energia na agricultura - a5

ENERGIA HIDRÁULICA APLICADA À AGRICULTURA

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA

Prof. Dr. Daniel Albiero

FORTALEZA-CE

INTRODUÇÃOA energia hidráulica é aquela proveniente da transferências ou transformações energéticas onde o meio de transformação ou transferência são fluídos líquidos, pressurizados ou não, considerando a componente evaporativa como negligenciável.

Água(notar a viscosidade)

Óleo hidráulico

INTRODUÇÃO

Energia solar + Energia gravitacionalEnergia hidráulica da água

Ciclo hidrológico (Sol)

Véu de Noiva-MT (gravidade)

INTRODUÇÃO

Energia elétricaEnergia mecânicaEnergia hidráulica do óleo

Histórico:A humanidade vem usando a energia dos fluídos a milênios. A primeira roda d´água foi construída em 200 a.C. na Pérsia. Elas eram utilizadas para gerarem potência para moinhos.

Evolução:1600-Kepler desenvolve a bomba de engrenagens;

1640-Pascal enunciou sua lei, o princípio de Pascal (o princípio da prensa hidráulica);

1750-Bernoulli desenvolveu sua lei, a lei da conservação de energia para fluídos fluindo em canos;

1795-Bramah constrói a primeira prensa hidráulica industrial ;

1870-Primeiras máquinas hidráulicas operacionais (guinchos, prensas, máquinas de extrudar, etc);

1890-Primeira hidrelétrica do mundo (Cataratas de Niágara)

1900-Janney substituí a água por óleo mineral;

1906-A Marinha Norte-Americana usa um sistema hidráulico para elevar e controlar canhões em navios;

1936-Vickers desenvolve uma válvula limitadora de pressão pilotada (a primeira válvula de alívio);

1950-Início da automação hidráulica;

INTRODUÇÃO

ENERGIA HIDRÁULICA (ÁGUA)


Turbina Francis


Turbina Pelton


Turbina Kaplan

Queda, Vazão e PotênciaNível deNível de

montantemontante(HWL)(HWL)

Nível deNível dejusante jusante (TWL)(TWL)

Queda brutaQueda brutaHH

Nível da Nível da linha de linha de

centro da centro da turbinaturbina

Submergência Submergência (positiva se LC (positiva se LC acima da TWL)acima da TWL)

VazãoVazãoQQ Potência = Potência =

(H-(H-H)*Q*g*H)*Q*g*ρρ**ηη

Perda dePerda decarga carga

HH

QuedaQuedaLíquidaLíquida

PerdasPerdasElétricasElétricas

PerdasPerdasna saídana saída

PerdasPerdasTurbinaTurbina

Energia disponível – PerdasEnergia disponível – PerdasEnergia disponível Energia disponível Rendimento = Rendimento = Linha de pressãoLinha de pressão

Princípio da Conservação Hidráulica

Ação Reação

Distribuidor

• A energia é convertida em • vórtice (Turbilhão) no distribuidor

Caixa EspiralDistribuidor

Rotor

Pré-Distribuidor

O Rotor tem a função de transformar a energia hidráulica em Potência Mecânica

Máquina de Ação - PeltonO escoamento surge de um oríficio, fazendo com que toda a energia se transforme em velocidade, atingindo o rotor na forma de um jato

Máquinas de Reação - FrancisO escoamento passa entre as pás, criando um campo de pressão.

Máquinas de Reação - Kaplan

Velocidades absolutas no distribuidor

Velocidades relativas no rotor

Sustentação

++

+ + +

--

- - -Arrasto

Forças Resultantes

O Empuxo hidráulico é uma força axial resultante causada pelas forças que a água exerce sobre as pás do Rotor.

O mancal de escora é o componente responsável por absorver essa força e a força exercida pelas demais partes rotativas da máquina.

Engenharia HidráulicaPré-Projeto para Proposta

Este gráfico representa o ponto de melhor rendimento p/ cada

tipo de Rotor de acordo Com a velocidade específica determinada

O gráfico de Curva da Colina é utilizado p/ determinar

o melhor ponto de operação p/ cada Rotor.

