Unidade Curricular HIDRÁULICA II

Unidade Curricular HIDRÁULICA II Luís Tecedeiro luistecedeiro@dec.isel.ipl.pt Gab. C 2.18 - ext. 1728 http://pwp.net.ipl.pt/dec.isel/luistecedeiro

TURBINAS

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

Turbinas Pelton injector roda

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.

Turbinas Pelton

Turbinas Francis evoluta distribuidor (directrizes) roda difusor

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.

Turbinas Francis

Barragem de Itaipu Qturb. = 16.000 m3/s Pinst. = 14.000 MW

Barragem de Itaipu

Itaipu Qturb. = 16.000 m3/s Pinst. = 14.000 MW

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

Castelo do Bode Pinst. = 139 MW

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 - 1994 Ano de conclusão - 2002 CARACTERÍSTICAS HIDROLÓGICAS CARACTERÍSTICAS DA ALBUFEIRA Área da Bacia Hidrográfica - 55000 km2 Caudal integral médio anual - 2851000 x 1000 m3 Caudal de cheia - 12000 m3/s Período de retorno - 1000 anos Área inundada ao NPA - 250000 x 1000m2 Capacidade total - 4150000 x 1000m3 Capacidade útil - 3150000 x 1000m3 Nível de pleno armazenamento (NPA) - 152 m Nível de máxima cheia (NMC) - 154,7 m Nível mínimo de exploração (Nme) - 135 m CARACTERÍSTICAS DA BARRAGEM DESCARREGADOR DE CHEIAS Betão - Abóboda de dupla curvatura Altura acima da fundação - 96 m Cota do coroamento - 154 m Comprimento do coroamento - 458 m Largura do coroamento - 7 m Fundação - Rocha Volume de betão - 687 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 - 139 m Desenvolvimento da soleira - 2 x 19 = 38 m Caudal máximo descarregado - 6300 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 - 160 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 - 240 MW Energia produzida em ano médio - 269 GWh

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 - 1945 Ano de Conclusão - 1951 CARACTERÍSTICAS HIDROLÓGICAS CARACTERÍSTICAS DA ALBUFEIRA Precipitação média anual - 1200 mm Caudal integral médio anual - 2352000 x 1000 m 3 Caudal de cheia - 4750 m3/s Período de retorno - 1000 anos Área inundada ao NPA - 32910 x 1000m2 Capacidade total - 1095000 x 1000m3 Capacidade útil - 900500 x 1000m3 Nível de pleno armazenamento (NPA) - 121 m Nível de máxima cheia (NMC) - 122 m CARACTERÍSTICAS DA BARRAGEM DESCARREGADOR DE CHEIAS Betão - Gravidade com curvatura Altura acima da fundação - 115 m Cota do coroamento - 124,3 m Comprimento do coroamento - 402 m Fundação - Gneisse e micaxisto Volume de betão - 430 x 1000 m3 Tipo de controlo - Controlado Tipo de descarregador - Orifício Cota da crista da soleira - 105 m Desenvolvimento da soleira - 28,08 m Comportas - 2 Caudal máximo descarregado - 4000 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 - 139 MW Energia produzida em ano médio - 390 GWh

Alqueva e Castelo do Bode - geradores

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.

Turbinas Kaplan

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

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;

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.

linha de energia Turbina

Relações de semelhança Q H = Q H n P = n P 1 1 2 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

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)

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.

Escolha de uma turbina

fig. 15.22

fig. 15.25

Diagrama em colina

fig. 15.28 esq.

fig. 15.28 dir.

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)

Problema

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.

Resolução: a) Para H0 = 120 m (fig. 15.22) tem-se uma turbina Francis com ns 170 rpm (m, CV) (valor aproximado no meio da faixa, a corrigir).

Resolução (cont.): Neste tipo de turbina, o rendimento para o caudal máximo na queda dos melhores rendimentos é aproximadamente η = 89% (fig. 15.25).

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 = 56960 CV A velocidade de rotação aproximada será: n = ns H05/4 / P01/2 = 170 x 1205/4 / 569601/2 = 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 569601/2 / 1205/4 = 180 rpm (m, CV)

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. 15.28 a)).

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

Links Diversos http://cnpgb.inag.pt/gr_barragens/gbportugal/lista.htm http://pt.wikipedia.org/wiki/alternador