Máquinas motrizes com a finalidade de transformar a maior parte da energia de escoamento contínuo da água que atravessa em trabalho mecânico.

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1 Máquinas motrizes com a finalidade de transformar a maior parte da energia de escoamento contínuo da água que atravessa em trabalho mecânico. Primeira máquina motriz hidráulica: Rodas d água (Virtruvio, 100 A.C.)

2 Classificação Segundo a variação de pressão estática Turbinas de Ação ou Impulso. Nestas a pressão estática permanece constante entre a entrada e saída do rotor. Ex: Turbinas Pelton Turbinas Turgo Turbinas Michell-Banki

3 Turbina de Reação ou sobrepressão: A pressão estática diminui entre a entrada e saída do rotor. Ex: Turbinas Francis, Turbina Deriaz, Turbina Kaplan e de Hélice.

4 Segundo a direção do fluxo através do rotor: Turbinas de fluxo tangencial, radial (centrigufa e centrípeta), semi-axial e de fluxo axial. Segundo a admissão do rotor: Turbinas de admissão parcial e total. Atendendo a disposição do eixo de rotação, podem ser classificadas em: Turbinas de eixo vertical Turbinas de eixo horizontal

5 Componentes de uma turbina Uma turbina compõe-se dos seguintes elementos : Rotor - roda móvel, elemento principal, consiste numa série de pás ou conchas unidas a um eixo. Distribuidor - parte fixa que serve de união entre o rotor e a tubagem forçada. Tubagem forçada - conduz a água, sob pressão, até ao distribuidor. Tubo de aspiração - Serve de união entre a turbina e a restituição para o rio.

6 Turbinas de Acção Turbina Zuppinger Forom as primeiras turbinas que se utilizaram, introduzidas pela primeira chamada roda tangencial Zuppinger desenvolvida pelo pelo engenheiro suíço de igual nome, em 1846.

7 Turbina Schwamkrug, (1850) Radial y centrífuga

8 Turbina Girard, (1863) Axial com o rotor para fora da água; enquanto o canal não subir de nível, funciona como uma turbina de ação normal, enquanto que se o nível subir eo rotor ficar imerso, trabalha como uma turbina de reação, mas não nas melhores condições; atualmente não é usada.

9 Turbina Michel, o Banki O fluxo de água atravessa o rotor cilíndrico transversalmente com duas passagens pelas pás. Se utiliza para pequenas e grandes quedas. considerada uma turbina de acção, na qual o fluxo de água atravessa o rotor cilíndrico transversalmente com duas passagens pelas pás. A faixa em que a turbina BANKI pode trabalhar é muito vasta, com quedas em torno de 200m e caudais reduzidos (20 l/s). A turbina BANKI aplica-se aos aproveitamentos hidroeléctricos de pequenas potências até kw, daí o seu reaparecimento após anos de esquecimento, devido ao entusiasmo que se está a criar em torno das minihídricas.

10 Turbinas Pelton ( ) A principal característica é a velocidade do jato na de saída do bocal,que pode chegar, dependendo da queda entre 150 a 180 m/s. se clasifican generalmente por la posición del eje que mueven

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13 Sendo que W 2 =kw 1 Com k=0.8 O ângulo θ é denominado ângulo de deflexão do jato. O ângulo da pá que utilizamos em bombas e ventiladores é dado como complemento do ângulo de deflexão β 2 = 180 θ

14 β 2 tem um limite mínimo, em torno de , para permitir uma boa saída da água. Em geral β 2 =10 0

15 V V Velocidade absoluta de entrada (V 1 ) = 2 g H 1teórica d = m 2 g H 1real d m= V 29 = 4. H 1 real d Com m=0.97 Velocidade tangencial ou periférica de entrada (U 1 ) U = 1teórica U 1real = V V 1teórica 2 1teórica 2 η h Sendo o η h = U = V 1real 1 real U1 = H d U = ω r U = Π D n 60

16 Velocidade relativa de entrada (W 1 ) W 1 = V1 U1 Diâmetro do jato (do) d 0 = 4Q Π V 1 No caso ideal, sem atrito k=1 e θ=180 0 (β 2 =0). Neste caso a eficiência máxima é 100%. Na prática quando considera-se o atrito k=0,8 a 0,85. O ângulo da pá é geralmente. θ= Numero de pás (Z) Z = 1.15( R d 0 )

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28 A maior queda, em turbina PELTON, situa-se na Suíça, (Dixence) com 1750m e potência de 65 MW. A maior potência é gerada no aproveitamento de Cubatão (Brasil) com 719m de queda e 110 MW

29 No século XVIII, Leonard Euler ( ) desenvolveu uma roda de reação com distribuidor fixo, verdadeira precursora da turbina. O nome turbina deve-se a Claude Burdin ( ). Seu seguidor Benoit Fourneyron ( ) construiu mais de 100 turbinas antes de falecer. As turbinas radiais de Forneyron tornaram-se um grande sucesso desde o início e foram utilizadas em toda Europa continental e nos Estados Unidos, principalmente para acionar máquinas da industria têxtil. Foram também instaladas em Niaraga Falls para gerar energia elétrica.

