Aula Turbinas

Tipos de arranjos de UHE

Hidrelétricas de represamentobarragem e casa de força ligados por conduto forçado,

típico de trecho do rio em cachoeira

Hidrelétrica de Desviohá um sistema de baixa pressão – típico de corredeiras

Hidrelétrica de Derivaçãobarramento é feito em um rio e a descarga em outro, e

pode ser tanto tipo represamento quanto de desvio

UHE de represamento

UHE de represamento

UHE de represamento

UHE de desvio

Etapas dos estudos para implantação

Etapas estimativa de potencial Estudo de inventário Viabilidade Projeto básico Projeto Executivo

LicençasLicença préviaLicença de instalação - LIDe Operação - LO

Tipos de estudos

Estudos Topográficos Hidrológicos Hidroenergéticos Geológicos e geotécnicos Socio-econômicos De mercado Ambientais

Levantar dados, medições, visita ao local, contratações específicas, análise e estimativas de dados

Equipamentos: Turbinas

Tipos Pelton Francis (simples, duplas – caixa espiral, caixa aberta) Kaplan Tubulares tipo S Bulbo Fluxo transversal ou Michell-Banki

Escolha em função da rotação (velocidade específica) e da queda


Ref. Schreiber, Usinas Hidrelétricas


Ref. Zulcy, Bortoni e Santos, 2009, p.334)


Ref. Zulcy, Bortoni e Santos, 2009, p.348)


Comparativo dos rendimentos de turbinas

Ref. Shreiber, Usinas Hidrelétricas

Aplicação

Turbinas

(Ref. PCH Eletrobrás)

Pelton Bulbo com Multiplicador

Francis Francis Caixa Aberta

Kaplan S

Escolha do Tipo de Turbina

1

10

100

1000

0.1 1 10 100

Vazão em m3/s

Que

da L

íqui

da e

m m


Máquinas de Ação – energia cinética – Pelton

Máquinas de Reação – aproveitam energia cinética e da pressão (Francis, kaplan, hélice (Bulbo)

Ação Reação

Velocidade Elevada Média

Pressão Igual atmosférica Forte

Queda Grandes Pequenas e médias

Vazões Pequenas Grandes

Rotor Gira no ar Dentro do fluxo d´água

Turbinas: terminologia

O índice “1” diz respeito a queda de 1 metro Q = Descarga engolida sob queda H em m3/s; Q1 = Q/H0,5

.n = número de rotações sob a queda H . n1 = n/ H0,5

P = potência da turbina sob a queda h (em m), em kW P1 = P/H3/2 é a potência sob a queda e 1 m

Turbinas PeltonPrincipais partes: rotor, injetor (agulha), blindagem metálica, Defletor distribuidor

D = diametro do rotor (centro do jato ao centro do eixo da turbina)d = diâmetro do jatoPara alto rendimento, m = (D/d) > 10Alguns valores de mmínimo: 8 para H de 400m, 9 para H=500m, 10 para h de 600m e 14 para mil metros Rotação n é proporcional a Z0

1/2

Onde Z0 é o número de injetores

Turbinas Francis

Queda de 20 a 600mVelocidade específica entre 50 a 410Eixo horizontal: pequenas unidades, fácil operação e manutençãoEixo vertical: maiores máquinas e velocidade, observar parte mais baixa acima nível máximo de jusanteControle através palhetas do distribuidorRendimento sob carga variável menos plano que Kaplan

Turbinas Francis: equaçõesComo n1 = n/ H0,5 P1 = P/H3/2

Velocidade específica é ns = n1 / P10,5 = (n/ H0,5 ) (P0,5 / H3/4)

Logo n = ns . H5/4 / P0,5

E ns = k / H0,5 (Schreiber usa k=2.200)

Daí vem, n = (k H5/4 ) / (H2/4 ./ P0,5 )

Logo n = (k H3/4 ) / P0,5 ou P = k2 . H3/2 / n2

Diametro: D11 = 39,56 ns5-0,67095

E o diametro será D1 = D11 (Q0,5/ H1/4)

Turbinas Francis: gráfico

Turbinas Kaplan e tubularesPás: se fixas, curva de rendimento é aguda (cai rápido)Pás: quando ajustáveis tem 4 a 8 pás

TUBULARES (tipo hélice)Fluxo d´ água é paralelo ao eixoPás fixas conduzem a curvas de rendimento bem agudasVazões elevadas e quedas baixas (2 a 18m)

TUBULAR com gerador montado na coroa externaCaracterísticas semelhantes à Kaplan de eixo verticalVantagens: rendimento, obras civis, reduz a casa de máquinas (pode ser até submersa a máquina) Dificuldades: tamanho do gerador e rendimento sob carga variável

Turbinas Kaplan: equações

Também ns = k / H0,5

Agora o k é 2.600 logo ns= 2600/ H0,5

Diametro:D11 = 12,1 ns

-0,43

E o diametro será D1 = D11 (Q0,5/ H1/4)

Turbinas Kaplan: gráfico

Ref. Shreiber, Usinas Hidrelétricas

Dimensionamento turbina Kaplan

Turbinas Bulbo e Banki

Tipo Bulbo São hélice de maior velocidade Gerador acoplado é mais compacto No Brasil passou a ser usada nos últimos 25 anos, Mato

Grosso e para a Amazônia reduzirá o impacto ambiental

Tipo Michell ou Banki Máquinas de ação, fluxo transversal Pequenas vazões e quedas entre 10 a 200m Baixos rendimentos Se adaptam bem para micro centrais

Aplicações a PCH

Tubinas e geradores

• Ver capítulo 7 do manual de PCH (Eletrobrás)

Referências bibliográficas

- Zulcy , Bortoni e Santos;- Reis, belico;- Schreiber, G. Usinas Hidrelétricas- Manual PCH da Eletrobrás

Documents

Aula Turbinas