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5/17/2018 Modelo de PIC - slidepdf.com

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CENTRO UNIVERSITÁRIO DO SUL DE MINAS - UNIS/MG

ENGENHARIA MECÂNICA

3º PERÍODO

AMANDA BARBOSA DAS NEVES

ANATÁLIO ALVES O. SILVA

CLEOMAR MAX V. C. SALES

DANIEL HENRIQUE V. DOS SANTOS

DIEGO B. VALIM

EDER LEME DE SOUZA

EVERALDO ROQUIM

HELDER ANTÔNIO BARBOSA DA SILVA

RONALDO JÚNIOR MIRANDA PESSOA

PIC: Energia Hidráulica

Varginha

2011







DIEGO B. VALIM

EDER LEME DE SOUZA

EVERALDO ROQUIM

FABRÍCIO DUTRA




PIC apresentado ao curso de engenhariamecânica do centro universitário do sul deminas – UNIS/MG como para termino do

período, sobre orientação do Prof. Nelson DelúFilho.

Varginha – MG

2011







DIEGO B. VALIM

EDER LEME DE SOUZA

EVERALDO ROQUIM




PIC apresentado ao curso de engenhariamecânica do centro universitário do sul deminas – UNIS/MG como para término do

período, sobre orientação do Prof Nelson DelúFilho

Aprovado em: / /

Prof. Nelson Delú Filho



RESUMO

Este trabalho aborda o tema de como é usada a energia hidráulica e seu funcionamento. O

príncípio de geração de energia em uma usina hidrelétrica,o importante uso da hidráulica no dia

dia,o uso nas máquinas(elevadores,máquinas de canteiro).Aqui apresentado os diferentes tipos e

aplicação no sistema mecânico para transformar essa tão útil energia em “simples” sistemas de

forte geração mecânica e elétrica.

Palavras-chaves: Energia Hidráulica, Usina Hidrelétrica, Mecânica da energia hidráulica.



ABSTRACT

This paper addresses the issue of how energy is used and hydraulic operation. The principles of power generation in a hydroelectric plant, the major use of hydraulics on the day, use themachines (elevators, machines, construction site). Here the different types and made applicationto the mechanical system to make this as useful energy “simple” systems with strongmechanical and electrical generation.

Keywords: Hydro, Hydroelectric, Hydro Mechanical.



SUMÁRIO

1.0 INTRODUÇÃO ..............................................................................................................07

2.0 ENERGIA HIDRÁULICA............................................................................................08

2.1 A produção de energia elétrica ocorre da seguinte forma.........................................08

2.2 A força das águas............................................................................................................08

2.2.1:Barreira..........................................................................................................................08

2.2.2:Canal.............................................................................................................................082.2.3: Turbina.........................................................................................................................08

2.2.4: Geradores...................................................................................................................08

2.2.5:Transformador...........................................................................................................08

2.2.6: Linhas de energia.......................................................................................................08

2.2.7: Fluxo de saída...............................................................................................................08

3.0 VANTAGEM E DESVANTAGEM................................................................................09

3.1 Vantagem...........................................................................................................................09

3.2 Desvantagem......................................................................................................................09

4.0 CONCEITOS GERAIS..................................................................................................10

4.1 Algumas Usinas Hidrelétricas no Brasil........................................................................10

4.1.1 (Foto)Usina Hidrelétrica de Itaipu..............................................................................10

4.1.2 (Foto)Usina Hidrelétrica de Machadinho,RS ...........................................................10

4.1.3 (Foto)Usina Hidrelétrica de Tucuruí I e II, TO ........................................................10

4.1.4 (Foto)Usina Hidrelétrica de Paulo Afonso IV, BA ..................................................10

4.1.5 (Foto)Usina Hidrelétrica Ilha Solteira, SP ...............................................................10

5.0 MÁQUINAS HIDRÁULICAS………………………………………………………..

5.1 Princípio de Pascal…………………………………………………………………….

5.2 Funcionamento-Elevador Hidráulico para carros……………………………………

5.3 Transmissão de Pressão-Lei de Pascal……………………………………

5.4 Transmissão de Força……………………………………………….



5.5 O simples método da multiplicação…………………………………………………..

5.6 Funcionamento-Máquinas hidráulicas pesadas(escavadeiras)……………………..

5.7 Vantagens e Desvantagens………………………………………………..

6.0 CONCLUSÃO ..............................................................................................................

