RELAT MÁQUINAS FLUXO MINI TURBINA PELTON

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FACULDADES INTEGRADAS RUI BARBOSA 
 
ENGENHARIA MECÂNICA – 6º PERÍODO 
 
 
 
 
ADEMIR DA COSTA BISPO 
CARLOS EDUARDO FERREIRA COSTA 
EDUARDO MOREIRA BEZERRA 
GABRIEL ANTÔNIO BORELLI LEANDRO 
KAUÊ DE SOUZA PEREIRA 
LAMARSON BIFFE PEREIRA DE CARVALHO 
MURILO DE LIMA ALVES PEREIRA 
 
 
 
 
RELATÓRIO: 
PROJETO MINI TURBINA TIPO “PELTON” CASEIRA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ANDRADINA 
2017 
 
 
ADEMIR DA COSTA BISPO 
CARLOS EDUARDO FERREIRA COSTA 
EDUARDO MOREIRA BEZERRA 
GABRIEL ANTÔNIO BORELLI LEANDRO 
KAUÊ DE SOUZA PEREIRA 
LAMARSON BIFFE PEREIRA DE CARVALHO 
MURILO DE LIMA ALVES PEREIRA 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO: 
PROJETO MINI TURBINA TIPO “PELTON” CASEIRA 
 
 
 
 
 
Relatório apresentado para a disciplina 
Máquinas de Fluxo como requisito parcial 
de avaliação. 
Faculdades Integradas Rui Barbosa 
 
Orientador: Prof. Juliano Torteli de Godoi 
Zucato. 
 
 
 
 
 
 
 
 
ANDRADINA 
2017 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“O que sabemos é uma gota; o que 
ignoramos é um oceano.” 
Isaac Newton. 
 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
Figura 1. Turbina tipo “Pelton” e seu inventor .......................................................... 05 
Figura 2. Esquema simplificado de uma micro hidrelétrica com turbina Pelton ....... 06 
Figura 3. Esboço do desenho técnico das peças do projeto .................................... 07 
Figura 4. Desenho explodido do projeto ................................................................... 09 
Figura 5. Perspectiva isométrica do projeto ............................................................. 10 
Figura 6. Avaliação da rotação e verificação de tensão no gerador ......................... 11 
Figura 7. Circuito de LED em paralelo ..................................................................... 12 
Figura 8. Projeto turbina tipo “Pelton” caseira .......................................................... 12 
Figura 9. Simulação da mini turbina “Pelton” caseira em operação ......................... 13 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 05 
2 OBJETIVO ............................................................................................................. 06 
3 PROJETANDO A TURBINA TIPO “PELTON” ..................................................... 07 
 3.1 Materiais utilizados ........................................................................................... 08 
 3.1.1 Materiais do conjunto turbina .................................................................. 08 
 3.1.2 Gerador ................................................................................................... 08 
 3.1.3 Redutor .................................................................................................... 08 
 3.1.4 LED ......................................................................................................... 08 
 3.2 Imagem do projeto em 3D ................................................................................ 09 
 3.2.1 Dimensões .............................................................................................. 09 
 3.3 Confecção ........................................................................................................ 10 
4 ANÁLISE DOS RESULTADOS ............................................................................. 11 
 4.1 Teste da rotação e verificação de tensão no gerador ...................................... 11 
 4.2 Construção do circuito eletrônico ..................................................................... 12 
 4.3 A mini turbina tipo “Pelton” caseira ................................................................... 12 
5 CONCLUSÃO ........................................................................................................ 13 
 
 
5 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
No Brasil é evidente um predomínio do uso da energia hidráulica como fonte 
primária na geração de energia elétrica. A existência de grandes potenciais 
hidráulicos contribui significativamente para a implementação deste sistema de 
energia. 
Turbinas são máquinas para converter energia hidráulica em energia elétrica. 
O custo total de uma usina hidrelétrica (reservatório, tubulações, turbinas, etc.) é 
mais alto do que o de uma central termelétrica mas ela tem muitas vantagens, 
algumas das quais são: 
 alta eficiência; 
 flexibilidade de operação; 
 fácil manutenção; 
 baixo desgaste; 
 suprimento de energia potencialmente inesgotável; 
 nenhuma poluição. 
 
A turbina tipo Pelton foi inventada pelo americano Lester Allan Pelton na 
década de 1870, é uma típica turbina de impulso. 
 
Figura 1. Turbina tipo “Pelton” e seu inventor. 
 
