MÁQUINAS HIDRÁULICAS - ATIVIDADE 04

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Grande parte das curvas características de uma turbina hidráulica são geradas experimentalmente. A 
figura a seguir mostra o traçado de um gráfico diagrama que relaciona a potência de uma turbina Pelton 
com a sua rotação, evidenciando as linhas de isoeficiência. As curvas ilustradas foram obtidas mantendo-
se constante a altura de queda líquida e variando a vazão: 
 
Figura - Traçado da curva característica que relaciona a potência de uma turbina Pelton com a sua 
rotação. 
Fonte: Elaborada pelo autor. 
 
 
 
As turbinas Francis são as mais adequadas para cargas hidráulicas intermediárias. Em geral, uma Francis 
de grande porte apresenta, no mínimo, 16 pás de rotor, alcançando eficiência na faixa de 90-95%. A figura 
a seguir apresenta um rotor de uma turbina Francis com escoamento radial na hidrelétrica de Round Butte, 
em Madras, Oregon, EUA. O rotor possui 17 pás e diâmetro externo de 11,8 pés (3,6 m). A turbina gira a 
180 rpm (18,84 rad/s) e produz 119 MW de potência a uma vazão de 127 m³/s e uma carga líquida de 105 
m. 
 
 
 
 
Ao utilizar 
os parâmetros vazão, queda útil e rotação, é possível ter uma boa orientação quanto à seleção de uma 
turbina hidráulica. Entretanto, para compreender de forma mais ampla a faixa de operação de uma turbina, 
é importante ter em vista as suas curvas características, que são obtidas experimentalmente. A figura a 
seguir mostra o traçado de três curvas características típicas de uma turbina Pelton: (a) potência x rotação; 
(b) rendimento x rotação; e (c) vazão x rotação. 
 
Com relação às curvas características mais comuns das turbinas hidráulicas, analise as afirmativas a 
seguir e assinale V 
para Verdadeiro e F para Falso: 
 
I. ( ) É comum que as curvas características de uma turbina hidráulica sejam geradas experimentalmente, 
por meio de modelos de menor porte. 
II. ( ) A curva (a) da figura indica que existe uma faixa de rotação que fornecerá valores ótimos de 
potência, na região próxima ao vértice da parábola. 
III. ( ) A curva (c) da figura mostra que a vazão volumétrica de fluido aumenta conforme cresce a rotação 
da turbina. 
IV. ( ) A curva (b) da figura indica que existe uma faixa de rotação que fornecerá valores ótimos de 
rendimento, na região próxima ao vértice da parábola. 
 
Agora, marque a alternativa que apresenta a sequência correta: 
 
 
 
As válvulas são classificadas com base em sua função dentro da instalação. Podem ser de bloqueio, de 
regulagem, unidirecionais e de controle de pressão a montante ou a jusante. Elas possuem a importante 
finalidade de controlar e bloquear a vazão de fluido em uma instalação hidráulica. Sua presença afeta as 
perdas de carga, o custo e a manutenção de toda a instalação. 
 
Com relação aos tipos e aos princípios de funcionamento das válvulas, analise as afirmativas a seguir e 
assinale V para Verdadeiro e F para Falso: 
 
I. ( ) Os principais tipos de válvulas de controle a jusante são: as ventosas, as redutoras, as reguladoras e 
as quebra vácuo. 
II. ( ) As válvulas de controle de pressão a montante entram em ação assim que o valor de pressão na 
linha e a montante alcança o valor de referência. 
III. ( ) As válvulas de pressão a jusante 
têm como finalidade realizar o bloqueio ou estabelecer a vazão de fluido, ou seja, são totalmente fechadas 
ou abertas. 
IV. ( ) As válvulas unidirecionais invertem o sentido de escoamento do fluido, pois trabalham de acordo 
com a diferença de pressão da entrada com a saída. 
 
