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PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS MECÂNICOSDE UMA USINA HIDRELÉTRICA

TE033 - CENTRAIS ELÉTRICAS

Edgar dos Reis

Prof. Dr. Clodomiro Unsihuay Vila

Capitulo 9

9.1 Comportas e Válvulas

9.2 Turbinas

9.3 Turbinas Pelton

9.4 Turbinas Francis

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Agenda

TIPOS DE COMPORTAS

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Fonte: PEREIRA, 2015

(A) Segmento

(B) Setor

TIPOS DE COMPORTAS: SEGMENTO

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Fonte: Próprio Autor



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CLASSIFICAÇÃO DAS COMPORTAS

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CLASSIFICAÇÃO DAS COMPORTAS

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TIPOS DE VALVULAS: BORBOLETA

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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


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UHE PARIGOT DE SOUZA Fonte: Próprio Autor

TIPOS DE VALVULAS: ESFÉRICA

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Válvula esférica:

Características:

– 1) carcaça;

– 2) rotor;

– 3) selo de

manutenção;

– 4) vedação

principal;

– 5) pistão do anel

do servomotor Fonte: PEREIRA, 2015

COMPARAÇÃO DAS VÁLVULAS

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TURBINAS HIDRAULICAS

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Fonte: Fred, 2009

TURBINAS

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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= �� ∗�

�

TURBINAS

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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)

TURBINAS: CLASSIFICAÇÃO

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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)


19

Fonte: Alterima, 2014 Fonte: Alterima, 2014


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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)


21 Fonte: QUITELA, 2007

Fonte: XC Engineering, 2016)

TURBINAS: SELEÇÃO VIA DIAGRAMAS

22



23Fonte: PEREIRA, 2015


24


TURBINAS: EMPUXO HIDRÁULICO

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"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).

TURBINAS: EMPUXO HIDRÁULICO

26Fonte: QUITELA, 2007

TURBINAS: ALTURA DE SUCÇÃO E CAVITAÇÃO

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TURBINAS PELTON: PRINCIPIO BÁSICO

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"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)

TURBINAS PELTON: PRINCIPIO BÁSICO

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TURBINAS PELTON – DE AÇÃO

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Fonte: Próprio Autor Fonte: Alterima, 2014


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32

Fonte: Próprio AutorFonte: Próprio Autor


33


Fonte: XC Engineering, 2016


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VIDEOS

TURBINAS FRANCIS

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"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)

TURBINAS FRACIS

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TURBINAS FRANCIS: SEÇÕES DE ROTOR

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(A) alta queda

(B) baixa queda


TURBINAS FRANCIS

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Fonte: TRÊS GARGANTAS, 2013 Fonte: ITAIPU, 1979

TURBINAS FRANCIS: SEÇÕES DE ROTOR

39

Fonte: SOARES, 2013

TURBINAS FRANCIS

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MAIS VIDEOS

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-ser-utilizada-na-usina-hidreletrica-externa-de-henry-borden-ricardo-luiz-soares-junior.html

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MUITO OBRIGADO!

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Edgar dos [email protected]

DUVIDAS?...

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