 
Fonte: http://meusite.mackenzie.com.br/mellojr/Turbinas%20Hidr%E1ulicas/Image38.jpg 
 
É constituída por uma roda e um ou mais injetores, cuja função é transformar 
a energia de pressão do escoamento em energia cinética, orientando esse 
mesmo escoamento para a roda. É mais adequada para grandes quedas úteis (entre 
os 350 m até 1.100 m) 
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2 OBJETIVO 
 
Neste presente trabalho tem como objetivo utilizar os conhecimentos 
adquiridos na disciplina de Máquinas de Fluxo e montar uma mini turbina do tipo 
“Pelton” para demonstração de energia elétrica. 
A ideia é confeccionar um rotor Pelton em um material que resista a água e 
utilização de um micro motor (gerador) de corrente contínua para gerar energia 
suficiente alimentando luzes tipo led (diodo emissor de luz). 
 
Figura 2. Esquema simplificado de uma micro hidrelétrica com turbina Pelton. 
 
Fonte: http://www.proceedings.scielo.br/img/eventos/agrener/n4v2/126f01.gif 
 
Após a conclusão do projeto, será demonstrado a operação com o fluido de 
trabalho, a água, pois já se conhece através das bibliografias que as turbinas Pelton 
são do tipo tangenciais e de ação parcial. 
 
 
 
 
 
 
7 
 
3 PROJETANDO A TURBINA TIPO “PELTON” 
 
De acordo com os materiais disponíveis, foi elaborado, inicialmente, o 
desenho técnico antes de iniciar a confecção e corte das peças. 
O desenho técnico foi muito importante para verificarmos as medidas e 
simetria do projeto para que na montagem, tenhamos um conjunto balanceado. O 
desenho técnico tem por finalidade a representação dos objetos o mais próximo 
possível, em formas e dimensões, assim, o aprendizado de um engenheiro irá 
depender, de uma forma ou de outra, do desenho técnico 
 
Figura 3. Esboço do desenho técnico das peças do projeto. 
 
 
Fonte: Próprios autores. 
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3.1 Materiais utilizados 
 
Conforme os materiais que havíamos disponibilizados, foi possível elaborar e 
confeccionar o projeto. Isto foi de fundamental importância, pois o projeto quase não 
houve custos com materiais. Os materiais são resistentes e darão certa robustez 
para um projeto didático caseiro. 
 
 
3.1.1 Materiais do conjunto turbina 
 
Os materiais utilizados foram basicamente em aço inox 304, aço carbono 
1.020 e fibra de nylon. As palhetas são de aço carbono, o rotor (de nylon) e suporte 
do rotor são de aço inox. O elemento de máquina de fixação rebite foi utilizado nas 
palhetas no rotor assim como espaçadores de nylon. 
 
 
3.1.2 Gerador 
 
Um gerador de corrente contínua (DC) é fixado no suporte e em seguida 
acoplando diretamente norotor. O gerador ao girar em uma certa rotação, vai gerar 
uma correte elétrica que condira através dos terminais e cabos que estão 
conectados a lâmpadas de LED que por sua vez acendera. 
 
 
3.1.3 Redutor 
 
O redutor é necessário pois neste equipamento contém um conjunto de 
engrenagens que permitem aumentar a rotação, isto é, o redutor acoplado no rotor 
necessita de baixíssima velocidade no conjunto turbina e com o gerador acoplado no 
redutor aumentara significativamente a velocidade que resultara em corrente elétrica 
capaz de acender um conjunto de LEDs. 
 
 
3.1.4 LED 
 
O diodo emissor de luz, também conhecido pela sigla em inglês LED (Light 
Emitting Diode), é usado para a emissão de luz. São convenientes para o projeto 
pois permitem uma redução significativa no consumo de eletricidade. 
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3.2 Imagem do projeto em 3D 
 
Para se ter ideia de como seria a conclusão do projeto, houve a necessidade 
ver o projeto em perspectiva. Desta forma pode se verificar as dimensões e previsão 
de sua finalização e se possível efetuar alterações. 
 
Figura 4. Desenho explodido do projeto. 
 
Fonte: Próprios autores. 
 
O conjunto rotor e eixo são fixos e quando acoplados entram com 
interferência e são fixados com outro disco de nylon e atarraxado com parafuso allen 
tipo sextavado. O acoplamento deste conjunto é feito com o interferência com 
redutor que por fim acoplado ao gerador DC e fixado no suporte. 
 
 
3.2.1 Dimensões 
 
Os discos têm 180 mm diâmetro, as palhetas têm 160 mm de comprimento (o 
conjunto tem 320 mm de diâmetro) e o rotor tem 154 mm de comprimento. O 
comprimento total quando estão todos os equipamentos acoplados incluindo o 
gerador, o redutor e suporte é de 296 mm. 
Eixo 
Redutor 
Suporte com trava 
Palhetas 
Discos do rotor 
Trava 
Gerador DC 
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Figura 5. Perspectiva isométrica do projeto. 
 
Fonte: Próprios autores. 
 
 
3.3 Confecção 
 
Para a confecção do projeto, foi necessário as seguintes tarefas: 
 Eixo de nylon: usinagem em torno mecânico e rosca interna; 
 Trava de nylon: usinagem em torno mecânico e furo passante; 
 Espaçadores de nylon: usinagem em torno mecânico; 
 Suporte de inox: corte, dobramento de chapa, soldagem com eletrodo 
revestido e furo com rosca para travamento do redutor; 
 Disco de inox: corte circular usando cintel giratório e cortador de 
chapas com acabamento em torno mecânico. Posterior furação. 
 Palhetas de inox: confecção de gabarito e cortador de chapas. 
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4 ANÁLISE DOS RESULTADOS 
 
Concluído a etapa de confecção mecânica da turbina caseira, e necessário 
avaliar sua performance: movimentos, atritos, vibrações, estabilidade, etc.. Além 
disso, verificar o se o gerador está em pleno funcionamento para a demonstração 
final. 
 
 
4.1 Teste da rotação e verificação de tensão no gerador 
 
Um dos itens mais importante deste projeto e avaliar se a turbina está estável 
após a ação de uma pequena força nas palhetas. O teste e feito manualmente e 
simultaneamente medimos a tensão com um multímetro nos terminais do gerador 
para verificarmos a existência de tensão. O gerador deve gerar aproximadamente 
1,5 volts pois o LED necessita desta força eletromotriz para funcionar. 
Para que exista a tensão, devemos girar as palhetas no sentido horário e o 
redutor transmita o movimento para o gerador. 
 
Figura 6. Avaliação da rotação e verificação de tensão no gerador. 
 
Fonte: Próprios autores. 
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4.2 Construção do circuito eletrônico 
 
Nesta etapa é necessário conhecer o básico da eletrônica: configurar um 
circuito paralelo e ligar o LED polarizado diretamente com o gerador. 
O circuito paralelo para manter a mesma tensão de 1,5 volts nos LED’s. A 
polarização direta no LED é necessário para que este funcione, isto é, o LED é um 
diodo de baixíssima corrente e só funciona quando o ânodo é ligado ao positivo e 
o cátodo ligado ao negativo da fonte de energia (gerador). 
 
Figura 7. Circuito de LED em paralelo. 
 
Fonte: http://www.dreaminc.com.br/sala_de_aula/wp-content/uploads/Circuito-Paralelo22.gif. 
 
 
4.3 A mini turbina tipo “Pelton” caseira 
 
Após efetuar todos os passos deste relatório, foi possível executar com êxito 
o projeto para posteriormente aplicar o teste com o fluído de trabalho (água) para a 
conclusão final. 
 
Figura 8. Projeto turbina tipo “Pelton” caseira. 
 
Fonte: Próprios autores. 
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5 CONCLUSÃO 
 
Neste presente trabalho, foi pensado na turbina caseira Pelton com eixo 
horizontal, pois pode ser utilizado um (como neste caso) ou dois jatos. Enquanto 
que no eixo vertical utiliza-se de quatro a seis jatos. Desta forma foi possível realizar 
um projeto mais econômico e em menor tempo. 
A possibilidade de efetuar um projeto do mais próximo do real é de grande 
importância para a assimilação de prática, teoria e de forma simplificada com as 
grandes máquinas complexas existentes na engenharia. 
Portanto, o trabalho pratico da disciplina de Máquinas de Fluxo foi uma 
importante aprendizagem pratico-teórico, embora seja compacta, ou seja, não 
envolvemos cálculos, precisão e pesquisas mais aprofundadas, o projeto demonstra 
de maneira simples e de fácil entendimento para o compartilhamento para outras 
pessoas que não atuam na área da engenharia. 
 
Figura 9. Simulação da mini turbina “Pelton” caseira em operação. 
 
Fonte: próprios autores.