trabalho NPC turbinas

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Trabalho de NPC da matéria Turbinas.
Professora: Thaís Magdalena.
Alunos: Alex Teixeira Freitas, matrícula 19308099001.
 Rafael da Silva Ribeiro, matrícula 1620899001.
 Filipe Muniz Lima de Carvalho, matrícula 1620899007.
 Ronaldo Nascimento de Oliveira, matrícula 162089005.
 Carlos Alberto Nunesda Silva, matrícula 1790899025.
Projeto de Turbinas
NPC
Rio de Janeiro, 01 de junho de 2020
1- INTRODUÇÃO
A Solid Turb foi fundada oficialmente em 2002, quando Marcos Coimbra passou
para as mãos de seu filho, Arthur Coimbra, sua fábrica de itens elétricos. A empresa passou por diversas etapas até chegar nos dias de hoje.
Com a dificuldade e gargalo mundial em se produzir energia, a empresa migrou para
a construção de turbinas hidráulicas, sendo a primeira produzida em 2003, a de H.Jonval – SC com 100 HP.
Em 2006, a primeira turbina Francis é fornecida para uma tecelagem e, em 
2008, a Solid Turb fornece a primeira turbina Pelton que começam também a serem produzidas.
O ano de 2008 foi muito importante para a empresa em termos de pedidos. Produzimos e instalamos as duas maiores turbinas Pelton do mundo, com 226.000 HP para a Usina Hidrelétrica São Luíz do Tapajós (Pará) e com a troca de 3 das 18 turbinas Francis da Usina de Itaipu.
Em 2020, no 18o aniversário, já haviam sido produzidas 1024 turbinas.
Durante todos esses anos de história, a Solid Turb desenvolveu valores e missões que fazem parte da cultura da empresa, isto é, no que a empresa acredita e busca.
Valores:
• Excelência nos serviços ao cliente 
• Eficiência de suas atividades
• Espírito de seus funcionários
 Missões:
 • Ser um parceiro confiável de seus clientes
 • Oferecer um amplo espectro de desempenho para seus clientes
 • Estar próxima de seus clientes em qualquer parte do mundo
 
 E é nesse cenário globalizado, disputado e de grandes oportunidades que se insere este trabalho.
1.1 - JUSTIFICATIVA
O presente trabalho visa uma necessidade encontrada em projeto desenvolvido pela empresa
WRT onde necessita da fabricalção e instalação de 12 turbinas para uma futura usina hidrelétrica localizada no no rio Tocantins / Pará.
Se faz necessário realizar um estudo para determinar qual turbina aproveitará o máximo potencial hidroelétrico, para que o projeto se torne viável. Segundo Quantz, qualquer motor hidráulico moderno deve preencher os seguintes requisitos técnicos básicos: 
1º) possibilitar o aproveitamento de uma grande gama de saltos, cobrindo ampla faixa de alturas e vazões disponíveis; 
2º) o aproveitamento deve efetuar-se com bons valores de rendimento e com boas características hidrodinâmicas, permitindo o acoplamento do motor hidráulico às máquinas geradoras ainda que sejam variáveis as condições do salto (altura e vazão), de modo que a instalação seja rentável; 
3°) o eixo/árvore poderá dispor-se horizontal, inclinado ou verticalmente, segundo o exija o acoplamento às máquinas geradoras;
 4º) a velocidade angular deve ser a mais elevada possível para que se consiga, dessa forma, acoplamentos diretos ou transmissões com poucas multiplicações; 
5º) deve apresentar boa regulagem, a fim de que sejam tão adequados quanto outros tipos de máquinas (turbinas a vapor e a gás, motores diesel) para o serviço nas centrais elétricas; 
6º) todos os elementos importantes, especialmente os órgãos de regulagem e mancais, devem ser de fácil manutenção. As modernas turbinas hidráulicas do tipo Francis, cumprem bem todas essas condições, superando largamente outros tipos de motores hidráulicos.
No decorrer de algumas análises feitas pela empresa, no sentido de avaliar qual turbina se adequa melhor colhemos os seguintes dados técnicos.
FICHA TÉCNICA FORNECIDA PELA HIFRELÉTRICA
LOCALIZAÇÃO
RIO TOCANTINS, ESTADO DO PARÁ, A 300 KM EM LINHA RETA DE BELÉM, COORDENADAS GEOGRÁFICA: LATITUDE 03o 45' 03''S, LONGITUDE 49o 40' 03''W
DADOS HIDROLÓGICOS
Área de drenagem do rio Tocantins 758 000 Km2
Vazão máxima registrada 68 400 m3/s
Descarga de projeto para desvio 56 000 m3/s
Descarga de projeto do vertedouro 100 000 m3/s
Descarga limite 110 000 m3/s
 
Reservatório
NA máximo normal 74m
NA mínimo operacional 51,6m
Cota da crista 78m
Área inundada no NA máximo normal 3007km2
Volume total acumulado (cota 72m) 45.500hm3
Volume total acumulado (cota 74m) 50.275hm3
Volume útil 35.320hm3
Cota de coroamento das estruturas 77,578,0m
Queda líquida nominal 60,8m
 
Tomada d'água
Comprimento da tomada d'água 366m
Comprimento da casa de força 375m
Comprimento da casa de força incluído área de montagem 530m
Número de comportas planas 12
Diâmetro do conduto 10,40m 
Dados totais 
Descarga turbina para queda nominal 576m3/s
Queda normal 60,80m
Engolimento nominal 575m3/s 
  
Níveis d'água de Jusante
NA máximo excepcional 24,5m
NA máximo normal (12 turbins operando) 6,8m
NA mínimo normal (3 turbinasoperando) 3,96m
 
Vertedouro
Tipo salto de esqui, comportas de segmento
Comprimento 580m
Altura máxima 86,5m
Número de comportas de 20 x 21m 23
Número de adufas de desvio de 6,5 x 13m 40
Capacidade de descarga 110.000m3/s
 
Barragens de Terra e de Enrocamento e Diques
Barragens da margem esquerda 18,8x106m3
Barragens do canal do rio e da margem direita 33,2x106m3
Diques 2,4 x106m3
 
