PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS MECÂNICOS DE UMA USINA HIDRELÉTRICA

PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS MECÂNICOS DE UMA USINA HIDRELÉTRICA TE033 - CENTRAIS ELÉTRICAS Edgar dos Reis Prof. Dr. Clodomiro Unsihuay Vila

Agenda Capitulo 9 9.1 Comportas e Válvulas 9.2 Turbinas 9.3 Turbinas Pelton 9.4 Turbinas Francis 2

TIPOS DE COMPORTAS Fonte: PEREIRA, 2015 (A) Segmento (B) Setor 3

TIPOS DE COMPORTAS: SEGMENTO Fonte: Próprio Autor 4 Fonte: Próprio Autor

Fonte: Próprio Autor 7 Fonte: Próprio Autor

CLASSIFICAÇÃO DAS COMPORTAS 8 Fonte: PEREIRA, 2015

CLASSIFICAÇÃO DAS COMPORTAS 9 Fonte: PEREIRA, 2015

TIPOS DE VALVULAS: BORBOLETA Válvula borboleta Características: 1) munhão; 2) disco biplano (rótula); 3) tubo by-pass; 4) carcaça com vedação principal; 5) conjunto de vedação móvel; 6) servomotor Fonte: PEREIRA, 2015 10

TIPOS DE VALVULAS: BORBOLETA Fonte: PEREIRA, 2015 11

TIPOS DE VALVULAS: BORBOLETA UHE PARIGOT DE SOUZA Fonte: Próprio Autor 12

TIPOS DE VALVULAS: ESFÉRICA Válvula esférica: Características: 1) carcaça; 2) rotor; 3) selo de manutenção; 4) vedação principal; 5) pistão do anel do servomotor Fonte: PEREIRA, 2015 13

COMPARAÇÃO DAS VÁLVULAS Fonte: PEREIRA, 2015 14

TURBINAS HIDRAULICAS 15 Fonte: Fred, 2009

TURBINAS A turbina hidráulica converte a energia hidráulica (Q H, vazão (cinética) e pressão (potencial)) em energia mecânica (T n, torque motor ou binário e rotação) no eixo da turbina. O fluxo é controlado pela abertura de um mecanismo a montante do rotor. O eixo da turbina é diretamente conectado a um gerador, que converte a energia mecânica em energia elétrica (E I, tensão elétrica e corrente elétrica) A velocidade rotacional n (rpm) do conjunto turbina-gerador tem que ser a velocidade síncrona correspondente à frequência (f) de corrente alternada do sistema (no Brasil, 60 Hz), em que Z é o número de pares de polos do gerador. (PEREIRA, 2015) n= 16

TURBINAS Geralmente, deseja-se a velocidade mais alta possível, porque assim o conjunto turbina-gerador será menor e mais barato, a unidade requererá menor espaço e as dimensões da casa de força também serão reduzidas. Uma turbina hidráulica é usualmente feita sob medida, para se ajustar a uma queda líquida e a uma vazão de projeto (PEREIRA, 2015) 17

TURBINAS: CLASSIFICAÇÃO TURBINAS DE AÇÃO: São aquelas nas quais toda a energia hidráulica que entra é convertida em energia cinética nas partes estacionárias na frente do rotor. O rotor dessa turbina trabalha fora da água (opera próximo da pressão atmosférica), o que não lhe permite utilizar integralmente a energia da instalação, já que a altura livre sobre o rotor não pode ser utilizada na geração de energia. A turbina Pelton é o tipo mais comum nessa categoria e é usada para quedas muito altas (PEREIRA, 2015) 18

TURBINAS: CLASSIFICAÇÃO Fonte: Alterima, 2014 Fonte: Alterima, 2014 19

TURBINAS: CLASSIFICAÇÃO TURBINAS DE REAÇÃO: São aquelas cujos rotores trabalham mergulhados na água, estando sujeitas a uma contrapressão de jusante, o que permite a utilização integral da energia da instalação. Por isso, a conversão da energia hidráulica em energia mecânica no rotor pode ser dividida em duas: a ação de impulso causada pela mudança de direção da velocidade da entrada para a saída do rotor e a contribuição de reação causada pela queda de pressão por meio do rotor. As turbinas Francis, Kaplan e bulbo pertencem a esse grupo (PEREIRA, 2015) 20

TURBINAS: CLASSIFICAÇÃO Fonte: XC Engineering, 2016) 21 Fonte: QUITELA, 2007

TURBINAS: SELEÇÃO VIA DIAGRAMAS Fonte: PEREIRA, 2015 22

TURBINAS: SELEÇÃO VIA DIAGRAMAS 23 Fonte: PEREIRA, 2015

TURBINAS: SELEÇÃO VIA DIAGRAMAS 24 Fonte: PEREIRA, 2015

TURBINAS: EMPUXO HIDRÁULICO "Idealmente, as forças hidrostáticas atuando no rotor de uma turbina devem ser somente circunferenciais e criar o torque dirigindo o rotor. A turbina Pelton tem conchas simétricas que dividem o jato em duas metades e praticamente não tem força hidráulica axial. Já as turbinas de reação, no entanto, podem ter uma considerável força axial, resultante das pressões atuando nas pás do rotor, na coroa e na cinta do rotor da turbina Francis, bem como nas pás e no cubo do rotor de uma turbina Kaplan. O cálculo dessas forças, embora complicado, é muito importante para o dimensionamento do mancal de escora, sendo usados métodos para reduzir o empuxo hidráulico, tais como tubulações de equilíbrio conectadas ao tubo de sucção ou furos na coroa do rotor das turbinas Francis, conectando a zona de alta pressão, na entrada do rotor, à zona de baixa pressão. A força de empuxo aumenta com o número de velocidade (PEREIRA, 2015). 25