REFERÊNCIAS ...................................................................................................................13



1. INTRODUÇÃO

A energia hidráulica é uma valiosa fonte de energia, onde a água é a principal fonte a ser usada.O constante fluxo de água na Terra pode ser aproveitado na geração de energia mecânica eelétrica. Os primeiros dispositivos destinados ao aproveitamento da energia hidráulica foramrodas montadas numa estrutura colocada sobre um rio. Pás fixadas em torno da parte externadas rodas mergulhavam no rio, e a água, ao atingir as pás, fazia girarem as rodas. Os antigosromanos ligaram estas rodas d'água a mós e usaram a energia para moer grãos. Uma usinahidrelétrica é, na verdade, um moinho de água gigante.

O princípio da mecânica da energia hidráulica é muito simples, basta que a água esteja fluindode cima para baixo, assim o homem usa os efeitos da gravidade, que puxa a água para baixo, aoaproveitar a água para a produção de energia. A água que sai do reservatório é conduzida commuita pressão através de enormes tubos até a casa de força, onde estão instaladas as turbinas eos geradores que produzem eletricidade. A turbina é formada por uma série de pás ligadas a umeixo, que é ligado ao gerador.



2. ENERGIA HIDRÁULICA

Durante a Revolução Industrial, grandes rodas d'água foram usadas para mover máquinas nasfábricas. Todavia, a energia não era constante. O aumento do volume das águas gerava mais

energia do que o necessário, e as secas deixavam as fábricas sem energia. Por volta do final doséc. XIX, o motor a vapor havia tomado o lugar da energia hidráulica na maioria das fábricas.

A primeira usina movida a água para a geração de eletricidade foi construída nos EUA, em1882. Essa usina hidrelétrica transformou a energia hidráulica numa importante fonte deeletricidade. A construção de uma usina hidroelétrica envolve muitos aspectos principalmenteos da natureza, ela deve ser construída no encontro de vários rios e o relevo influencia bastante,há necessidade de desníveis para a água adquirir mais velocidade. Construída então uma

barragem para que a água seja represada, tendo uma grande altura para a água adquirir maisvelocidade durante a queda, girando as turbinas que por sua vez produzirá eletricidade.

2.1 A produção de energia elétrica ocorre da seguinte forma:



A água que sai do reservatório é conduzida com muita pressão através de enormes tubos até acasa de força, onde estão instaladas as turbinas e os geradores que produzem eletricidade. Aturbina é formada por uma série de pás ligadas a um eixo, que é ligado ao gerador.

A pressão da água sobre essas pás produz um movimento giratório do eixo da turbina. Omovimento do eixo da turbina produz um campo eletromagnético dentro do gerador,

produzindo a eletricidade.

De acordo com a figura 01 abaixo:

Figura 01: Gerador de energia elétrica em uma usina hidrelétrica

2.2 A força das águas

No Brasil, devido a sua enorme quantidade de rios, a maior parte da energia elétrica disponívelé proveniente de grandes usinas hidrelétricas. A energia primária de uma hidrelétrica é a energia

potencial gravitacional da água contida numa represa elevada. Antes de se tornar energiaelétrica, a energia primária deve ser convertida em energia cinética de rotação. O dispositivoque realiza essa transformação é a turbina. Ela consiste basicamente em uma roda dotada de

pás, que é posta em rápida rotação ao receber a massa de água. O último elemento dessa cadeiade transformações é o gerador , que converte o movimento rotatório da turbina em energiaelétrica.

Olhando um rio passar, é difícil imaginar a quantidade de energia que ele contém. As usinashidrelétricas utilizam essa energia da água, convertendo-a em eletricidade através de umamecânica elementar. Na verdade, as usinas hidrelétricas são baseadas em um conceito simples:

a água correndo por uma barreira gira algumas turbinas, que giram o gerador.

http://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Brasil


http://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Rios

http://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Energia_el%C3%A9trica

http://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Usinas_hidrel%C3%A9tricas


http://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Energia_cin%C3%A9tica


http://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Gerador

http://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Rios

http://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Energia_el%C3%A9trica



http://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Gerador




De acordo com a figura 02 abaixo:

Figura 02: Usina Hidrelétrica Convencional

2.2.1:Barreira - A maioria das usinas hidrelétricas utiliza uma barreira que segura a água ecria um grande reservatório. Este reservatório, muitas vezes, é usado como um lagorecreativo.2.2.2:Canal - Os portões da barreira se abrem e a gravidade puxa a água atravésdo duto que vai para a turbina. A água gera pressão ao passar pelo duto.

