06/02/2019 Máquinas Termohidrálicas de Fluxo 1

Turbinas Hidráulicas

06/02/2019 Máquinas Termohidrálicas de Fluxo 2

Francis

06/02/2019 Máquinas Termohidrálicas de Fluxo 3

Kaplan

06/02/2019 Máquinas Termohidrálicas de Fluxo 4

Pelton

06/02/2019 Máquinas Termohidrálicas de Fluxo 5

Autovalores e Autovetores

06/02/2019 Máquinas Termohidrálicas de Fluxo 6

Fundição das Pás

06/02/2019 Máquinas Termohidrálicas de Fluxo 7

Fundição das Pás

06/02/2019 Máquinas Termohidrálicas de Fluxo 8

Fundição das Pás

06/02/2019 Máquinas Termohidrálicas de Fluxo 9

Fundição das Pás

06/02/2019 Máquinas Termohidrálicas de Fluxo 10

06/02/2019 Máquinas Termohidrálicas de Fluxo 11

1

2

3 4 5

6

Curva de Calibração

-

200

400

600

800

1.000

- 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Vazão [l/s]

Va

ria

çã

o p

ressã

o [m

mca

]

Calibração da Placa de Orifício

5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

5.2. Caracterização do Modelo (Curvas de Rendimento)

Variação do Rendimento com a Descarga

- Verificar em que limites de descarga a turbina funciona com rendimento

aceitável

Variação do Rendimento com a Potência

- Avaliação da faixa de uso da turbina frente a manutenção de elevados

rendimentos

6. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

6.1. Caracterização do Modelo (Curvas de Rendimento)

Parâmetros

Rotação [rpm]

Queda [mca] 1200 1600 1800 2200

25 Figura (6.1)

30 Figura (6.2)

35 Figura (6.3)

Parâmetros das curvas de rendimento

6. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

6.1. Caracterização do Modelo (Curvas de Rendimento)

Vazão x Rendimento

0

10

20

30

40

50

60

70

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Vazão [l/s]

Re

nd

ime

nto

[%

]

2200 rpm

1800 rpm

1600 rpm

1200 rpm

Curvas de rendimento potência para uma queda de 25 mca

6. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

6.1. Caracterização do Modelo (Curvas de Rendimento)

Vazão x Rendimento

0

10

20

30

40

50

60

70

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Vazão [l/s ]

Re

ndim

en

to [

%]

1200 rpm

1600 rpm

2200 rpm

1800 rpm

Curvas de rendimento potência para uma queda de 30 mca

6. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

6.1. Caracterização do Modelo (Curvas de Rendimento)

Vazão x Rendimento

0

10

20

30

40

50

60

70

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Vazão [l/s]

Re

nd

ime

nto

[%

]

2200 rpm

1800 rpm

Curvas de rendimento potência para uma queda de 35 mca

6. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

6.1. Caracterização do Modelo (Curvas de Rendimento)

Potência x Rendimento

0

10

20

30

40

50

60

70

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Potência [W]

Re

ndim

ento

[%

] 1800 rpm

30 mca

Curva de potência rendimento para as condições de operação da máquina

6. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

6.2. Comparação com o Protótipo (Curva de Ervália)

Potência x Rendimento

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 640 1280 1920 2560 3200 3840 4480 5120 5760 6400

Potência [kW]

Re

nd

ime

nto

[%

]

1

Curva de potência rendimento – UHE Ervália

6. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

6.2. Comparação com o Protótipo

(Curva de Ervália)

Potência x Rendimento

0

10

20

30

40

50

60

70

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

Potência [W]

Re

nd

ime

nto

[%

]

2

3

Curva de potência rendimento do modelo

Rendimento máximo

Protótipo 89,4 %

Modelo 65 %

6. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

Cálculo da Velocidade Específica (ns)

Parâmetros Protótipo Modelo

Queda líquida m337 m30

Rotação rpm600 rpm1800

Potência (um bico injetor) kW1250 W124

(6.1) 4

5

2

1

H

Pnns =

]m[

]cv[

]rpm[

H

N

n

Velocidade Específica (ns)

