nbr 12591 - dimensões principais de turbinas hidráulicas para pch

5/13/2018 NBR 12591 - Dimens es principais de turbinas hidr ulicas para PCH

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CoPYright I i i 1990.ABNT-Aasociai;lloo Brasileirade Normas TecnicasPrinted in BrazillImpresso no BrasilTodos os direitos reservados

I NBR 12591ABR.l1992Dlmensoes principais de turbinashldraullcas para pequenas centra ishidreletricas (PCH)

ProcedimentoOrigem: Projeto 04:007.02-024/91CB-04 - Comite Brasileiro de MecanioaCE-04:007.02 - Comissao de Estudo de Turbinas HidraulicasNBR 12591 - Main dimension of hydraulic turbines for small hydroelectric powerstation - ProcedureDescriptor: Hydraulic turbinePalavra-chave: Turbina hidraulica 27. paginas

SUMARIO10bjetivo2 Documentos complementares3 Defini



2 \.NBR 12591/1~92

4.2.2 Com caixa espiral e eixo horizontal, ver Figura 1-{b) doAnexo.4.2.3 Com caixa aberta e eixo vertical, ver Figura 1-{c) doAnexo.4.2.4 Com caixa aberta e eixo horizontal, ver Figura 1-{d) doAnexo.4.3 Turbina Francis dupla4.3.1 Com caixa espiral e eixo nonzontat.ver Figura 2 . d oAnexo.4.4 Turbina Francis gamea4.4.1 Com caixa aberta e eixo horizontal: ver Figura 3-{a) d oAnexo.4.4.2 Com caixa espira! e eixo horizontal, ver Figura 3-{b) doAnexo.4.5 Turbina Kaplan/heJjce4.5.1 Com caixa aberta a eixo vertical, ver Figura 4-{a) doAnexo.4.5.2 Com caixa aberta e eixo horizontal, ver Figura 4-{b) doAnexo.4.5.3 Com caixa aspiral e eixo vertical, ver Figura 4-(c) doAnexo.4.5.4Com caixa espiral e eixo horizontal, ver Figura 4-(d) doAnexo.4.5.5 cern catxa semi-espiral e eixo vertical, ver Figura4-(e} do Anexo.4.6 Turbina tubular4.6.1 Tipo S, ver Figura 5-(a) do Anexo.4.6.2 Com eixo inc linado, ver Figura 5-(b) do Anexo.4.6.3 Bulbo, ver Figura 5-(c) do Anexo.4.6.4 Tipo poco, ver Figura 5-(d} do Anexo.4.7 Turbina Pelton4.7.1 Com eixo horizontal, ver Figura 6-(a) do Anexo.4.7.2 Com eixo vertical, ver Figura 6-(b) do Anexo.4.8 Turbina de fluxo transversal (Michel l-Banki)Ver Figura 7 do Anexo.5 Condic;6es especificas5.1 Dimensoes principais5.1.1 Introduqao5.1.1.1 A velocidade de rotacao (n) e estimada a partir dos

valores da altura de queda nominal (H,) e da vazao garan-tida (0,), conforme a NBR 10280.5.1.1.20 diametro de referencia das turbinas e estimadoem fun~ao dos valores de altura de queda nominal (H,), davazao garantida (0,) e velocidade de rotacao (n) confor-me as expressces contidas em 5.1.2 a 5.1.6. Toda sim-bologia usada nesta Norma esta de acordo com aNBR 10684.5.1.1.3 As Figuras 8 a 26 do Anexo indicam as relacoesdas dimensoes principais das turbinas htcrauncas deacao e reacao usualmente util izadas em PCH, em fun~aodo seu dii3metro de referencia.5.1.1.4 0 valor da velocidade de rotacao indicado pelaNBR 10280 e apenas orientativo. 0 aumento desta vetoer-dade de rotacao pode conduzir a uma recucao das dimen-sees principais da turbina,bem como de sua altura geo-metrica de suc~ao (hs)' enquanto que a sua reduyao podeproduzir efeito contrarlo.5.1.2 Turblna Francis5.1.2.1Oeterminaqio do dllmetro maximo desalda da arestado rotor (02a)5.1.2.1.1 As dimensees principais deste tipo de turbinapodem ser determinadas em fun~ao do diametro maximode saida da aresta do rotor (02a) fornecido pela expres-sao:

