os geradores de energia elétrica, de modo que, naturalmente, ambos têm o mesmo número de rotações. Mas nos alternadores, pela forma como são construídos, existe uma dependência entre o número de pares de pólos (p), o número de rpm(n) e a freqüência em Hz (f) na forma:

16 f n = 60. p Para f=60hz n=3600/p. Assim, podemos construir uma tabela que relaciona n e p. (tab.1). As velocidades reais das turbinas, podem ser determinadas a partir da tab.2. As turbinas de grandes potências tem baixa rotação real de modo a reduzir a complexidade dos problemas de estabilidade mecânica, momentos nos mancais e a melhorar as condições para a regularização do movimento. Também, por razões construtivas, empregam-se, como visto, baixa velocidade real para turbinas de elevado n s e altas rotações reais para pequenos valores de n s. Tabela 1: Rotações por minuto síncronos do alternador trifásico em função do número de pares de pólos. P n Tabela 2: Número real de rpm das turbinas. Propeller, Kaplan, 50 a 150 rpm Bulbo 80 a 300 rpm Pelton 200 a 750 rpm Aumento de velocidade O custo do grupo turbina-gerador diminui com o aumento da velocidade angular que pode ser conseguido com a redução do diâmetro (das dimensões do rotor). Essas vantagens, aliadas à necessidade muitas vezes de utilizar pequenas quedas, tem feito com que o progresso no projeto das turbinas evoluísse para obtenção de velocidades que podem, até certo ponto, ser consideradas altas. Dois recursos são utilizados: a-dar formas adequadas a seus órgãos essenciais, especialmente o rotor. b-agrupar numa árvore, vários rotores iguais, alimentados separadamente, constituindo, assim as chamadas turbinas múltiplas. Trata-se de uma instalação em paralelo em que cada unidade se apresenta com um rotor de pequeno diâmetro, permitindo, assim, obter uma maior velocidade angular para um mesmo valor de velocidade periférica Rendimento das Turbinas Hidráulicas A figura 8.31 mostra o rendimento das principais turbinas hidráulicas em função da descarga. A figura 8.32 mostra o comportamento do rendimento em função da potência útil para as principais turbinas hidráulicas.

17 Figura 8.31 Variação do rendimento com a descarga para os diversos tipos de turbina. Figura 8.32 Variação do rendimento com a potência útil Campo de Aplicação das Turbinas Hidráulicas Teoricamente não é impossível construir turbinas de um tipo qualquer para todas as velocidades específicas, porém a prática do projeto e os resultados obtidos com as turbinas instaladas tem mostrado que cada um dos tipos só pode ser empregado com bom rendimento para valores de ns compreendido entre determinados limites, o que significa dizer que, de

18 um certo modo, essa grandeza específica (determina) o tipo de turbina a ser usada numa instalação caracterizada pelos valores de Q, H e n. A prática mostrou ainda que, para valores dados de queda e potência, os custos das turbinas e da instalação como um todo diminuem quando a velocidade específica aumenta. A tabela 3 mostra o campo de aplicação das principais turbinas, em função de n e H, baseada em turbinas instaladas apresentam não só bons rendimentos, mas também os menores custos. Tabela 3: Campo de aplicação dos diversos tipos de turbinas. Tipos de turbinas n s (rpm) n q =n s /3,36 (rpm) H (m) Pelton 1 jato 1 jato 1 jato 2 jatos ,3 5,3-7,4 7,7-10,4 7,7-10, jatos 4 jatos ,7-14,9 11,9-14, ,1-21, jatos muito lenta lenta normal rápida (ou Dériaz) extra-rápida Propeller Kaplan Bulbo Tubulares Straflo 8 pás 7 pás 6 pás 5 pás 4 pás em diante A figura 8.33 mostra a representação gráfica desta tabela. 21,4-26,8 16,4-20,8 21,1-35,7 36,0-59,5 59,8-89,2 89,6-133,9 74,4-95,2 95,5-128,0 128,3-157,7 159,0-184,5 185 em diante Figura 8.33 Campo de ampliação das turbinas Pelton, e Kaplan de acordo com a queda e a velocidade específica.

