Relatório 9 - Turbina Pelton

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Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais - Unidade Coração Eucarístico 
Instituto Politécnico da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais 
Engenharia Mecânica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Turbina Pelton 
 
 
 
Discente: Cristian Soares Lapertosa 
Izabele Oliveira dos Santos 
Lucas Kraisfeld Benevides de Lima 
Pedro Henrique Galindo Albergaria Santos 
Professor: Leandro Pires Gonçalves 
Disciplina: Laboratório de Fluidomecânicos 
Turma: 0762.1.02 
 
 
 
 
Departamento de Engenharia Mecânica/Mecatrônica 
Belo Horizonte, 22 de outubro de 2021 
https://pucminas.instructure.com/courses/63944/users/13158
Aula 3: curvas características de uma turbina Pelton 
Análise dos Resultados: 
Na tabela 1 foi dado os valores da abertura do distribuidor, onde se definiu que abrindo o 
distribuidor é verificado a vazão fornecida. Com a variação da força no eixo, unidade em 
Newtons (N); foram dados os valores da rotação, unidade em rpm; e assim foi possível 
calcular a potência no eixo pela seguinte equação: 
𝑁𝑒𝑓 = 𝑁 × 𝑛(1,708 × 10−3) 
onde 𝑁𝑒𝑓 é a potência no eixo, em 𝑘𝑔𝑓 ∙ 𝑚 𝑠⁄ , 𝑁 é a força no eixo, em Newtons; e 𝑛 é a 
rotação em rpm. 
Com os valores dos manômetros disponíveis, em bar, foi possível calcular a queda liquida 
pela seguinte equação: 
𝐻 =
𝑀
10,2
 
onde 𝐻 é queda liquida, em metros e 𝑀 é o valor do manômetro, em bar. 
Em seguida foram disponibilizados os valores da vazão aduzida em m3/min. Foi preciso 
então converter esses valores para m3/s e assim foi possível calcular a potencia do jato 
pela seguinte equação: 
𝑁𝑖 = 𝑄 × 𝐻 × 103 
onde 𝑁𝑖 é a potência do jato, em 𝑘𝑔𝑓 ∙ 𝑚 𝑠⁄ ,𝑄 é a vazão aduzida em m
3/s e 𝐻 é a queda 
liquida em metros. Mais tarde, foi possível calcular o rendimento total pela seguinte 
expressão: 
𝜂𝑡 =
𝑁𝑒𝑓
𝑁𝑖
× 100 
onde 𝜂𝑡 é o rendimento total dado em porcentagem (%), 𝑁𝑒𝑓 é a potência no eixo, em 
𝑘𝑔𝑓 ∙ 𝑚 𝑠⁄ e 𝑁𝑖 é a potência do jato, em 𝑘𝑔𝑓 ∙
𝑚
𝑠⁄ . Repetimos o processo para cinco 
aberturas diferentes do distribuidor. 
Através dos valores obtidos, traçamos os gráficos da eficiência em função da rotação, da 
potência efetiva em função da rotação e do rendimento total em função da vazão. 
 
 
 
 
 
Tabela 1 - Dados obtidos a partir do experimento. 
 
A partir de todos os dados calculados e obtidos, teve-se condições em plotar os gráficos. 
O gráfico 1 retrata a eficiência em função da rotação. A eficiência foi dada em 
porcentagem (%) e a rotação em rpm. Analisando esse gráfico, pode-se observar que para 
o procedimento 3 (abertura de 3%) a turbina obteve o melhor rendimento. Essa eficiência 
foi alcançada quando a rotação estava em aproximadamente 1050 rpm. Já a eficiência dos 
outros procedimentos, foram menores, mas para esses procedimentos, a maior eficiência 
foi alcançada quando a rotação estava em aproximadamente 1050 rpm, a mesma rotação 
do procedimento 3. 
 