HO.502a = (24.8 + 0,685 . nqr). _,_n05nq,=n._r_H 0.75r

Onde:02a = diAmetro maximo de saida da aresta do ro-

tor (m)0, = vazao garantida ou nominal (m3/s)H, = altura de queda nominal (m)n = rota~ao da turbina (rps)n = rota~ao especlfica nas condi~ees nominaisqr

5.1.2.1.2As dimensees principais dos arranjos usuais des-te tipo de turbina sao fornecidas nas figuras relacionadasa seguir:

Tipo

11

FiguraCaixa espiral e eixo vertical 8 e 8-(a)

Caixa espiral e eixo horizontal 9Caixa aberta e eixo vertical 10Caixa aberta e eixo horizontal



t - ",

. . NBF.112591/1992 35.1.2.2 Oetermina9ao da altura geometriea de sue9ao (hJo valor da altura geometrica de succao (hs) pode ser de-terminado preliminarmente, por meio da expressao'";

hs = 10,0 - 0,002 . Z~!~ - (0,0245 . eO.025 . n O ') . H,Onde:

Zwmin. = elevacao do nivel d'aqua minimo de jusante,em relacao ao nivel do mar (m)

Nota: Em qualquer caso, deve ser satisfeita a condiQao de queasa/dado tube de succao esteja sempreafogada, umavezque as f6rmulas referenciadas anteriormente consideram,apenas, 0 fenOmenode cavitacao para fim de determina-Qaoda cota maxima de implantaQaodo rotor.

5.1.3 Turbina Francis dupla/turbina Francis gamea5.1.3.1 Oetermina9ao do diAmetro de safda do rotor (03)5.1.3.1.1 As dlrnensdes destes tipos de turbina podem serdeterminadas em funr;:ao do diametro maximo de saida daaresta do rotor (02a) fornecido pela expressao'":

H 0.5D2a = (24,8 + 0,658 . nqr) . _r_n

Onde:02a = diametro maximo de safda da aresta do re-

tor (m)Qr = vazao garantida ou nominal (m)Hr = altura de queda nominal (m)n = rotacao da turbina (rps)nqr = rotacao especifica nas condicdes nominais

5.1.3.1.2 As dlrnensdes principais dos arranjos maisusuais deste tipo de turbina sao fomecidas nas figurasrelacionadas a seguir:

Tipo FiguraFrancis dupla com caixa espiral e eixo horizontal 12Francis gamea com caixa aberta e eixo horizontal 13Francis gamea com caixa espiral e eixo horizontal 145.1.3.2 Oetermina9ao da altura geometrica de suc9ao (hJo valor da altura geometrica de succao (hs) pode serdeterminado preliminarmente, par meio da expressao(2):

hs = 10,0 - 0,002 . ~ '':n . - (0,0245 . eO 025. n O ') . Hr

Nota: Emqualquer caso, deve ser satisfeita a condiQao de queasafda do tubo de succac esteja sempre afogada, uma vezque as f6rmulas refereneiadas anteriormente consideram,apanas, 0 fenOmenode cavitaQao para tim de determina-9aOda eota maxima de implantaQao do rotor.