2.2.3: Turbina - A água atinge as grandes lâminas da turbina, fazendo-as girar. A turbina éacoplada a um gerador localizado acima dela. O tipo mais comum de turbinas para as usinashidrelétricas é a Francis, que se parece com um grande disco com lâminas curvas. Uma

turbina pesa cerca de 172 toneladas e gira numa taxa de 90 rotações por minuto (rpm).

2.2.4: Geradores - As lâminas da turbina giram e movimentam uma série de ímãs dentro dogerador. Ímãs gigantes rodam por molas de cobre e produzem corrente alternada (AC) aomover os elétrons.

2.2.5:Transformador - O transformador dentro da casa de força pega a corrente alternada ea transforma em uma corrente de alta-voltagem.

2.2.6: Linhas de energia - Quatro fios saem de cada usina de energia: as três fases deenergia, que são produzidas simultaneamente, mais um fio neutro ou terra comum para os

três.

2.2.7: Fluxo de saída - A água usada passa por algumas tubulações e volta para o rio.

http://ciencia.hsw.uol.com.br/questao232.htm

http://ciencia.hsw.uol.com.br/questao232.htm



O potencial hidráulico é proporcionado pela vazão hidráulica e pela concentração dos desníveisexistentes ao longo do curso de um rio. Isto pode se dar de uma forma natural, quando o

desnível está concentrado numa cachoeira; através de uma barragem, quando pequenosdesníveis são concentrados na altura da barragem ou através de desvio do rio de seu leitonatural, concentrando-se os pequenos desníveis nesses desvios.

A potência hidráulica máxima que pode ser obtida através de um desnível pode ser calculada pelo produto:

P = ρQHg

- Potência(P): Watt(W)

- Queda(H): m

- Densidade(ρ): kg / m3

- Vazão volumétrica(Q): m3 / s

- Aceleração da gravidade(g):m / s2

Em unidades do sistema internacional de unidades (SI)

É necessário que haja um fluxo de água para que a energia seja gerada de forma contínua notempo, por isto embora se possa usar qualquer reservatório de água. A potência de energia deuma hidrelétrica é fornecida pela unidade de tempo, que é a medida em watt ( W ). Como as

potências das usinas hidrelétricas são muito grandes, elas são expressas em milhares de watts,que é quilowatt( KW), que equivale a 1.000 W.

3 VANTAGEM E DESVANTAGEM

3.1 Vantagem:

- A energia é produzida a partir de uma fonte contínua, neste caso, o movimento da água;

- Não polui o meio ambiente;

- É de baixo custo de produção,se comparar ao ganho futuro.

3.2 Desvantagem:

- A construção de centrais hidroelétricas geralmente exige a formação de grandes reservatóriosde água, o que provoca profundas alterações nos ecossistemas;

http://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Pot%C3%AAncia


http://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Watt

http://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Sistema_internacional_de_unidades



http://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Watt




-Dependendo do tipo de relevo e da região onde se encontra o empreendimento, ashidroelétricas podem também ocasionar o alargamento de terras e o descolamento de

populações ribeirinhas.

4 CONCEITO S GERAIS

Ao contrário das demais fontes renováveis, representa uma parcela significativa da matrizenergética mundial e possui tecnologias de aproveitamento devidamente consolidadas.Atualmente, é a principal fonte geradora de energia elétrica para diversos países e responde por cerca de 17% de toda a eletricidade gerada no mundo.

Na figura 03 abaixo:

Figura 02: Gráfico da energia gerada no mundo.

No Brasil, água e energia têm uma histórica interdependência. A contribuição da energiahidráulica ao desenvolvimento econômico do País tem sido expressiva, seja no atendimento dasdiversas demandas da economia – atividades industriais, agrícolas, comerciais e de serviços – ou da própria sociedade, seja na melhoria do conforto das habitações e da qualidade de vida das

pessoas. Também desempenha papel importante na integração e no desenvolvimento de regiõesdistantes dos grandes centros urbanos e industriais.

