PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS MECÂNICOS DE UMA USINA HIDRELÉTRICA

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PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS MECÂNICOS
DE 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
2
Agenda
TIPOS DE COMPORTAS
3
Fonte: PEREIRA, 2015
(A) Segmento
(B) Setor
TIPOS DE COMPORTAS: SEGMENTO
4
Fonte: Próprio Autor
Fonte: Próprio Autor
TIPOS DE COMPORTAS: SEGMENTO
5
Fonte: Próprio Autor
Fonte: Próprio Autor
TIPOS DE COMPORTAS: SEGMENTO
6
Fonte: Próprio Autor
Fonte: Próprio Autor
7
Fonte: Próprio Autor
Fonte: Próprio Autor
CLASSIFICAÇÃO DAS COMPORTAS
8
Fonte: PEREIRA, 2015
CLASSIFICAÇÃO DAS COMPORTAS
9
Fonte: PEREIRA, 2015
TIPOS DE VALVULAS: BORBOLETA
10
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
TIPOS DE VALVULAS: BORBOLETA
11
Fonte: PEREIRA, 2015
TIPOS DE VALVULAS: BORBOLETA
12
UHE PARIGOT DE SOUZA Fonte: Próprio Autor
TIPOS DE VALVULAS: ESFÉRICA
13
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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Fonte: PEREIRA, 2015
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)
TURBINAS: CLASSIFICAÇÃO
19
Fonte: Alterima, 2014 Fonte: Alterima, 2014
TURBINAS: CLASSIFICAÇÃO
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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)
TURBINAS: CLASSIFICAÇÃO
21 Fonte: QUITELA, 2007
Fonte: XC Engineering, 2016)
TURBINAS: SELEÇÃO VIA 
DIAGRAMAS
22
Fonte: PEREIRA, 2015
TURBINAS: SELEÇÃO VIA 
DIAGRAMAS
23
Fonte: PEREIRA, 2015
TURBINAS: SELEÇÃO VIA 
DIAGRAMAS
24
Fonte: PEREIRA, 2015
TURBINAS: EMPUXO HIDRÁULICO
25
"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
26
Fonte: QUITELA, 2007
TURBINAS: ALTURA DE SUCÇÃO E 
CAVITAÇÃO
27
Fonte: PEREIRA, 2015
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
29
Fonte: PEREIRA, 2015
TURBINAS PELTON – DE AÇÃO
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Fonte: Próprio Autor Fonte: Alterima, 2014
TURBINAS PELTON – DE AÇÃO
31
Fonte: Próprio Autor
TURBINAS PELTON – DE AÇÃO
32
Fonte: Próprio Autor
Fonte: Próprio Autor
TURBINAS PELTON – DE AÇÃO
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Fonte: PEREIRA, 2015
Fonte: XC Engineering, 2016
TURBINAS PELTON – DE AÇÃO
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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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Fonte: PEREIRA, 2015
TURBINAS FRANCIS: SEÇÕES DE 
ROTOR
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(A) alta queda
(B) baixa queda
Fonte: PEREIRA, 2015
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 Reis
edgar_dreis@hotmail.com
DUVIDAS?...