Máquinas de Fluxo Aula 7 Máquinas Motoras: Perdas de Energia Professora Esp. Claudia Beatriz Bozz Engenheira Mecânica Engenharia de Segurança do Trabalho
Turbinas São equipamentos que tem por finalidade transformar a energia de escoamento (hidráulica) em trabalho mecânico. Pela definição são máquinas motoras. Energia do Fluido Energia Mecânica
Características Construtivas Fonte: Itaipu (2009).
Características Construtivas
Características Construtivas Fonte: Itaipu (2009).
Características Construtivas Fonte: Itaipu (2009) apud Bernardinelli (2011
Características Construtivas Caixa Espiral: É uma tubulação com formato toroidal que envolve a região da roda, fabricada com chapas de aço carbono soldadas em segmentos. Faz conexão com o conduto forçado à entrada e com o pré-distribuidor à saída, e fica integrada à estrutura civil da usina. É responsável por distribuir a água igualmente na entrada da turbina (PORTAL PCH, [200-]). Fonte: Itaipu (2009).
Características Construtivas Pré-distribuidor: É composta por dois aros, entre os quais é montado um conjunto de palhetas fixas, sendo acoplado à caixa espiral. Tem a função de direcionar a água para a entrada do distribuidor. Fonte: Itaipu (2009).
Características Construtivas Distribuidor: Sistema formado por palhetas móveis, acionadas por um mecanismo regulador de velocidade e servomotores, responsáveis pela abertura e fechamento destas palhetas para o controle de vazão que entra na roda, e consequente controle da rotação da máquina. Fonte: Itaipu (2009).
Características Construtivas Roda e eixo: A roda é o componente principal da turbina, pois é nela que efetivamente ocorre a conversão de energia hidráulica em trabalho mecânico. Por este motivo, é dotado de pás com curvatura especial. O eixo, por sua vez, a acopla ao gerador. Fonte: Itaipu (2009).
Características Construtivas Fonte: Itaipu (2009).
Características Construtivas Tubo de Sucção: Duto de saída da água, também chamado de difusor ou tubo aspirador. Tem a função de manter a continuidade do escoamento, desde a saída da roda até o nível de água no poço de escapamento. Também é responsável pela recuperação parcial da energia cinética em energia de pressão, aumentado a eficiência da turbina. Fonte: Monteiro (2011). Fonte: Itaipu (2009).
Domínio da Turbina Fonte: Itaipu (2009) apud Bernardinelli (2011
Perdas de Energia São inerentes ao processo de conversão de energia. A energia total envolvida não é totalmente utilizada no processo principal. É a transformação de energia útil ao processo (energia mecânica) em formas de energia secundárias (energia térmica).
Perdas na adução É provocada devido ao atrito hidrodinâmico ao longo da tubulação e ao efeito das peças e dispositivos inseridos na adução de fluido, como grades, comportas, válvulas e entre outros. (Obtida por fórmulas empíricas).
Perdas no domínio da Turbina (Jε) São as mais importantes, ocasionada por efeitos hidrodinâmicos no domínio da turbina, como: Atrito do fluido com as paredes dos canais do rotor e sistema diretor, Turbilhonamentos, (redemoinhos quando o fluido passa por um obstáculo) Vórtices; (devido à diferença de pressão) Irregularidades no escoamento, como o choque do fluido contra o bordo de ataque das pás (quando a máquina está fora do ponto de projeto).
Perdas Volumétricas (J q ) Uma parte do volume de fluido é perdida devido à existência de folgas entre o rotor e as partes fixas da máquina, carregando consigo uma quantidade de energia que será considerada perdida durante o funcionamento da máquina. (Em turbinas modernas é relativamente reduzida)
Perdas hidráulicas(j v ) São as perdas ocorridas apenas na turbina, ou seja, é a soma das perdas no domínio da turbina e as perdas volumétricas: J v = J ϵ + J q
Perdas Mecânicas (Jp) São perdas externas, é energia consumida principalmente pelo atrito nos mancais e gaxetas, e também pelo gasto de energia no regulador de velocidade e equipamentos auxiliares.
Queda A forma primária de energia que sofre várias transformações antes de gerar trabalho mecânico é a energia potencial gravitacional.
Queda Bruta (Hb) É a queda topográfica, ou diferença de cotas entre os níveis de captação da água e o poção, ou canal de fuga, quando a turbina está fora de operação (Q=0). H b = z 3 z 0
Queda Disponível ou Líquida (H) H = z 1+ P 1 2 γ + V 1 2g z 2+ P 2 2 γ + V 2 2g É a parcela de energia efetivamente cedida para acionar a turbina, ou seja, é a energia representada pela queda bruta menos as perdas na adução. Para se determinar H, deve se aplicar a equação de Bernoulli entre a entrada e a saída.
Queda Motriz (Hm) Parcela de energia que efetivamente será convertida em trabalho mecânico no rotor. É determinada pela energia liquida menos as perdas hidráulicas: H m = H J v
Queda Útil (Hu) É a parcela de energia utilizada para o acionamento do gerador, é obtida subtraindo as perdas mecânicas da queda motriz: H u = H m J p
Queda Nominal ou de Projeto (Hn) É queda liquida disponível para a qual a turbina foi encomendada, desenvolvendo sua potência nominal sob a vazão especificada, com a qual deverá proporcionar o máximo rendimento. Caso de Itaipu: H n =118,4m, P n = 715 MW; n=95,2%