Protótipo 17 rpm

Modelo 10,5 rpm

6. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

Velocidade Específica (ns)

Protótipo 17 rpm

Modelo 10,5 rpm

ns Tipo de Turbina

3 a 30 Pelton – 1 jato

30 a 60 Pelton – 2 jatos

50 a 120 Francis lenta

120 a 220 Francis normal

220 a 350 Francis rápida

350 a 450 Francis extra-rápida

350 a 700 Hélice

400 a 1200 Kaplan

Valores das velocidades específicas e suas referentes turbinas

Cálculo da Velocidade Específica (ns)

06/02/2019 Máquinas Termohidrálicas de Fluxo 23

Dr

D

Le

L

Sistema eixo-rotor

Discretização das Equações

Rotor: elementos de massa

concentrada

Eixo: elementos de viga

elástica com massa distribuída

onde

D: diâmetro do eixo;

Dr: diâmetro do rotor;

L: comprimento do eixo;

Le: comprimento do elemento de viga.

06/02/2019 Máquinas Termohidrálicas de Fluxo 24

1

v

a

Le

2 xz

Geometria de um elemento de viga

onde

a: metade do comprimento do eixo

Le: comprimento do elemento de viga.

Discretização das Equações

06/02/2019 Máquinas Termohidrálicas de Fluxo 25

][][][ 1 mkD = −

2

n =

−−−

−

−

−

=

22

2

822613

22781327

613822

13272278

105

aaaa

aa

aaaa

aa

aSm

a

e

−

−−−

−

−

=

22

22

3

4323

3333

2343

3333

2

aaaa

aa

aaaa

aa

a

EIk z

e

Discretização das Equações

06/02/2019 Máquinas Termohidrálicas de Fluxo 26

K

K11

K21

K31

K41

K51

K61

K71

K81

K91

K101

K12

K22

K32

K42

K52

K62

K72

K82

K92

K102

K13

K23

K33

K43

K53

K63

K73

K83

K93

K103

K14

K24

K34

K44

K54

K64

K74

K84

K94

K104

K15

K25

K35

K45

K55

K65

K75

K85

K95

K105

K16

K26

K36

K46

K56

K66

K76

K86

K96

K106

K17

K27

K37

K47

K57

K67

K77

K87

K97

K107

K18

K28

K38

K48

K58

K68

K78

K88

K98

K108

K19

K29

K39

K49

K59

K69

K79

K89

K99

K109

K110

K210

K310

K410

K510

K610

K710

K810

K910

K1010

M

m1m

2

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

m

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

m

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

m

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

m

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

m

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

m

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

m

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

m

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

m

2

][][][ 1 mkD = − 2

n =

Matrizes de Massa e Rigidez

06/02/2019 Máquinas Termohidrálicas de Fluxo 27

Freqüência Natural (n)

[Hz]

1 1,677 103

2 5.098 103

3 1.101 104

Freqüências naturais do conjunto eixo-rotor

eigenvals D( )

Determinação dos Autovalores (Velocidades Críticas)

06/02/2019 Máquinas Termohidrálicas de Fluxo 28

V eigenvecs D( )

Determinação dos Autovetores (Modos de Vibração)

06/02/2019 Máquinas Termohidrálicas de Fluxo 29

A Ponto de fixação do acelerômetro

M Ponto de excitação (martelo)

Ponto (A1,M2) Acelerômetro fixado no ponto 1 e excitação no ponto 2

Bump Test

06/02/2019 Máquinas Termohidrálicas de Fluxo 30

Conjunto eixo-rotor

Modelo reduzido de Turbina Pelton

Acelerômetro

06/02/2019 Máquinas Termohidrálicas de Fluxo 31

Analisador

Espectro de Freqüência

06/02/2019 Máquinas Termohidrálicas de Fluxo 32

Ensaio de Vibração (Dinâmico)

Espectro Cascata

S1 = 3425 rpm

S10 = 750 rpm

06/02/2019 Máquinas Termohidrálicas de Fluxo 33

Ponte de Tacoma