19 8.7. Características de algumas Turbinas Hidráulicas instaladas no Brasil A tabela 4 mostra H, Q, n e N bem como o fabricante e o tipo das Turbinas Hidráulicas instaladas nas principais usinas brasileiras. Tabela 4: Características de algumas turbinas hidráulicas instaladas no Brasil Usina Tipo H (m) Q (m 3.s -1 ) N (rpm) N (CV) Itaipú - Rio Paraná Paulo Afonso IV - Rio Sã co Itumbiara - Rio Paranaíba Água Vermelha - Rio Grande São Simão - Rio Paranaíba Foz de Areia - Rio Iguaçu Tucuruí - Rio Tocantins Estreito - Rio Grande Furnas (Alpinópolis) - Rio Grande Ilha Solteira - Rio Paraná Marinbondo - Rio Grande Salto Osório - Quedas Iguaçu Passo Fundo - Rio Passo Fundo Porto Colômbia - Rio Grande Xavantes - Rio Paranapanema Capivara - Rio Paranapanema Promissão - Rio Tiête Jupiá - Rio Paraná Porto Primavera - Rio Paraná Sobradinho - Rio São co Moxotó - Rio São co Bernardo Mascarenhas (Três Marias) - Volta Grande - Rio Grande Jupiá - rio Paraná Barra Bonita - Rio Tiête Parigot de Souza - Rio Capivari Cubatão 1- Henry Borden Cubatão 2 - Fonte, (primitiva) Fontes antigas - Rio Piraí Kaplan Kaplan Kaplan Kaplan Kaplan Kaplan Kaplan(5pás) Kaplan Kaplan Pelton Pelton Pelton Pelton ,9 71,3 29,8 60,8 60,8 88, , ,3 73,7 48,4 25,0 25,4 19,2 27,2 21,0 57,2 26, ,3 719, , , ,7 1,53 94, , ,7 128, , ,7 78, Voith. Mec. Pesada Neyrpic, Creusot, BS1 Voith, Bardella BVVS, Bardella, Voith Neyrpic Neyrpic & Mec. Pesada Voith Nohab e Bardella Hitachi, Voith. Neyrpic, Asgen, Creusot Escher Wyss, Franco, Tosi, Riva Calzoni Voith, Creusot, Mec. Pesada Mitsubishi e Hitachi Mitsubishi Bardella Escher Wyss Lening MET SKODA Escher Wyss, Calzoni, Mec. Pesada, Asgen Mecânica Pesada LMZ Dominion Voith GMBH Dominion Escher Wyss Escher Wyss Charmilles Charmilles, Voith, Allis Chalmers

20 Charmilles, Dominion Escher Wyss 8.8. Pré-Dimensionamento das Turbinas Hidráulicas Nesta seção apresentaremos um roteiro juntamente com alguns gráficos que nos possibilitará fazer um pré-dimensionamento das turbinas hidráulicas dentro, é claro, das limitações do texto desenvolvido Dados para o Dimensionamento das Turbinas Hidráulicas Para o dimensionamento de qualquer Turbinas Hidráulicas é indispensável, subsidiariamente, conhecer: - As características físicas e químicas do fluido de trabalho; - As características locais, no que se refere ao ambiente e ao local de instalação; - As características operacionais. Desse modo, mais especificamente, deve-se conhecer: - Quedas (H); - Vazões (Q); - Altura do nível d'água de jusante; - Características do sistema que será acionado Pré-Dimensionamento de Turbinas a) DADOS BÁSICOS Q (m3/s): vazão para o ponto de projeto (nominal). H (m): queda disponível para o ponto de projeto. n (rps): rotação da turbina para ponto de projeto. b) CÁLCULOS PRELIMINARES -Trabalho específico (y). -Rotação específica (ηqa). -Rendimento(ηn, ηm, ηt). -Potências(hidráulica e do eixo). c) ESCOLHA DO TIPO Baseado na rotação específica (ηqa) e também na altura máxima (hsmáx) que poderá ser instalada a turbina livre do perigo de cavitação. Determina-se o coeficiente de cavitação (δmin) no gráfico 1.