5.1.4 Turbina Kaplanlturblna-hellee/turblna tubular5.1.4.1 Oetermina93o do diAmetro da cAmara do rotor (01)5.1.4.1.1 As dimensoes principais destes tipos de turbinapodem ser determinadas em funr;:ao do diametro da carna-ra do rotor (01) fornecido pelas expressoes(2):

a) para turbina Kaplan/hellce:H 0.501 = (76,3 + 0,359 . nqr). _r_n

b) para turbina tubular:H 0.5

01 = (84,6 + 0,322 . nqr). _r_nOnde:01 = diametro da camera do rotor (m)Or = vazao garantida (m3/s)n = rotacao da turbina (rps)Hr = altura de queda nominal (m)nqr= rotar;:ao especif ica nas conotcoes nominais

5.1.4.1.2 As dlmensoes principais dos arranjos maisusuais deste tipo de turbina sao fornecidas nas figurasrelacionadas a seguir:

Tubular com eixo inclinado

23

Tipo F~uraKaplanlhelice com caixa aberta e eixo vertical 15Kaplanlhelice com caixa aberta e eixo horizontal 16Kaplanlhelice oom caixa espiral e eixo vertioal 17Kaplanlhelioe com caixa espiral e eixo horizontal 18Kaplan/halice com caixa semi-espiral e eixo vertical 19Tubular t ipo S 20

21Tubular tipo bulbo 22Tubular tipo poco

(1l As expressOespara calculo do diametro maximo de safda da arastado rotor (028) e da altura geometriea de sucyao (h,)foram basea-das nos artigos publicados por A. Lugaresi e A. Massa na publieaQ80Water Power & Dam ConstTUction, Nov. 1987.

;2)A expressao para calculo do diametro da camara do rotor (01) foi baseada nos artigos publicaqos por A. Lugaresi.e A. Massa napublieac;aoWater Power & Dam Construction. May 1988.



4 "NBR 12591/1992

5.1.4.2 Oetermlnal;8o da altura geometrica de SUCl;80 (h,)o valor da altura geometrica de succao (hJ pode ser de-terminado, preliminarmente, pelas expressoes-":

a) para turbina Kaptan/hellca:h =100-0002.Z0,92_16x10-4 n '.625 Hs I I wmln.' . qr . (

b) para turbina tubular:hs = 10,0 - 0,002. Z~!~. _ 4,0 X 10-4. nq,'5. H,

Nota: Em qualquer caso, deve ser satisfeita a condic;:ao de quea sarca do tube de euccao esteja sempre afogada, uma vezque as f6rmulas referencladas anteriormente consideram,apenas, 0 fen6meno de cavitacac para fim de determina-c;:aoda cota maxima de implantac;:ao do rotor.

5.1.5 Turbina Pelton5.1.5.1 Oeterminal;ao do diilmetro nominal do rotor (01)5.1.5.1.1 As dimensces principais deste tipo de turbina po-dem ser determinadas em func;:aodo dhimetro nominal dorotor {dhlmetro tangenciado pela linha de centro do jato}(01),fomecido pela expressao'":

H 0,501 :: {46,1 - 0,990 _nqr}. _,_n(O/i)0.5nQr=n. H,O.75

Onde:01 = diametro nominal do rotor (m)H. = altura de queda ou nominal (m)n= rotac;:ao da turbina (rps)nq, = rotacao especifica nas condic;:oes nominaisj = numero de jatos

5.1.5.1.2 As dimensoes principais dos arranjos maisusuals deste tipo de turbina sao fornecidas nas figurasrelacionadas a seguir:

Tipo FiguraPelton com eixo horizontal 24Pelton com eixo vertical 25

5.1.6 Turbina de fluxo transversal (Michell-Banki)5.1.6.1 Oeterminal;ao do dlilmetro externo do rotor (Oa)As dimensoes principais deste tipo de turbina podem serdeterminadas utilizando-se 0 diarnetro externo do rotor(Da) fornecido pel a expressao(4):

H 0.5Da = (38 a 41) _r_nOnde:

Oa = dlarnetro externo do rotor (m)H, = altura de queda ou nominal (m)n = rotacao da turbina (rps)

