DIMENSIONAMENTO DE TURBINAS CRITERIOS-LIMITAÇÕES

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2 DIMENSIONAMENTO DE TURBINAS CRITERIOS-LIMITAÇÕES A fixação do número de GG, das características do TH e dos GE tem como critério básico as necessidades da CH em atender técnica e economicamente, com alto grau de confiabilidade durante toda sua vida útil, uma programação especifica de carga estabelecida pelo mercado. Para tanto, é indispensável conhecer, alem desta programação, do estudo de implantação, o seguinte: Vazão (Q) e queda (H) nominal do aproveitamento. Níveis máximo (hjm)e mínimo (hjm) do canal de fuga.

3 Cont...CRITERIOS-LIMITAÇÕES Para tanto é indispensável conhecer, alem desta programação, do estudo de implantação, o seguinte: Vazões e respectivas quedas máxima e mínima do aproveitamento :Qmax, HbM, Hbm. Potências máximas e mínima exigidas pelo mercado Análise físico-química da água Topologia, geologia e geotécnica da região onde será implantada a casa de máquinas. Características dos canais, conduto forçado, reservatórios, vertedouros, tomada de água, câmara e/ou chaminé de equilíbrio.

4 Cont...CRITERIOS-LIMITAÇÕES Análise destas necessidades permite fixar: Vazão máxima do aproveitamento e queda nominal. Alturas máximas possíveis de sucção através de análise técnico-econômico para implantação da casa de máquinas, particularmente cotas de seu piso e dos correspondentes níveis no canal de fuga. Com a potência mínima necessária para atender o mercado, vazão do rio 100% de duração, fixação de vazão para atendimento do ecossistema no trecho do rio abrangendo pela CH e queda mínima, determina-se a vazão mínima a ser turbinada. Estado da arte aliado à energia gerada permite limitar superiormente os rendimentos desejados em função das cargas.

5 Algoritmo para Número de GG com Caixa Espiral Considerações e Limitações: No mínimo, dois GG se a potencia da CH ultrapassar 5MW. Rotação mínima para a TH, 70 rpm Potência máxima no eixo, por TH para uso de amplificador de velocidade através de correias ou engrenagens: 2MW. 70 rpm<=rotação TH<=600 rpm e a relação de transmissão máxima igual a 6. Rotação da TH >600 rpm o acoplamento será direito, nt=ng, e o eixo horizontal

6 Algoritmo para Número de GG com Caixa Espiral Eixo vertical da TH e acoplamento preferencialmente direito: Potencia por GG >=2MW Rotação TH <=600 rpm. DETERMINAÇÃO DO NÚMERO DE GG E DAS CARACTERISTICAS DAS TH, SENDO ESTA DE REAÇÃO. O ALGORITMO OBSERVA AS LIMITAÇÕES JÁ DESCRITAS.

7 EXEMPLO Determinar o número GG, características da TH de uma CH (TUCURUI) cujos dados são os seguintes: CH Q H z b Qi H su n 1/1 f t v Dp Dn Nome m 3 /s m m m 3 /s m - Hz s - Tucuruí , ,0 0,

8 Dados Q: Vazão do projeto Qi: Vazão mínima ou inferior. H : Queda nominal Zb: Altitude do nível mínimo da agua na saída do tubo de sucção da TH. n 1/1: eficiência da TH, com distribuidor totalmente aberto. tv: Tempo de fechamento do distribuidor. Dn : Sobrevelocidade da TH. Dp: Golpe de Aríete.

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10 Passo 1: ROTAÇÃO ESPECÍFICA Base conceitual: O tipo de TH que melhor atenda às características Q, H, para uma rotação n é fornecida por uma características denominada rotação especifica, a qual pode ser obtida a partir da consideração de serem os rotores do mesmo tipo, apresentarem semelhança geométrica e possuem os mesmo coeficientes adimensionais.

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13 Cont. Passo 1: ROTAÇÃO ESPECÍFICA

14 Cont. Passo 1: ROTAÇÃO ESPECÍFICA nqasf= 310,1399 nqaif= 1502,299 nqasa= 348,4111 nqaia= 272,4164

15 Passo 2: COEFICIENTE DE CAVITAÇÃO Base Conceitual: Cavitação: formação de uma fase de vapor líquido em regiões submetidas a pressões reduzidas Cavitação e Ebulição: processos termodinamicamente semelhantes Ebulição: elevação de temperatura com pressão constante Cavitação: redução de pressão, temperatura constante

16 Cavitação Em certos pontos devido à aceleração do fluido, como em uma turbina hidráulica a pressão pode cair a um valor menor que a pressão mínima em que ocorre a vaporização do fluido (Pv) na temperatura T0. Então ocorrerá uma vaporização local do fluido, formando bolhas de vapor. Estas bolhas de vapor que se formaram no escoamento devido à baixa pressão, serão carregadas e podem chegar a uma região em que a pressão cresça novamente a um valor superior à Pv. Então ocorrerá a "implosão" dessas bolhas. Se a região de colapso das bolhas for próxima a uma superfície sólida, as ondas de choque geradas pelas implosões sucessivas das bolhas podem provocar trincas microscópicas no material, que com o tempo irão crescer e provocar o descolamento de material da superfície, originando uma cavidade de erosão localizada.

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19 Passo 2: COEFICIENTE DE CAVITAÇÃO de Thoma Definido por Dieter Thoma em 1925, num trabalho sobre cavitação em turbinas Kaplan Parâmetro de referência em turbinas rho=0,215151

20 Passo 3: nqaf= 260,8244 nqasf= 310,1399 nqaif= 146,0254 Prosseguir em 7 com nqaf

21 Passo 4 nqaa= 261,42 nqasa= 348,4111 nqaia= 272,4164 Prosseguir em 7 somente com Francis

22 Passo 5: P= ,02kW P= 3876,53MW Prosseguir com z=2, depois 3, etc

23 Q1= 3480 Passo 6

24 Passo 7:

25 Passo 7: z Q1 QiF Qi , , , , , , , , ,00 849, ,29 728, ,00 637, ,33 566, ,00 509, ,73 463, ,00 424,9877<=Qi(450) ,38 392, ,14 364, ,00 339,9902

26 Passo 8

27 Cont. Passo 8

28 Passo 9

29 Passo 9 nf= 78, rpm nqai não é o caso Já que nf >=70, prosseguir

30 Passo 10

31 Cont. Passo 10

32 Passo 10 P1F= ,08 kw P1i= ,49 kw zpf= 46, Logo número de pares de polos = 47 nt=ng=ngfy=nf 76, rpm Adotar eixos verticais e acoplamento

33 Passo 11 nqaf= 255, rpm 255,42>= 146,02? Sim Logo, prosseguir!

34 PASSOS 12 E 13 rhof= 0, HsuF= -2, m

35 Passos 14 : Diâmetro da Turbina nf= DF= nt=ng=ngfy 8, m

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37 PASSO 15 E 16 DEF= 10, m R1F= 6, m

38 Passo 17 De1Fin De1F (m) Lado Esquerdo (m) Lado Direito Erro 8,64 8,64 8,47 0,17 8,54 8,54 8,51 0,03 8,44 8,44 8,54-0,10 8,34 8,34 8,58-0,24

39 Passo 18 e 19 ReF= 14,58 m kesf= 391,

40 Passo 20 e 21 Teta Res0F= R0F 90,00 1,90 9,83 180,00 2,82 11,67 270,00 3,58 13,19 360,00 4,25 14,54

41 tg= 0, s Passo 22