A contribuição da energia hidráulica na matriz energética nacional, segundo o BalançoEnergético Nacional (2003), é da ordem de 14%, participando com quase 83% de toda a energiaelétrica gerada no País. Apesar da tendência de aumento de outras fontes, devido a restriçõessocioeconômicas e ambientais de projetos hidrelétricos e aos avanços tecnológicos noaproveitamento de fontes não-convencionais, tudo indica que a energia hidráulica continuarásendo, por muitos anos, a principal fonte geradora de energia elétrica do Brasil. Embora osmaiores potenciais remanescentes estejam localizados em regiões com fortes restriçõesambientais e distantes dos principais centros consumidores, estima-se que, nos próximos anos,

pelo menos 50% da necessidade de expansão da capacidade de geração seja de origem hídrica.

4.1 Algumas Usinas Hidrelétricas no Brasil:



A Usina Hidroelétrica de Itaipu , construída em sociedade pelo Brasil e pelo Paraguai, onde estalocalizada na Bacia do Rio Paraná e é a maior hidroelétrica do mundo, e supre 20% danecessidade de energia do Brasil.

Figura 04 abaixo:

Figura 04: Usina Hidrelétrica de Itaipu.

Figura 05:

Figura 05: Usina Hidrelétrica de Machadinho, RS.

Figura 06:



Figura 06: Usina Hidrelétrica de Tucuruí I e II, TO.

Figura 07:

Figura 07: Usina Hidrelétrica de Paulo Afonso IV, BA.

Figura 08:

Figura 07: Usina Hidrelétrica de Furnas, MG.



Figura 08:

Figura 08: Usina Hidrelétrica Ilha Solteira, SP.

5.0 MÁQUINAS HIDRÁULICAS

Há muito essa tecnologia foi “fundida”,e a muito ela se renova,confortando ou cansandomenos o corpo humano,as máquinas hidráulicas distribuídas e usadas por todos os lados nonosso cotidiano,são ela…

5.1 Princípio de Pascal

São ela,as importantes máquinas hidráulicas capazes de multiplicar forças que estão presentes em

nosso cotidiano.Nos postos de gasolina(elevador automotivo),elevador de prédio,máquinas de

canteiro(escavadeiras), por exemplo. Apesar das diferentes aplicações, todas as máquinas hidráulicas

têm em comum a possibilidade de serem explicadas a partir do princípio de Pascal.

O princípio de Pascal foi enunciado pelo famoso físico e matemático Blaise Pascal, o qual, por meio de

experimentos com líquidos, constatou que o aumento de pressão em um ponto do líquido é igual ao

aumento provocado em outro ponto.Uma simples explicação de seu pricípio:se acrescentar pressão a

um ponto obtendo líquido em equilíbrio,essa mesma transmite-se a todos os pontos deste líquido.Com

esse princípio logo se nota o funcionamento da máquinas hidráulicas.



Pressão:

p= *g*h(pressão=densidade*gravidade*altura)ρ

P - Pressão [Pa]

- Densidade do líquido [kg/m³]ρ

g - Aceleração da gravidade [m/s²]

h - Nível da coluna do líquido [m]

A pressão exercida em um ponto qualquer de um líquido estático é a

mesma em todas as direções e exerce forças iguais em áreas iguais.

5.2 Funcionamento-Elevador Hidráulico para carros

Os elevadores hidráulicos encontrados nos postos de combustíveis funcionam da seguinte forma:

formados por dois recipientes contendo óleo, de área de secção reta diferente, de formato cilíndrico e

comunicantes entre si. Aplica-se uma força de intensidade F sobre o pistão de menor área

provocaremos um acréscimo de pressão no líquido, de forma que esse acréscimo vai se distribuir por

todos os pontos do fluido até chegar ao pistão de maior área. Ao alcançar este, surgirá uma força de

baixo para cima fazendo com que o objeto que está do outro lado seja suspenso. Esse princípio de

funcionamento se aplica aos freios hidráulicos dos automóveis e a presa hidráulica, por exemplo.

5.3 Transmissão de Pressão - Lei de Pascal

5.4 Transmissão de Força-Lei de Pascal



Força:

5.5 O simples método da multiplicação

Multiplicação de força por área



Temos na imagem um exemplo de multiplicação de força,primeiramente nota-se adiferença de tamanho dos pistões,o pistão a A tem 10cm² de área,e o pistão a Btem 100cm² de área.Logo se nota que o pistão B é 10 vezes maior que o pistãoA,então conclui-se que:se aplicado uma tal força no pistão A,o pistão B irá exercer

em 10 vezes mais.