21 Gráfico 1 - Elementos para Pré-Dimensionamento de Rotores Determina-se o número de pólos do alternador. Determinação do tipo de rotor (lento, normal, rápido). d) ELEMENTOS DE ORIENTAÇÃO PARA O ROTOR. - O gráfico 1 trás algumas relações importantes em função de ηqa:

22 C52 máx /2y ; D4m/D5e ; b0/d5e ; ηtmáx ; ymáx; Qn/Qmáx onde: C5máx=velocidade máxima na entrada do tubo de sucção. Qn = vazão nominal. D5e=diâmetro externo da aresta de saída. D4m=diâmetro médio da aresta de entrada. b0 = largura do distribuidor. -Dado y, determinação C5máx. -Dado Q e calculado C5máx, determina-se (D5e)min através da equação da continuidade. -Determinação de (D4m)min e (b0)min. -Determinação do número e da espessura das pás do rotor. -Verificar se a equação fundamental é satisfeita. -Determinação de D4m, D5e, C5 e b0. -Determina-se os triângulos de velocidade para as arestas de entrada e saída do rotor. e) DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DO INJETOR f) DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DA CAIXA ESPIRAL g) DETERMINAÇÃO DA CARACTERÍSTICAS DO DISTRIBUIDOR -dimensões; -número de pás, espessura e passo; -outros. h) DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DO TUBO DE SUCÇÃO -forma; -comprimento; -diâmetro de entrada e saída. i) DETERMINAÇÃO DO DIÂMETRO DO EIXO DA TURBINA Pré-Dimensionamento de Turbinas Pelton a) DADOS BÁSICOS

23 -Q -H b) CÁLCULOS PRELIMINARES -y -ηt,ηm, ηh -Ph, Pef c) ESCOLHA DO TIPO -limitada a rotação específica; -Determinação do número de injetores (jatos); -Determinação da posição do eixo. d) CÁLCULO DO DIÂMETRO DO JATO (d0) e) CÁLCULO DAS PÁS -dimensões principais (gráfico 2); -passo; -número; -inclinação da Aresta.

24 Gráfico 2 - Elementos para Pré-Dimensionamento de Rotores Pelton

25 f) CÁLCULO DAS DIMENSÕES PRINCIPAIS DO ROTOR -Diâmetro do circulo tangente ao eixo do jato (Dm); -Diâmetro exterior do divisor (Dr); -Diâmetro externo; -Diâmetro interno. g) CÁLCULO DA AGULHA E DO INJETOR -Adoção dos ângulos; -Determinação do diâmetro do injetor; -Determinação do diâmetro máximo da agulha; -Determinação do diâmetro do cano Pré-Dimensionamento de Turbinas Kaplan a) DADOS BÁSICOS -Q; -H. b) CÁLCULOS PRELIMINARES -Y; -η qa; -ηt, ηm, ηh; -Ph, Pef. c) ESCOLHA DO TIPO -Baseado em ηqa e hsmáx (δmin 'gráfico 3'). -Determinação do número de pólos do alternador.

26 Gráfico 3 - Elementos para Pré-Dimensionamento de Rotores Kaplan e Hélice d) CÁLCULO DO ROTOR

27 -Elementos de orientações (gráfico 3). C52 máx / 2y ; Di/De; b0/de -Dimensões principais : (diâmetro externo do rotor, diâmetro do cubo, seção livre para passagem de água). -Características das pás (passo, número, comprimento); -Traçado do diagrama de velocidades. e) CÁCULO DO DISTRIBUIDOR -Determinação do diâmetro; -Determinação do número de pás; -Determinação das velocidades e ângulos de incidência. f) DETERMINAÇÃO DA ESPIRAL -Determinação da velocidade de entrada; -Determinação das dimensões g) DETERMINAÇÃO DO TUBO DE SUCÇÃO -Determinação da velocidade de entrada e saída