Aula 02 Hidreletricas 1

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TURBINAS HIDRÁULICAS
Geração de Energia Elétrica
2º Semestre 2016
Prof. Luis Raposo
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Fontes consultadas:
Eng. André Márcio Modesto – Apostila de GTDEEE
Wikipédia – Consulta em 12/03/2016 – Turbinas Hidráulicas
Livro: Milton Pinto – Energia Elétrica - 2ª. Edição – Editora LTC
Livro: Lineu Belico dos Reis – Geração de Energia Elétrica – 2ª. Edição – Editora Manole
Livro: M. G. Say e outros - Manual do Engenheiro Eletricista – Vol. 2 – Editora Hemus
 Livro: Felix Alberto Farret – Aproveitamento de Pequenas Fontes – Editora da UFSM
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Principais partes de uma turbina
Tipicamente, uma turbina é composta por cinco partes principais:
Caixa espiral
Pré-distribuidor
Distribuidor
Rotor & Eixo
Tubo de sucção
Sugestão do professor: ver página 33 do livro Energia Elétrica de Milton Pinto
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Turbinas – Princípio de funcionamento
Fonte: Wikipédia
Em toda turbina a água entra vinda de um reservatório ou canal de nível mais elevado (e portanto com maior  energia) e escapa para um canal de nível mais baixo (e portanto com menor energia). A água de entrada é levada através de um duto fechado até um conjunto de lâminas curvas (palhetas), bocais ou injetores que transferem a  energia da água para um rotor. Em consequência a pressão e/ou a velocidade da água na saída são menores do que na entrada. A água que sai da turbina é conduzida por um duto, o tubo de sucção, até o reservatório ou canal inferior.
Algumas palhetas são estáticas, outras são fixas no rotor; ambas podem ser ajustáveis para controlar o fluxo e a  potência gerada ou (para geração de energia elétrica) a velocidade de rotação. O rotor é suportado axialmente por mancais de escora e contra-escora e radialmente por mancais de guia. O tubo de sucção geralmente tem diâmetro final maior que o inicial para reduzir a velocidade da água antes de despejá-la no canal inferior.
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Turbinas – Princípio de funcionamento
Fonte: Wikipédia
(a) A potência P que uma turbina pode extrair do fluxo de água será proporcional ao produto da vazão volumétrica (Q) e da queda d'água disponível (H), segundo a fórmula P = ρ.Q.H.g.η; onde ρ é a densidade da água, g é a aceleração da gravidade, e η é a eficiência da turbina, a fração (entre 0 e 1) da energia potencial e cinética da água que é convertida em trabalho mecânico de rotação do eixo ao passar pela turbina. As principais causas da baixa eficiência nas turbinas são as perdas hidráulicas (a energia cinética da água na saída da turbina) e as perdas mecânicas (atrito nos mancais, que converte parte da energia extraída da água em calor). A eficiência típica de uma turbina moderna varia entre 85% e 95%, dependendo da vazão de água e da queda. Para maximizar a eficiência, grandes turbinas hidráulicas são em geral projetadas especificamente para as condições de queda e vazão onde serão instaladas.
Fonte: Milton Pinto 2ª. edição
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Turbinas – Tipos
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Turbinas – Tipos
 Fonte: Wikipédia
Os principais tipos de turbinas hidráulicas são:
de ação ou impulsão : turbina Pelton e turbina Michell-Banki-Ossberger (ou fluxo transversal)
de reação helico-centrípeta (ou radiais-axiais): turbina Francis mista (ou diagonal) Turbina Mista e Turbina Dériaz 
Axial : Turbina Hélice, Turbina Kaplan, Turbina Bulbo e Turbina Straflo
Cada um destes tipos tem suas vantagens para certas combinações de altura de queda e vazão. 
As turbinas podem também ser montadas com o eixo no sentido horizontal ou vertical.
