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Palavras-chave: Chaminé. PCH 5 páginas

Dimensionamento hidráulico dechaminés de e quilíbrio para pequenascentrais hidrelétricas (PCH)

NBR 12596ABR./1992

1 Objetivo

Esta Norma fixa os requisitos técnicos mínimos aplicá-veis ao dimensionamento hidráulico preliminar de chami-nés de equilíbrio, de seção transversal constante, utiliza-das em sistema adutor de PCH, classificadas conformeNBR 9969.

2 Documento com plementar

Na aplicação desta Norma é necessário consultar:

NBR 9969 - Turbinas hidráulicas para pequenascentrais hidrelétricas (PCH) - Classificação

3 Defini ção

Para os efeitos desta Norma é adotada a definição de 3.1.

3.1 Chaminé de e quilíbrio

Estrutura hidráulica, de concreto ou aço, geralmente im-plantada entre o trecho de adução de pequena declivida-de (menor pressão) e o trecho de adução de grande de-clividade (maior pressão), com a finalidade de amortecertransientes hidráulicos produzidos por manobras rápidasdo dispositivo de controle de vazão da turbina (ver Figu-ra 1).

4 Condi ções es pecíficas

4.1 Parâmetros básicos de sele ção

A instalação de uma chaminé de equilíbrio é necessáriaquando ocorre uma das seguintes condições:

a) > 5;

b) th = > 3 s;

c) L = Lc + L1.

Notas: a) Em alguns casos, admite-se estender o limite até 6 s,desde que não afete a estabilidade do grupo.

b) No caso de condutos com variação de diâmetro, deve-se considerar o somatório v . L.

Onde:

L = comprimento de conduto forçado (m)

Lc = comprimento desde a tomada d'água até a entrada da chaminé de equilíbrio (m)

L1 = comprimento desde a saída da chaminé de equilíbrio até a entrada da caixa espiral (m)

Hg = queda bruta (m)

th = tempo de aceleração da massa d'água em escoamento (m/s)

v = ve locidade da m assa d 'água em escoam ento (m /s)

g = aceleração da gravidade (m/s2)

Hg

L

v . L

gHg

Origem: Projeto 04:007.04-006/91CB-04 - Comitê Brasileiro de MecânicaCE-04:007.04 - Comissão de Estudo de Condutos ForçadosNBR 12596 - Surge tanks for small hydroelectric power plants preliminary design -ProcedureDescriptors: Surge tank. Small hydrelectric power plantEsta Norma foi baseada no Manual de PCH elaborado pela ELETROBRÁS

Procedimento

2 NBR 12596/1992

Figura 1 - Chaminé de e quilíbrio

NBR 12596/1992 3

Tabela 1 - Coeficientes de perda de car ga nas grades

kg Tipos de barras b/e1 ¯ 5

2,42

1,83

1,79

4.2 Dimensionamento hidráulico

4.2.1 Perda de car ga total no sistema adutor até a chaminé deequilíbrio (h

W)

A perda de carga (ht) é determinada pela expressão:

ht = hi + hg + he + ha + hf (m)

Onde:

hi = perda de carga ao longo do trecho de aproxima- ção (m)

hg = perda de carga na grade do sistema de adu- ção (m)

he = perda de carga na entrada da tomada d'água (m)

ha = perda de carga no conduto adutor (m)

hf = perda de carga no conjunto das singularidades porventura existentes entre a tomada d'água e a chaminé de equilíbrio (m)

4.2.1.1 Perda de car ga ao lon go do trecho de a proxima ção (h i)

A perda de carga (hi) é determinada pela expressão:

hi = 0,1 (m)

Onde:

vi = velocidade de aproximação (m/s)

4.2.1.2 Perda de car ga na grade (hg)

A perda de carga (hg) é determinada pela fórmula deKirschemer:

hg = kg . 1,3

. . sen θ1 (m)

Onde:

kg = coefic iente de escoam ento re lacionado na Tabela 1

e1 = espessura das barras retangulares ou diâmetro das barras redondas (mm)

e2 = espaçamento entre as barras (mm)

vg = velocidade de aproximação da água a montante da grade (m/s)

θ1 = inclinação das barras em relação à direção da velocidade vg

4.2.1.3 Perda de car ga na entrada da tomada d'á gua (he)

A perda de carga (he) é determinada pela expressão:

he = ke (m)

Onde:

ke = coeficiente que depende da geometria da to- mada d'água conforme Figura 2

vi2

2g

2gv2

Figura 2-(a) - Saliente interno (ke = 0,78)

Figura 2-(b) - Aresta viva (ke = 0,50)

Figura 2- (c) - Boca em cam pânula (ke = 0,04)

Figura 2-(d) - Aresta li geiramente arredondada (ke = 0,23)

4.2.1.4 Perda de car ga no conduto adutor até a chaminé deequilíbrio (ha)

A perda de carga (ha) é determ inada pe la fórm ula un iversa l:

ha = f . .

Figura 2 - Coeficiente da perda de car ga na entrada da tomada d'á gua

D

Lc

2gv2

( )e1

e2

vg2

2g

4 NBR 12596/1992

Tabela 3 - Determina ção do coeficiente z d em fun ção de k'

k ' 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09

0,00 1,000 0,982 0,964 0,946 0,928 0,910 0,895 0,881 0,866 0,852

0,10 0,837 0,823 0,809 0,794 0,780 0,766 0,755 0,744 0,734 0,723

0,20 0,712 0,702 0,692 0,683 0,673 0,663 0,654 0,645 0,637 0,628

0,30 0,619 0,611 0,603 0,594 0,586 0,578 0,570 0,562 0,555 0,547

0,40 0,539 0,532 0,526 0,519 0,513 0,506 0,500 0,494 0,487 0,481

0,50 0,475 0,469 0,464 0,458 0,453 0,447 0,442 0,437 0,432 0,427

0,60 0,422 0,417 0,412 0,408 0,403 0,398 0,394 0,390 0,386 0,382

0,70 0,378 0,374 0,371 0,367 0,364 0,360 0,357 0,353 0,350 0,346

0,80 0,343 0,340 0,337 0,334 0,331 0,328 0,325 0,322 0,319 0,316

0,90 0,313 0,310 0,308 0,305 0,303 0,300 0,298 0,296 0,293 0,291

1,00 0,289 - - - - - - - - -

Nota: Os valores de zd são negativos.

Onde:

f = fator de atrito de acordo com a Tabela 2

D = diâmetro do conduto adutor (m)

Tabela 2 - Fatores de atrito

Material Fator de atrito (f)

Aço envelhecido 0,0130

Cimento-amianto 0,0160

Concreto rugoso 0,0195

4.2.1.5 Perda de car ga no con junto das sin gularidades (hf)

A perda de carga (hf) é determinada pela expressão:

hf = 0,1

4.2.2 Determina ção da área da se ção transversal dachaminé (Ac)

A área interna da seção transversal da chaminé de equilí-brio pode ser calculada pela expressão:

Ac > .

Onde:

Ac = área in terna da seção transversa l da cham iné (m 2)

Hgm = queda bruta mínima (m)

At = área interna da seção transversal do conduto adutor (m2)

4.2.3 Determina ção da máxima eleva ção do nível d'á gua nointerior da chaminé (YE)

O valor de nível (YE) é calculado pela expressão:

YE = ze . v .

Onde:

ze = 1 - k + k2

k = =

4.2.4 Determina ção da de pleção na chaminé de e quilíbrio

4.2.4.1 Depleção em condi ções de re jeição total da car ga (YD)

O valor da máxima depleção da chaminé (YD), corres-pondente ao fechamento total do órgão de controle devazão da turbina desde a sua posição totalmente aberta,pode ser obtido pela seguinte expressão:

YD = zd . v

Onde:

zd é obtido na Tabela 3 em função de k', que é for-necido pela expressão a seguir:

k' =

Onde:

h't = perda de carga no sistema adutor (m)

Nota: O valor de h'W deve ser calculado considerando-se a perda

de carga por atrito no conduto adutor (ha) definida em4.2.1.4, com fator de atrito correspondente a conduto deparedes ásperas (f = 0,020).

32 1

9

v

ht ht

v

2gv2

2gv2

(Hgm - ht) ht

Lc . Ath'tv

NBR 12596/1992 5

4.2.4.2 Depleção em condi çõees de abertura parcial (Y'D)

O valor da máxima depleção na chaminé (Y'D) decorrentede uma abertura parcial do órgão de controle de vazão daturbina, desde 50% da abertura até a abertura total, podeser obtido pela seguinte expressão:

Y'D = z'd . v .

Onde:

z'd é obtido na Tabela 4 em função de k', fornecido pe-la expressão de 4.2.4.1

4.2.5 Determina ção da altura da chaminé de e quilíbrio (Hc)

A a ltura da cham iné (H c) pode ser ca lcu lada pe la expressão:

Hc = YE + (YD ou Y 'D) + Ye + Yd + YR

Onde:

YE = elevação do nível d'água considerando as per- das de carga (m)

YD ou Y 'D = depleção do nível d'água (m)

Ye = acréscimo de segurança na altura de elevação, igual a 1 m

Yd = acréscim o de segurança na dep leção, igua l a 1 m

YR = depleção máxima do nível do reservatório (m)

Notas: a) Deve-se considerar o maior valor entre Y' e Y '

'.

b) Y( é sempre contado a partir do nível máximo do reser-

vatório.

c) Y' ou Y'

' é sempre contado do NA mínimo para baixo.

4.3 Características técnicas gerais

As características técnicas gerais, que definem a chami-né de equilíbrio dimensionada de acordo com as prescri-ções desta Norma, são as seguintes:

a) área da seção transversal da chaminé .......... (m2);

b) elevação máxima do nível d'águano interior da chaminé .................................. (m);

c) depleção do nível no interior dachaminé em condições de rejeiçãototal de carga ................................................ (m);

d) depleção do nível no interior dachaminé em condições de aberturaparcial ............................................................ (m);

e) dimensões principais .................................... (m);

f) desenho esquemático do circuito hidráulico.

Tabela 4 - Determina ção do coeficiente z' d em fun ção de k'

k ' 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09

0,00 0,500 0,504 0,507 0,511 0,514 0,518 0,522 0,525 0,529 0,532

0,10 0,536 0,540 0,544 0,548 0,552 0,556 0,560 0,564 0,569 0,573

0,20 0,577 0,581 0,585 0,589 0,593 0,597 0,601 0,605 0,610 0,614

0,30 0,618 0,622 0,627 0,631 0,636 0,640 0,644 0,649 0,653 0,658

0,40 0,662 0,666 0,671 0,675 0,680 0,684 0,689 0,693 0,698 0,702

0,50 0,707 0,711 0,716 0,720 0,725 0,729 0,734 0,739 0,744 0,749

0,60 0,754 0,759 0,764 0,770 0,775 0,780 0,786 0,791 0,797 0,802

0,70 0,808 0,814 0,819 0,825 0,830 0,836 0,842 0,848 0,854 0,860

0,80 0,866 0,872 0,878 0,885 0,891 0,897 0,904 0,910 0,917 0,923

0,90 0,930 0,937 0,944 0,952 0,959 0,966 0,973 0,980 0,986 0,993

1,00 1,000 - - - - - - - - -

Nota: Os valores de z 'd são negativos.