Unidade Curricular HIDRÁULICA II

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1 Unidade Curricular HIDRÁULICA II Luís Tecedeiro Gab. C ext

2 TURBINAS

3 Tipos de Turbinas: de acção (Pelton) de reacção diagonais (Francis) axiais (Kaplan)

4 Turbinas Pelton injector roda

5 Turbinas Pelton (de acção) Principais características: Quedas altas; Eixo vertical (máx. 6 inj.) ou horizontal (máx. 2 inj.) Parte inferior da roda acima do nível de restituição; Agulha do injector controlada pelo regulador automático da velocidade de rotação do grupo turbina-alternador; Injector com deflector para evitar sobrepressões na paragem brusca; Podem ser acopladas duas rodas.

6 Turbinas Pelton

7 Turbinas Pelton

8 Turbinas Pelton

9 Turbinas Pelton

10 Turbinas Pelton

11 Turbinas Pelton

12 Turbinas Pelton

13 Turbinas Pelton

14 Turbinas Pelton

15 Turbinas Francis evoluta distribuidor (directrizes) roda difusor

16 Turbinas Francis (de reacção - diagonais) Principais características: Quedas entre 20 e 500 m; Eixo vertical ou horizontal; As directrizes do distribuidor são comandadas pelo regulador automático da velocidade de rotação do grupo turbina-alternador; A evoluta tem lâminas fixas (pré-directrizes) Podem ser de dupla roda.

17 Turbinas Francis

18 Turbinas Francis

19 Turbinas Francis

20 Turbinas Francis

21 Barragem de Itaipu Qturb. = m3/s Pinst. = MW

22 Barragem de Itaipu

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30 Itaipu Qturb. = m3/s Pinst. = MW

31 ALQUEVA Qturb. = 400 m3/s Pinst. = 240 MW

32 Castelo do Bode Pinst. = 139 MW

33 BARRAGEM DE ALQUEVA UTILIZAÇÕES - Reserva / Rega / Abastecimento / Energia LOCALIZAÇÃO DADOS GERAIS Distrito - Beja Concelho - Moura Local - Alqueva Bacia Hidrográfica - Guadiana Linha de Água - Rio Guadiana Promotor - Empresa de Desenvolvimento e Infra-estruturas do Alqueva SA (EDIA) Dono de Obra (RSB) - EDP - Direcção Operacional de Equipamento Hidráulico Construtor - Ace-Somague-Bento Pedroso-Cubiertas- Dragados Ano de Projecto Ano de conclusão CARACTERÍSTICAS HIDROLÓGICAS CARACTERÍSTICAS DA ALBUFEIRA Área da Bacia Hidrográfica km2 Caudal integral médio anual x 1000 m3 Caudal de cheia m3/s Período de retorno anos Área inundada ao NPA x 1000m2 Capacidade total x 1000m3 Capacidade útil x 1000m3 Nível de pleno armazenamento (NPA) m Nível de máxima cheia (NMC) - 154,7 m Nível mínimo de exploração (Nme) m CARACTERÍSTICAS DA BARRAGEM DESCARREGADOR DE CHEIAS Betão - Abóboda de dupla curvatura Altura acima da fundação - 96 m Cota do coroamento m Comprimento do coroamento m Largura do coroamento - 7 m Fundação - Rocha Volume de betão x 1000 m3 Localização - 2 no corpo da barragem e encontros Tipo de controlo - Controlado Tipo de descarregador - Soleira tipo Wes c/ canal a jusante Cota da crista da soleira m Desenvolvimento da soleira - 2 x 19 = 38 m Caudal máximo descarregado m3/s Dissipação de energia - Trampolim DESCARGA DE FUNDO CENTRAL HIDROELÉCTRICA Localização - Incorporada na galeria de derivação provisória Secção da conduta - d 3m Caudal máximo m3/s Controlo a montante Controlo a jusante Dissipação de energia - Trampolim Tipo de central - Pé da barragem c/ bombagem Nº de grupos instalados - 2 Tipo de grupos - Reversíveis Turbo/Francis Potência total Instalada MW Energia produzida em ano médio GWh

34 BARRAGEM DE CASTELO DO BODE UTILIZAÇÕES - Abastecimento / Energia / Defesa contra cheias / Recreio LOCALIZAÇÃO DADOS GERAIS Distrito - Santarém Concelho - Tomar Local - Castelo do Bode Bacia Hidrográfica - Tejo Linha de Água - Rio Zêzere Promotor - CPPE, Cª. Portuguesa de Produção de Electricidade, AS Dono de Obra (RSB) - CPPE Projectista - A. Coyne Construtor - Moniz da Maia & Vaz Guedes Ano de Projecto Ano de Conclusão CARACTERÍSTICAS HIDROLÓGICAS CARACTERÍSTICAS DA ALBUFEIRA Precipitação média anual mm Caudal integral médio anual x 1000 m 3 Caudal de cheia m3/s Período de retorno anos Área inundada ao NPA x 1000m2 Capacidade total x 1000m3 Capacidade útil x 1000m3 Nível de pleno armazenamento (NPA) m Nível de máxima cheia (NMC) m CARACTERÍSTICAS DA BARRAGEM DESCARREGADOR DE CHEIAS Betão - Gravidade com curvatura Altura acima da fundação m Cota do coroamento - 124,3 m Comprimento do coroamento m Fundação - Gneisse e micaxisto Volume de betão x 1000 m3 Tipo de controlo - Controlado Tipo de descarregador - Orifício Cota da crista da soleira m Desenvolvimento da soleira - 28,08 m Comportas - 2 Caudal máximo descarregado m3/s Dissipação de energia - Trampolim DESCARGA DE FUNDO CENTRAL HIDROELÉCTRICA Tipo - Através da barragem Secção da conduta - d 3,0 m Tipo de central - Pé de barragem Nº de grupos instalados - 3 Tipo de grupos - Francis Potência total Instalada MW Energia produzida em ano médio GWh