Agora, marque a alternativa que apresenta a sequência correta: 
 
 
 
As turbinas hidráulicas também podem ser classificadas de acordo com a direção do escoamento pelo 
rotor, a saber: radiais (Francis lenta), axiais (Bulbo), tangenciais (Pelton) e diagonais (Francis rápida). As 
usinas hidrelétricas são exemplos de locais que fazem uso das turbinas hidráulicas para extrair energia do 
fluido e produzir energia elétrica. 
Sobre as principais turbinas hidráulicas, bem como acerca dos processos de transformação de energia, 
assinale a alternativa correta: 
 
 
 
Um parâmetro importante que pode apoiar a seleção de uma turbina hidráulica é a velocidade específica. 
Sua definição tem como base a teoria da semelhança mecânica, e sua expressão matemática é fornecida 
a seguir: 
 
 
O fluido de operação é a água, com massa específica igual a 998 kg/m³, e a rotação do protótipo é de 160 
rpm (16,75 rad/s). Ademais, no ponto de máxima eficiência, a queda bruta é de 200 m, e a potência é de 
400 MW. 
 
Diante do exposto, assinale a alternativa correta sobre a velocidade específica para o referido protótipo de 
turbina hidráulica: 
 
 
 
 
As turbinas de reação apresentam subclassificações com base no ângulo pelo qual o fluido entra em 
direção ao rotor. Na turbina Francis radial, o fluido entra no rotor radialmente. Quando o fluido escoa em 
direção ao rotor com um ângulo entre o radial e o axial, a turbina Francis é classificada como de 
escoamento misto, sendo o modelo mais utilizado. Caso o rotor não tenha cobertura e seja, ao mesmo 
tempo, de fluxo misto, a denominação recebida será turbina de propulsor misto. Por último, caso o fluido 
entre no rotor de maneira axial, o nome recebido será turbina de propulsor axial. Todos os tipos 
apresentados estão ilustrados a seguir: 
 
Figura -(a) escoamento em turbina Francis radial; (b) escoamento em turbina Francis mista; (c) 
escoamento em turbina de propulsor misto; e (d) escoamento em turbina de propulsor axial. 
 
 
 
Os tipos de turbinas hidráulicas comerciais mais utilizados são: as turbinas Pelton, para altas quedas e 
baixas vazões; as turbinas Kaplan, para baixas quedas, mas com grandes volumes de água; e as turbinas 
Francis, para aplicações que conciliam alturas de quedas e vazões médias. A figura a seguir mostra um 
gráfico que relaciona a altura de queda com a vazão volumétrica de fluido, considerando-se as linhas 
oblíquas de potência desenvolvidas para cada modelo de turbina hidráulica: 
 
Figura - Gráfico da queda bruta H versus a vazão volumétrica Q de fluido, usado para seleção de turbinas 
hidráulicas. 
Tendo em vista as principais turbinas hidráulicas, e por meio da análise do gráfico anterior, assinale a 
alternativa correta: 
 
 
 
Em uma represa hidrelétrica que faz uso de uma turbina de reação Francis para produção de energia 
elétrica, a carga bruta Hbruta é de 200 m, e a vazão volumétrica de água na turbina é de 100 m³/s. 
Considere, ainda, a massa específica da água sendo igual a 1.050 kg/m³ e g = 9.8 m/s². 
Agora, assinale a alternativa correta sobre a potência ideal gerada no eixo na saída da turbina: 
 
 
 
A figura a seguir mostra um rotor de cinco pás de uma turbina Kaplan utilizada na hidrelétrica de Warwick, 
em Cordele, GA. O rotor tem um diâmetro de 12,7 pés (3,87 m). A turbina gira a 100 rpm (10,46 rad/s) e 
produz 5,37 MW de potência, com uma vazão de 63,7 m³/s e carga líquida de 9,75 m. 
 
Sobre a turbina Kaplan descrita no enunciado, assinale a alternativa correta: