Abnt - Nbr 12596 Nb 1414 - Dimensionamento Hidraulico de Chamines de Equilibrio para Pequenas Centrais Hidreletricas (pch)

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Normas Técnicas
Palavras-chave: Chaminé. PCH 5 páginas
Dimensionamento hidráulico de
chaminés de e quilíbrio para pequenas
centrais 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 conforme
NBR 9969.
2 Documento com plementar
Na aplicação desta Norma é necessário consultar:
NBR 9969 - Turbinas hidráulicas para pequenas
centrais 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 amortecer
transientes hidráulicos produzidos por manobras rápidas
do 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 necessária
quando 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 04:007.04-006/91
CB-04 - Comitê Brasileiro de Mecânica
CE-04:007.04 - Comissão de Estudo de Condutos Forçados
NBR 12596 - Surge tanks for small hydroelectric power plants preliminary design -
Procedure
Descriptors: Surge tank. Small hydrelectric power plant
Esta 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 de
equilíbrio (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 de
Kirschemer:
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
vi
2
2g
2g
v2
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 de
equilíbrio (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
2g
v2
( )e1e2
vg
2
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 da
chaminé (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 no
interior da chaminé (YE)
O valor de nível (YE) é calculado pela expressão:
YE = ze . v .
Onde:
ze = 1 - k + k
2
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 de
vazão 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 em
4.2.1.4, com fator de atrito correspondente a conduto de
paredes ásperas (f = 0,020).
3
2 1
9
v
ht ht
v
2g
v2
2g
v2
(Hgm - ht) ht
Lc . At
h't
v
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) decorrente
de uma abertura parcial do órgão de controle de vazão da
turbina, desde 50% da abertura até a abertura total, pode
ser 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 donível 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'água
no interior da chaminé .................................. (m);
c) depleção do nível no interior da
chaminé em condições de rejeição
total de carga ................................................ (m);
d) depleção do nível no interior da
chaminé em condições de abertura
parcial ............................................................ (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.
	licenca: Cópia não autorizada