Engenharia Hidráulica

Turbina Francis Média Queda Rotor p/ baixa queda e alta velocidade específica

Rotor p/ média-alta queda e baixa velocidade específica

De acordo com as dimensões das pás do Rotor obtem-se diferentes rendimentos

Perfil doRotor

Perfil doRotor

Engenharia Hidráulica


PCH μCH

Rodas d`águaENERGIA HIDRÁULICA (ÁGUA)


Tipos de Rodas d`água


HQPotteórica ..Onde: ρ é a densidade da água;

Q é a vazão;

H é a altura motriz;

Potteórica é a potëncia teórica.

... NbmaPotefetiva Onde: ma é a massa de água nos alcatruzes;

b é a distäncia entre o centro da roda e o centro de gravidade combinado de todos os alcatruzes com água ;

N é a rotação da roda dágua;

Potefetiva é a potëncia efetiva.

teórica

efetiva

PotPot

O rendimento pode chegar a 85%!!

ENERGIA HIDRÁULICA ÓLEOMecânica dos Fluídos

Lei de PascalDado um fluído confinado em um recipiente, se uma pressão for aplicada no fluído, esta é transmitida indistintamente por todo o fluído e com igual magnitude.

Lei de Bernoulli conservação de energia: energia não pode ser destruída ou criada.

Dado um fluído o mesmo respeita a equação de conservação de energia: Et=Ee+Ep+Ec

Onde: Et é a energia total do fluído;

Ee é a energia devido a elevação do fluído;

Ep é a energia devido a pressão do fluído;

Ec é a energia cinética do fluído.

)2.().()..(

2vmPmhgmEt

)..2.()..

2.( 2

22

21

21

1 hgVPhgVP

ENERGIA HIDRÁULICA ÓLEOMecânica dos Fluídos

Equação da continuidade

ENERGIA HIDRÁULICA ÓLEO

Potência hidráulica

Pot=Q.P

Onde: Q é a vazão (m3/s )

P é a pressão (N/m2 )

Pot é a potëncia (W)

Pot=Q.(F/A)Onde: Q é a vazão (m3/s )

F é a força (N)

A é a área (m2)

Pot é a potëncia (W)

Fluídos hidráulicosAs características dos fluídos hidráulicos tem efeitos cruciais nos equipamento hidráulicos, devem ser principalmente limpos, de alta qualidade.

Os fluídos hidráulicos modernos são complexas composições de hidrocarbonetos (naturais ou não), especialmente preparados para aplicações específicas.

A viscosidade é a mais importante característica do fluído hidráulico. É a resistência ao escoamento de um fluído, e depende da temperatura do fluído.


Fluídos hidráulicos


MOTOR

Válvula de alívio

Controle direcional

Válvula de controle de fluxo

Atuador

Sistemas hidráulicos

Tanque

Bomba


Bombas de deslocamento não-positivo: Se o fluxo sofre alguma resistência no sistema, este fluxo é reduzido devido a construção das mesma que ocasiona um vazamento interno.

Bombas de deslocamento positivo:Este tipo de bomba ejeta uma quantidade fixa de fluxo por cada revolução do eixo da bomba, se o fluxo sofre alguma resistência, das duas uma: ou a bomba vence a resistência, ou quebra caso não existam válvulas de alívio.

Bombas hidráulicas


Bombas hidráulicas de deslocamento positivo

Bomba de engrenagem



Bomba de palhetas



Bomba de pistões

Carcaça rígida Carcaça rotativa

Pistões radiais


Motores hidráulicos

Motores hidráulicos são atuadores que convertem energia hidráulica em energia mecânica, e como tais tem a mesma configuração do que as bombas hidráulicas.

Os motores em vez de empurrar o fluído como as bombas, são empurrados, desta forma os motores desenvolvem torque e produzem movimento de rotação contínuo.


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