TURBINAS: EMPUXO HIDRÁULICO 26 Fonte: QUITELA, 2007

TURBINAS: ALTURA DE SUCÇÃO E CAVITAÇÃO 27 Fonte: PEREIRA, 2015

TURBINAS PELTON: PRINCIPIO BÁSICO "O jato atinge o rotor tangencialmente ao círculo do passo da concha e é dividido pela aresta central da concha. Cada concha tem uma aresta curva cortante, sua forma é muito importante para evitar a cavitação. A velocidade circunferencial das conchas no passo do diâmetro é próxima de 50% da velocidade do jato. A vazão por meio do bocal é regulada por intermédio de uma agulha cônica. A agulha precisa regular o fluxo lentamente para evitar um aumento elevado da pressão, em função da extensão do conduto forçado. Para prevenir o aumento inaceitável da rotação do rotor em grandes rejeições de carga, um defletor do jato é instalado na saída do bocal. Nesses casos, o defletor se move rapidamente na direção do jato e o desvia do rotor. A turbina Pelton tem uma boa eficiência para um amplo intervalo de vazão. A eficiência de pico está entre 91% e 92% para um bom projeto hidráulico (PEREIRA, 2015) 28

TURBINAS PELTON: PRINCIPIO BÁSICO Fonte: PEREIRA, 2015 29

TURBINAS PELTON DE AÇÃO Fonte: Próprio Autor Fonte: Alterima, 2014 30

TURBINAS PELTON DE AÇÃO 31 Fonte: Próprio Autor

TURBINAS PELTON DE AÇÃO 32 Fonte: Próprio Autor Fonte: Próprio Autor

TURBINAS PELTON DE AÇÃO Fonte: PEREIRA, 2015 33 Fonte: XC Engineering, 2016

TURBINAS PELTON DE AÇÃO VIDEOS 34

TURBINAS FRANCIS "A água da caixa espiral é guiada na direção das pás do rotor pelas pás fixas do pré-distribuidor e pelas palhetas diretrizes do distribuidor, que também controlam a vazão. Um vórtice grande, criado pela caixa espiral e cascatas das pás fixas e palhetas diretrizes, entra no rotor. A velocidade e a energia de pressão no vórtice são absorvidas pelo rotor da turbina, criando o torque e a velocidade na câmara da turbina. Normalmente, toda mudança de carga e rejeições totais de carga são controladas pelos movimentos de abertura e fechamento das palhetas diretrizes do distribuidor. Entretanto, no caso de turbinas com longos condutos forçados, existe um risco inaceitável de aumento da pressão na entrada da turbina, devido ao golpe de aríete provocado pelo fechamento rápido do distribuidor. (PEREIRA, 2015) 35

TURBINAS FRACIS 36 Fonte: PEREIRA, 2015

TURBINAS FRANCIS: SEÇÕES DE ROTOR Fonte: PEREIRA, 2015 (A) alta queda (B) baixa queda 37

TURBINAS FRANCIS Fonte: TRÊS GARGANTAS, 2013 Fonte: ITAIPU, 1979 38

TURBINAS FRANCIS: SEÇÕES DE ROTOR 39 Fonte: SOARES, 2013

TURBINAS FRANCIS MAIS VIDEOS 40

REFERÊNCIAS (Pereira, 2015) http://ebooks.ofitexto.com.br/epubreader/projeto-de-usinas-hidreltricas (Fred, 2009) https://www.youtube.com/watch?v=0-sfesq1iws (XC Engineering, 2016) https://www.youtube.com/watch?v=tddbel1lk9i (Alterima, 2014) http://www.alterima.com.br/index.asp?incdsecao=24 (QUITELA, 2007) "Hidráulica". Fundação Gulbenkian, Lisboa (ITAIPU, 1979) http://projetos.habitissimo.com.br/projeto/projeto-itaipu?gexperiment=quotation- cta-mobile&utm_expid=49180407-0.jdt8ql2uqbmivcuvigkhfq.2&utm_referrer=https%3a%2f%2fwww.google.com.br%2f (TRÊS GARGANTAS, 2013) http://www.caixing.de/china_04/images/voith3.jpg (SOARES, 2013) http://docplayer.com.br/67865-projeto-conceitual-de-uma-turbina-hidraulica-a-serutilizada-na-usina-hidreletrica-externa-de-henry-borden-ricardo-luiz-soares-junior.html 41

DUVIDAS?... MUITO OBRIGADO! Edgar dos Reis edgar_dreis@hotmail.com 42