5.1.6.2 Oeterminal;io da largura do injetorA largura do injetor pode ser determinada pela seguinteexpressao:

Bi=Ki. 0,Da. HrO.5Onde:Bi = largura do injetor (m)O r = vazao garantida ou nominal (m3/s)Oa = diametro externo do rotor (m)H, = altura de queda nominal (m)Ki = coeficiente adotado em func;:ao do cingulo deadmissao do injetor ( ' 1 ' )

1jI- - 60% 90% 120%Ki 1,51 a 2,07 1,01 a 1,38 0,72 a 1,03

5.1.6.3 Oeterminal;io da largura do rotor BPara as turbinas com uma s6 pa diretriz, isto e, injetorintegral:

B = (1 a 1,1) BiPara as turbinas com duas pas diretrizes, isto e,injetorbipartido:

B = (1,2 a 1,4) BiNota: As dimensc5es principais deste arranjo de turbina sao for-

necidas na Figura 26.

IANEXO( 3) A expressao para caJculo da altura geometrica de succao (hJ foi baseada nos artigos publicados por A. Lugaresi e A. Massa napublicac;:ao Water Power & Dam Construct ion, May 1988.

(4) A expressao para calcutc do di4metro nominal do rotor (D1) foi baseada nos artiqoe publicado5 por F. de Siervo e A. Lugaresi napueucacao Water Power & Dam Construction, Dez. 1978.



1)- - . ' NSP{ 12591/1992 5.- ",ANEXO-Figuras

Figura 1-(a) - Com caixaespiral eeixo vertical Figura 1-(b) - Com caixa espirale eixo horizontal

Figura 1-(C) - Com caixa aberta e eixo vertical Figura 1-(d) - Comcaixa aberta e eixo horizontalFigura 1 - Arranjos caracteristicos de turbina Francis para PCH

Figura2 - Arranjo caracteristico de turbina Francis dupla para PCHcomcaixa espiral e eixo horizontal



6 NBR 12591/1992 .:

Figura 3-(a) - Com caixa aberta e eixo horizontal Figura 3-(b) - Comcaixa espiral e eixo horizontalFigura 3 - Arranjos caracteristicos de turbina Francis gemea para PCH

Figura 4-(a) - Com caixa aberta e eixo vertical Figura 4-{b) - Com caixa aberta e eixo horizontal

Figura 4-{c) - Com caixa espiral e eixo vertical Figura 4-{d) Com caixa espiral e eixo horizontal

Figura 4-(e) - Com caixa semi-espiral e eixo verticalFigura 4 - Arranjos caracterfsticoa de turbinas Kaplan/helice para PCH



NBR 12591/1-992 7

Figura 5-(a) - Tipo S Figura 5-(b) - Com eixo inelinado

Figura S-{e) - Bulbo Figura 5-(d} - Tipo poc;oFigura S - Arranjos earacteristicos de turbina tubular para PCH

r

Figura 6-(a) - Com eixo horizontal Figura 6-{b) - Com eixo verticalFigura 6 - Arranjos caracteristicos de turbina Pelton para PCH

Figura 7 - Arranjo caraeteristieo de turbina de fluxo transversal (Michell-Banki) para PCH



--- .8 NBR 12591 /1992

r+.._j_.r-. " ,..-L- ...,

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w

II

D2a Dd 0De t4 K T4 P Id ad Ssp RII Hs Ss L M w1,0 1,2 1,5 1,28 3,6 3,34 0,6 2,25 1,8 3,63 1,86 0,97 3,05 3,5 , .45 1,4

Figura 8 - Turbina Francis com caixa espiral e eixo vertical



,D NBR 12591/1992 9

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D2a Dd 0De t4 K N P Id ad Ssp RII W Ss 0Ds M1,0 1,2 1,5 1,28 3.6 6,0 1,26 2,25 1.8 3.63 1,86 1,4 3,05 1.94 2.36