 
n F Nef M H Q' Q Nj ηt
rpm N kgf m/s Bar m m³/min m³/s kgf m/s %
1795 0,56 1,72 6,31
1710 1,50 4,38 16,11
1650 2,54 7,16 26,32
1600 3,44 9,40 34,56
1500 5,30 13,58 49,92
1435 6,12 15,00 55,15
1230 8,65 18,17 66,81
900 12,00 18,45 67,82
815 13,20 18,37 67,55
740 13,80 17,44 64,13
330 15,90 8,96 32,95
1820 0,20 0,62 3,05
1680 2,00 5,74 28,13
1550 3,80 10,06 49,31
1300 6,40 14,21 69,66
1130 8,00 15,44 75,69
1000 9,00 15,37 75,35
865 10,00 14,77 72,42
450 12,40 9,53 46,72
330 12,80 7,21 35,37
210 13,10 4,70 23,03
111 13,30 2,52 12,36
1740 0,35 1,04 9,41
1615 1,36 3,75 33,95
1425 2,80 6,81 61,67
1300 3,63 8,06 72,94
1110 4,71 8,93 80,81
855 5,93 8,66 78,37
635 6,72 7,29 65,96
520 7,10 6,31 57,07
475 7,15 5,80 52,50
330 7,30 4,11 37,24
210 7,90 2,83 25,64
Vazão aduzida
Potência do 
jato
Rendimento 
total
%
1 1 10,2 0,16 0,00267 27,20
Abertura Rotação
Força no 
eixo
Potência no 
eixo
Manômetro
Queda 
Líquida
11,05
2 1 10,2 0,12 0,00200 20,40
3 1 10,2 0,065 0,00108
Gráfico 1 - Curva obtida da eficiência em função da rotação. 
 
Já o gráfico 2 retrata a potência efetiva em função da rotação. A potência efetiva foi dada 
em 𝑘𝑔𝑓 ∙ 𝑚 𝑠⁄ e a rotação em rpm. Analisando esse gráfico, pode-se observar a maior 
potência efetiva foi do procedimento 3 de aproximadamente 19 𝑘𝑔𝑓 ∙ 𝑚 𝑠⁄ na rotação de 
aproximadamente 1050 rpm. Ambos os gráficos para as diferentes rotações têm uma 
característica comum: todos eles formam uma parábola com concavidade voltada para 
baixo. 
Gráfico 2 - Curva obtida da potência efetiva em função da rotação. 
 
A tabela 2 já é dado o valor fico da rpm (n = 950 rpm), onde teve-se que calcular a 
potência no eixo, queda líquida, a potencia do jato e o rendimento total. Todos esses 
cálculos foram utilizados as expressões listadas acima com suas respectivas unidades. 
Tabela 2 - Dados obtidos a partir do experimento. 
 
O gráfico 3 retrata o rendimento total em função da vazão e a potência efetiva em função 
da vazão na rotação de 950 rpm. O rendimento total foi dado em porcentagem (%) a 
potência efetiva foi dada em 𝑘𝑔𝑓 ∙ 𝑚 𝑠⁄ e a vazão em m
3/segundo. 
Gráfico 3 - Curva obtida do rendimento total e da potência efetiva em função da 
vazão. 
 
Com a pratica realizada, podemos considerar o teste válido e com isso podemos concluir 
que mantendo a altura de queda e abertura da válvula constante o rendimento não se 
manteve constante com a variação da rotação, isso foi verificado no com os valores da 
tabela 1. 
n F Nef M H Q' Q Nj ηt
rpm N kgf m/s Bar m m³/min m³/s kgf m/s %
12,15 19,71 0,160 0,00267 27,20 72,48
11,70 18,98 0,160 0,00267 27,20 69,80
12,00 19,47 0,140 0,00233 23,80 81,81
10,40 16,88 0,130 0,00217 22,10 76,36
8,96 14,54 0,110 0,00183 18,70 77,75
8,25 13,39 0,105 0,00175 17,85 74,99
7,00 11,36 0,090 0,00150 15,30 74,24
6,40 10,38 0,070 0,00117 11,90 87,27
5,00 8,11 0,060 0,00100 10,20 79,54
3,65 5,92 0,045 0,00075 7,65 77,42
1,70 2,76 0,030 0,00050 5,10 54,09
Vazão aduzida
Potência do 
jato
Rendimento 
total
%
- 950 1 10,2
Abertura Rotação
Força no 
eixo
Potência no 
eixo
Manômetro
Queda 
Líquida
Mantendo a altura de queda e a rotação constante pode ser observada certa uniformidade 
no rendimento, porém essa uniformidade é em uma estreita faixa de vazão e de 
rendimento efetivo. 
O gráfico a seguir mostra as curvas de rendimento para diferentes rotações. 
Gráfico 4 - Curva de Rendimento 
 
De acordo com a análise feita nos dois testes certificamos que a turbina é ideal para 
trabalhar em usinas de base.