35 Alqueva e Castelo do Bode - geradores

36 Turbinas Kaplan (de reacção - axiais) Principais características: Quedas baixas; Eixo vertical ou horizontal; Rodas com forma de hélice, com pás orientáveis, controladas pelo regulador de velocidade; Nos grupos bolbo o alternador está alojado no interior de um invólucro com a forma de um bolbo.

37 Turbinas Kaplan

38 Turbinas Kaplan

39 Turbinas Kaplan

40 Turbinas Kaplan

41 Turbinas Kaplan

42 Turbinas Kaplan

43 Turbinas Kaplan

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45 Comparação de turbinas. Vantagens e desvantagens da sua utilização Pelton vs. Francis Turbinas Pelton: Grande variação de potência sem perda de rendimento Mais fácil evitar sobrepressões; Manutenção mais fácil; Menor risco de abrasão

46 Comparação de turbinas. Vantagens e desvantagens da sua utilização Pelton vs. Francis Turbinas Francis: Exige menor espaço de instalação; Tem maior velocidade de rotação; Tem rendimentos mais altos para as maiores potências;

47 Comparação de turbinas. Vantagens e desvantagens da sua utilização Kaplan vs. Francis 1. Turbinas Kaplan: Tem bons rendimentos numa gama ampla de potência e de queda; Tem maior velocidade de rotação; 1. Turbinas Francis: Menor custo das obras de construção civil; Menor custo da turbina.

48 linha de energia Turbina

49 Relações de semelhança Q H = Q H n P = n P D D 2 H H 2 5 Q caudal turbinado D diâmetro do rotor H queda útil da turbina n nº de rotações por minuto 4 n H D = D = n H 1 2 Q H = Q H 1 2 P H = P H 3 2

50 Nº específico de rotações ns = n 12 P H 54 Velocidade de rotação de uma turbina geometricamente semelhante a outra, que funcionando com igual rendimento fornece uma potência unitária para uma queda útil unitária. (n r.p.m.; P CV; H m)

51 Velocidade de rotação 60 frequência da corrente alterna n= número de pares de polos do alternador Alternador - é uma máquina que transforma energia mecânica em energia elétrica.

52 Escolha de uma turbina

53 fig

54 fig

55 Diagrama em colina

56 fig esq.

57 fig dir.

58 Turbinas Funcionamento em: Vazio - velocidade de regime não fornecendo potência ao exterior (potência e rendimentos nulos) Embalamento com o distribuidor totalmente aberto e o alternador desligado, atinge o regime permanente. (potência e rendimento praticamente nulos e caudal não nulo)

59 Problema

60 Escolha de uma turbina Exemplo: Uma turbina deverá apresentar o seu melhor rendimento com uma queda útil de 120 m e turbinar um caudal máximo de 40 m3/s com essa queda. Determinar: a) O tipo e número específico de rotações da turbina a instalar. b) A potência máxima que a turbina poderá fornecer se a queda útil descer para 90 m.

61 Resolução: a) Para H0 = 120 m (fig ) tem-se uma turbina Francis com ns 170 rpm (m, CV) (valor aproximado no meio da faixa, a corrigir).

62 Resolução (cont.): Neste tipo de turbina, o rendimento para o caudal máximo na queda dos melhores rendimentos é aproximadamente η = 89% (fig ).

63 Resolução (cont.): A potência máxima a fornecer com essa queda é: P = η γ Q0 H0 = 0,89 x 9800 x 40 x 120 = 41,9 x 106 W P (CV) = 41,9 x 106 W / 735 = CV A velocidade de rotação aproximada será: n = ns H05/4 / P01/2 = 170 x 1205/4 / /2 = 283 rpm O número de pares de polos do alternador será: p = 3000 / n = 3000 / 283 = 10,6 pares de polos. Adoptando p = 10 pares de polos, tem-se: n = 3000 / p = 3000 / 10 = 300 rpm. ns = n P01/2 / H05/4 = 300 x /2 / 1205/4 = 180 rpm (m, CV)

64 Resolução (cont.): b) Com H = 90 m temos H / H0 = = 90 / 120 = 0,75 (75%). Entramos com este valor no diagrama em colina deste tipo de turbina (fig a)).

65 Resolução (cont.): b) Os valores obtidos do gráfico são: Q / Q0 82,5% (leitura no eixo das abcissas); η 86,5% (por interpolação entre as curvas de 86% e 88%). Tem-se assim: Q = 0,825 x 40 = 33 m3/s P = 0,865 x 9800 x 33 x 90 = 25,2 x 106 W = 25,2 MW

66 Links Diversos

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