30 Na seqüência, em 1843, surge a turbina Jonval, projetada pelo também engenheiro francês Feu Jonval. A turbina Jonval é axial e aceita uma vazão de água muito superior à da turbina Fourneyron, além de operar eficientemente com quedas d água muito inferiores.

31 Turbina Francis - James Bicheno Francis ( )

32 As turbinas FRANCIS classificam-se, segundo a velocidade específica em : Lentas - diâmetro de saída sensivelmente menor que o de entrada. Normais - diâmetro de entrada e saída são iguais. Rápidas - diâmetro de saída maior que o da entrada. Muito rápidas - o bordo de entrada das pás fica muito inclinado até ao eixo o que lhe dá características de hélice.

33 Estas turbinas são rigorosamente centrípetas A distribuição da água sobre as pás do rotor, é feita por uma série de pás distribuidoras ou pás diretrizes - externamente reguladas - as quais distribuem a água de forma simétrica e simultânea em todas as pás do rotor. a primeira turbina foi construída pela firma J.M. Voith em 1873 A água entra no rotor de forma radial e sai de forma axial. Em operação, a água entra no rotor pela periferia, após passar através da pás diretrizes as quais guiam o líquido em um ângulo adequado para a entrada das pás do rotor, deixando o mesmo axialmente em relação ao eixo. Água atua simultaneamente em todas as pás Variação de 90º no escoamento entre entrada e saída Altura de queda entre 45 e 750m

34 A turbina Francis pode ser executada tanto com eixo na horizontal quanto na vertical. A construção com eixo na horizontal, ou seja, a roda trabalhando verticalmente é utilizada para pequenas unidades. Francis caixa aberta (até 10 m de queda), caixa espiral (acima de 10 m)

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36 Partes Principais- Segundo Norma NBR 6445

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38 Caixa espiral: NBR 6445 conduzir o fluxo de água recebido da adutora até o distribuidor. Obs.: seções transversais reduzem-se. pré-distribuidor: pás fixas entre os anéis 4 e 5 rigidez estrutural da caixa e préorientação do escoamento para o distribuidor.

39 Distribuidor pás móveis entre os anéis - orientação do escoamento e controlar a vazão para o rotor

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42 Acionamento: anel de regulação 1, movido por 1 ou 2 motores hidráulicos

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46 Tubo difusor (tubo de sucção) de turbina Francis o ângulo das paredes do tubo de aspiração com o eixo longitudinal não ultrapassa os 6º.

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50 Para Turbinas Francis o torque pode ser definido por uma análise do triângulo de velocidades:

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52 Turbina Kaplan ( ) A tendência e também a necessidade de se obter rotores mais velozes levou a construção, por Victor Kaplan, das turbinas hélices. construiu-se uma turbina dotada de um dispositivo de regulagem que possibilitasse as hélices acompanharem a variação das aletas. Assim as turbinas deste tipo, com pás móveis no rotor, passaram a ser chamadas de turbinas Kaplan, enquanto as pás fixas receberam o nome de turbinas Hélice. Recomendada para quedas menores e altas vazões (altas velocidades). Consiste basicamente de um rotor, similar a hélice de navio, ajustada internamente na continuação de um conduto, com o eixo saindo do conjunto no ponto em que a tubulação muda de direção.

53 As turbinas de rotor Kaplan podem ter sua carcaça disposta em formato tubular ou em caixa espiral. O acionamento e ajuste das pás do rotor e diretrizes é feito de maneira automatizada e, em conjugação sincronizada.

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55 Turbina Kaplan.

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60 Outra solução semelhante a Kaplan é a turbina tipo S As turbinas axiais tipo "S" tem sua aplicação, principalmente para aproveitamento de baixas quedas, entre 5 e 20 m, podendo em alguns casos chegar a 25 m de queda

61 A Alstom, em Taubaté, fornece este tipo de turbinas para alturas entre 3 e 22m, vazões entre 9 e 50 m 3 /s e faixa de potência de 500 à 5000 kw, com diâmetros de rotores que variam de 1,50 m até 2,65 m.

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64 As turbinas Kaplan e Hélice têm normalmente o eixo vertical, mas podem existir turbinas deste tipo com eixo horizontal, as quais se designam por turbinas Bulbo ou de poço

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