Figura 8-(a) - Turbina Francis com caixa espiral e eixo vertical



10 NBR 12591/199i .;

14

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02a A B C Ota 04 G H I J K L M N 0 P, - 3,8 - 1,5 , ,05 - - 1,7 - 2.7 - 1.6 1 3 -Figura 11 - Turbina Francis com caixa aberta e eixo horizontal



. NBR 12591/1992 13I " 4

1 1 1 1 : 1 _I.i 1 1 : 1

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02a O A B C 00 E F G H I J K L M N P Q R OS1, 0 4,78 4,15 3,46 2.46 3.46 8,37 2.13 1,2 16.0 2,36 1 .26 4.66 1.07 5 .0 . 4. 7 2.6 2.2

Figura 13 - Turbina Francis gemea com caixa aberta e eixo horizontal



NBR 12591/1992 15

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01 Hs Bs C O ta F G T4 I J K L1,0 1,15 2,5 0,6 1,3 1,75' - - 1,25 2,5 2,5 4,5

Figura 15 - Turbina Kaplanlhelice com caixa aberta e eixo vertical



. NBR 12591/1992 17

01 Ota A B C L Bd Bs1,00 1,50 2,80 5,85 0,60 5.40 3,80 2,00

Figura 16 - Turbina Kaplan/helice com caixa aberta e eixo horizontal



18 NBR 12591,'1992 J . , ; 1 0

Id L

D 1 D s p D d I d L E F H s B s ad1,00 1,15 1,28 1,50 5,50 0,59 0,32 1,13 2.80 1.28

Figura 17 Turbina Kaplanlhelice com caixa espiral e eixo vertical

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' . NBF.112591/1992 19o

IdCorte AS

01 0A 08 C 0 L Osp Od Id ad1.00 1.31 1.94 1.22 3,44 5.06 1.25 1.40 1.50 1.45

Figura 18 Turbina Kaplan/helice com caixa espiral e eixo horizontal



20 NBR 12591'19.92 .1

01 Hd Bd C L E F Hs Bs I1,00 1,95 2,8 3,0 5,5 0.59 0,32 1.13 2,8 0,45

Figura 19 - Turbina Kaptan/hetlce com caixa semi-espiral e eixo vertical



NBF. l12591/1992 21

01 Ota A B C L Bd Bs1,0 1,56 2.88 6,62 1.10 5,40 2.0 2.0

Figura 20 - Turbina tubular tipo S



22 . . .

01 Bd/Dd HdiDd C 0 T Hs Bs Dtl1.00 2 . 4 2.0 1.5 2.5 4 . 9 1.6 2.2 , .00

Figura 21 - Turbina tubular com eixo inclinado



. NB~ 12591/1992 23. , .-.

0 1 A B C 0 E F G1 , 0 3 , 5 5 , 0 4.4 1 , 3 2 , 2 2 , 1 2 . 3

Figura 22 - Turbina tubular tipo bulbo



24 \iSR '2591 1992 . '; '1

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IIIIIII_ ......._ ....Ir--.J --~ = =II1 .. _

- - - - - - - - -r----III. . . . . . . . . . . . . . ,..---- . . . . . . . . . . . . .------



" . . . -. . '-,' . . .. . . . -.. NBA 12591/1992 25

u. C 'l ...J ~. . . . . . . .W



26.~.

r " j i = < q , j?::;Q1!1r1Q2":-..._; , _ oJ '- . '.::..... .. ...

01 G H J K L M N1,0 4,2 5,5 2,6 1,9 4,1 4,3 2 . 4

Figura 25 Turbina Pelton com eixo vertical



'" .~,..f. - _, _ ._ ' . - - . . . . . . ~ ;- '1 "_

NBR 12591/1992 27

c E G

Oa C E F G H M1,0 1,3 0.83 1,22 1,49 0,90 1,84

Figura 26 - Turbina de fluxo transversal (Michell-Banki)



.

nbr 12591 - dimensões principais de turbinas hidráulicas para pch

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