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Resumo – Tipos de turbinas
 Fonte: Wikipédia
ou Fluxo transversal
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Diversificação de tipos de turbinas
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Turbina Pelton
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Turbina Pelton
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Turbina Pelton 
1 injetor
6 injetores
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Turbina Francis
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Turbina Francis
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Turbinas Hélice / Kaplan /Bulbo
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Turbinas Hélice / Kaplan /Bulbo
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Classificação das Hidros 
Prof. Lineu Belico dos Reis
A Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) adota três classificações: Centrais Geradoras Hidrelétricas (com até 1 MW de potência instalada),
Pequenas Centrais Hidrelétricas (entre 1,1 MW e 30 MW de potência instalada) Usina Hidrelétrica de Energia (UHE, com mais de 30 MW).
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Diversificação de tipos de turbinas
Outros tipos de turbinas hidráulicas 
Fonte: Ebah - José Sousa ( curso de Engenharia Mecânica / UFPb)
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Tipos de turbinas (Micro, Mini e PCH)
Os tipos de turbinas usadas mundialmente e fabricadas para pequenas centrais hidrelétricas ou mesmo para aplicação de caráter mecânico na transmissão de força em pequenos sítios são:
1- A turbina Turgo ;
2- A Turbina Pelton;
3- A turbina de fluxo cruzado;
4- A turbina Francis ;
5- A turbina Axial;
6- A turbina sifão;
7- A turbina S;
8- A turbina Bulbo;
9- A bomba centrífuga funcionando como turbina;
10- A turbina de águas correntes.
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Tipos de turbinas (Micro, Mini e PCH)
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Turbina Pelton – 1 injetor
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Turbina Pelton – 1 injetor
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Turbina Pelton – 1 injetor
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Turbina Pelton – 1 injetor
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Turbina Pelton – 1 injetor
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Turbina Targo
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Turbina de fluxo cruzado
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Turbina Francis
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Turbina Francis
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Turbina Francis
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Turbina Francis
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Turbina Francis
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Turbina Francis
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Turbina axial
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Turbina Sifão
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Turbina S
Figura 1 – Esquema de central hidrelétrica de baixa queda com turbina hélice do tipo tubular-S (retirado de Quantz, 1976).
Figura - Esquema de central hidrelétrica de baixa queda com turbina hélice do tipo tubular-S (retirado de Quantz, 1976).
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Turbinas Bulbo
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Turbina Dériaz
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Turbinas Straflo
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BFT (Bomba Funcionando como Turbina
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Faixa de aplicação dos tipos de turbinas
Potência (kW)
Milton Pinto – 2ª. edição
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Faixa de aplicação dos tipos de turbinas
Manual do Eng. Eletricista – M.G.Say vol 2
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Faixa de aplicação dos tipos de turbinas
Manual do Eng. Eletricista – M.G.Say vol 2
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Rotação específica de turbinas
Fonte: Milton Pinto – 2ª. edição
Fonte: Apostila Unesp – Enga. Mecânica
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Rotação específica de turbinas
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Faixa de aplicação dos tipos de turbinas
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Faixa de aplicação de turbinas Francis
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Seleção de Turbina ( < 1 MW) 
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Seleção de Turbina (< 200 kW) 
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Eficiência de turbinas
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Exemplo - Seleção de uma turbina
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Seleção de Turbina Pelton
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Características de turbinas - Brasil
Fonte: Unesp
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Exemplo - Seleção de uma turbina
A usina de Paulo Afonso II (BA) tem uma capacidade nominal de 443 MW distribuída entre 6 unidades geradoras. A eficiência de cada gerador é de 89% e de cada turbina é de 90%. A altura de queda da barragem é de 82 m e a velocidade nominal de cada turbina é 200 rpm.
a) Qual a potência nominal de cada turbina ?
b) Qual a rotação específica de cada turbina ?
c) Qual a vazão estimada em cada unidade geradora ?
d) Qual o diâmetro aproximado do rotor de cada turbina ?
e) Qual a corrente nominal de cada gerador de 13.8 kV (fator de potência 0,95) ?
f) Que tipo de turbina é adequada para utilização nesta usina ? Justifique.
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