Chegando no resultado da área:

Pistão A

A = π * r²

10 = 3,141592654 * r²

10/3,141592654 = r²

3,183098862 = r²

r = raiz 3,183098862r = 1,784124116

Logo,fazendo o mesmo com o pistão B,o resultado será r =5,641895836,colocando na formula da área(A = π * r²) é igual ao resultado dosvalores do pistão acima.Concluindo que se,os valores dado no diâmetro=2*r,logona fórmula aplicada se encontra a Área do pistão.

5.6 Funcionamento-Máquinas hidráulicas pesadas(escavadeiras)

Máquina de porte médio

Esta máquina pesa mais de 28 toneladas, mas ela pode ser bastante rápida emsuas ações.Seu pá pesa aproximadamente de 1 a 1,5 toneladas, e mover-se semnenhuma dificuldade.Esta escavadeira específica usa um motor a diesel de 8.3litros capaz de gerar 340 HP.

Convertendo para uma medida mais conhecida no cotidiano,o Watts:

1 hp = 745,7 watts

340hp = xLogo:

x = 253538 watts

http://www.hsw.com.br/diesel.htm


http://www.hsw.com.br/cavalo-de-forca.htm



http://www.hsw.com.br/cavalo-de-forca.htm



Incrível,não?

O motor é conectado a um par de bombas que podem gerar 530 litros por minuto a4.500 psi( libra força por polegada quadrada). O pistão hidráulico mede 13,75 cmde diâmetro com hastes de 10 cm de diâmetro. Além disso, há um motor hidráulicopara cada esteira e outro que pode movimentar a cabine e o braço a 11 rpm.Vocêpode ver na figura que o braço tem um par de pistões trabalhando em conjunto:um no "ombro", um no "cotovelo" e finalmente outro para movimentar a pá. Estespistões, juntamente com os das duas esteiras e o motor giratório, são controladospor dois controles de alavanca e quatro pedais na cabine

Estes controles enviam sinais elétricos para um bloco de válvulas acionadaseletricamente, localizado ao lado da bomba:



Do bloco de válvula, linhas hidráulicas de alta pressão chegam aos cilindros

Esteiras:

As esteiras são interessantes. Se você observar as esteiras em qualquer máquinapesada, descobrirá que há um motor hidráulico em uma ponta, uma roda

dentada livre na outra, e finalmente um conjunto de cilindros para a esteira semover, como mostrado aqui:

5.7 Vantagens e Desvantagens

Vantagens



- A hidraulica tem a grande vantagem de aguentar muito mais pressão e com isso vc ganha emforça.Força = Pressão x área do cilindro, quanto maior pressão, maior será a força, podendolevantar grande peso, ou aplicar grande foça com o minimo esforço e utilizando mangueirasfinas.

- Pelo fato do óleo ser um fluido incompressível, o sistema hidráulico permite precisão deoperação.

Desvantagens

- Requer uma fonte de energia cara.- Requer cara e extensiva manutenção.- As válvulas devem ser precisas e são caras.- Está sujeito a vazamentos de óleo do sistema.

CONCLUSÃO

A utilização da energia é importante: na iluminação das casas, das cidades, nos serviçosdomésticos, nas indústrias e em quase todas as atividades do dia a dia do ser humano. Autilização de várias formas de energia,trazem benefícios à Humanidade facilitando o trabalhohumano,as cargas excessivas(trabalhos pesados),a facilidade de alcançar alturas(elevador),ageração de peças(processo de extrusão),entre muitos trabalhos executados através da enegiahidráulica.Logo,também causam algumas alterações ambientais,entre elas:alterações

provocadas pela construção de uma usina de grande porte estão os impactos geomórficos(erosão, assoreamento), climatológicos, hídricos, geopolíticos; os efeitos no ambiente biológico

como as modificações nas macro e microfloras terrestre e aquática, na fauna terrestre eictiológica fluvial e na ecologia do sistemabiótico; e possíveis efeitos sócio-econômicos-culturais.



REFERÊMCIAS

Portal São Francisco

Ciencia.hsw.uol.com.br

Pt.wikipedia.org

Gerhard P. Schreiber, Usinas Hidrelétricas.Diretor da Engevix (1977).

Yahoo.com.br/forum

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