Barragem de Gravidade e Área de Montagem
Comprimento dos blocos de gravidade 120m
Comprimento da área de montagem 120m
1.2 - Tipos de Turbina a ser analizadas.
1.2.1 - Turbina Francis
Queda e vazão são as duas características determinantes na geração de energia hidrelétrica e elas variam muito de acordo com a sazonalidade – existem épocas em que chove pouco e épocas em que chove muito.
Por isso o distribuidor da Turbina Francis possui um conjunto de pás móveis, cujo objetivo é ajustar o ângulo de entrada da água, dando maior rendimento à turbina em uma grande faixa de operação.
A faixa de operação a qual essa turbina funciona com eficiência fica entre 45 e 400m de queda e 10 a 700m³/s de vazão.
O correto dimensionamento da turbina faz com que o índice de ocorrência do fenômeno cavitação seja minimizado.
A adaptabilidade faz com que as Turbinas do tipo Francis sejam as mais versáteis, apresentando uma eficiência na faixa de 85%.
1.2.2 - Turbina Kaplan
A Turbina Kaplan é projetada para situações onde têm-se uma pequena queda, mas um grande volume de água. Ela opera com maior eficiência com relação aos outros tipos de turbina em quedas de até 60 metros.
1.2.3 - Turbina Pelton
Também chamada de Roda Pelton foi registrada por Lester Allen Pelton, um engenheiro norte americano, em 1880, recebendo seu nome. O modelo é um tanto diferente dos mais tradicionais. O rotor possui pás em forma de concha e o distribuidor é formado por bocais com jatos de água direcionados para as pás.
Elas podem possuir um, dois, quatro ou seis jatos e o bocal possui uma agulha com ajuste da vazão.
As Turbinas do tipo Pelton são utilizadas em situações onde existe uma pequena vazão e uma grande queda. A faixa de operação é entre 350m e 1100m de queda.
1.3- Analisando o senário pelo gráfico comparativo
Onde: 
· Vermelho – Kaplan
· Amarelo – Turbina Francis
· Verde – Pelton
1.4 - Conclusão
Analisando os dados técnicos a turbina Francis é a mais indicado, devido a grande vazão de 575 m³/s e queda d`água acima de 60 metros. A turbina Pelton apesar de suportar grandes quedas, ela não suporta alta vazão e a turbina Kaplan é exelente para em altas vazões, mas com baixas quedas, que não é o que se encontra.
2-Cronograma
3 - Cálculos
3.1 -Potencial hidráulico (geração de energia)
Dados: Q= 575/s
H= 60,8m
Ø= 319” (conduto) 8.102,60mm ou 8,1m
Ph= p.g.Q.H
Ph= 9.800kg/ . 575 . 60,8m
Ph= 342.608.000KW ou 342,6MW
3.2- Velocidade do fluido 
Q= V.A V = ou V= 
V= V= V= 11,15m/s ou 40,17km/h
3.3- Potencia útil (rendimento 85%) 
3.3.1- Perdas 
	Turb Francis
	η+%
	ηv%
	ηm%
	Turb 1930G
	85
	90
	88
Pe= 291,21MW
Pi= ηi .Ph 0,9.342,21Pi=308,34
Pm= Pi-Pe 308,34-291,21 Pm=17,13
3.4- TRIÂNGULOS DE VELOCIDADE NOROTOR
Dados:
 D4: 319”
D5: 310”
B4: 0,50m
B5: 0,50m
3.5- Área
A4: .D1.b1= .8,1m . 0,50= 12,72
A5= .D2.b2= . 12,2m .0,50= 19,16
3.6- Componentes meridionais 
Cm4= = 45,2m/s
Cm5= = 30m/s
3.7- Componentes tangenciais 
U4= .D4.n/60= .8,1.150/60= 63,6m/s
U5= .D5.n/60= .12,2.150/60= 95,8m/s
3.8- Triângulo de saída (retângulo C5 = Cm5)
Tg βe= = = 0,31β= 17,22⁰
 ₅= u+ C= 100,3m/s
3.9- Triângulo de entrada 
Tg β4= = Wu4= = Wu4= 7,1*
Cu4= u4=Wu4 63,6-7,1 56,5m/s
C= C+ C = 56,5m/s
Tgɑ4= == 0,8 ɑ4= 38,6⁰
3.8- Equação fundamental
Potência mecânica nas pás, transferência de energia para o eixo, será igual a potência hidráulica fornecida pelo fluído.
Ha-∞= = 
A 
Temos:
Espessura das pás na entrada: 12mm
Número de pás: 20 
η =85%
Øext= 8,1m
Øint= 8m
Espessura = 0,012m
3.9- Cálculo do diâmetro médio 
Dm= = = 8,05m
3.10- Cálculo das áreas
A3=A5=A6=(= (=(=1.26m2
3.11- Componentes meridionais
Cm3= Cm5=Cm6=C6== 30m/s
3.11.1- Cálculo dos componentes tangenciais 
U=.Dm.n/60=.8,05.150/6063,22m/s
Cu3=Cu4 a partir de H e de Wu3
gHa-∞= uCu3 Ha-∞= Ha= ηa.H
ηa.H= uCu3=9,8.0,85.60=63,22.Cu3
Cu9=cu3= 8m/s
Wu3= u.Cu3
Wu3= 63,22.8 Wc3= 505,76m/s
3.11.2Triangulo de entrada externo no ponto 3
Tg β3 = cm3/wu3 = 304505,76 = 0,06
β3 = 3,43º
Tg α3 = cm3/cu3 = 30/8 = 3,75
α3 = 75º
3.12- Calculo do fator de estrangulamento na entrada (A3)
T4 = π.dm/z = .8,050/20
T4 = 402,5 mm 
St4 = s4/sen β4 = 12 mm/sem 3,5º
St4 = 196,56 mm 
A3 = t4 – st4/ t4 = 402,5 – 196,56/402,5
A3 = 0,51
3.13- Triangulo de entrada interno do ponto 4.
Cm3 = cm4.A3 
Cm4 = cm3/A3 = 30/0,51
Cm4 = 58,8 m/s
Tg β4 = cm4/wu3 = 31,25/505,75 = 0,062
β4 = 3,5º
3.14- Analise da turbina francis (rotor)
m = d4/d5 = 8,1/8
m = 1,0125 m 
k = a4/a5 = 12,72/19,16 
k = 0,66
gHt-∞ = (π.d5/60)2. (m2 – 1).n2 + π.d5/60.A5(1/tg β5 – m/k.tg β4)q.m
gH t-∞ = (π.12,2/60)2 . (1,0125 – 1) . 1502 + π.12,2/60.19,16 . (1/0,31 – 1,0125/0,66.0,062)30.150
gHt-∞ = (0,63)2. 0,025.22500 + 38,32/1.149,6 . (3,2 – 24,74). 4500
	0,3969. 0,025 . 22500 + 0,033 . (-21,54) . 4500. 223,25 – 3198,69
gHt-∞ = -2975,44
3.15- Calculos de semelhança entre modelo e o protótipo
A semelhança geométrica impõe que ângulos construtivos sejam iguais.
 β4m = β4p e β5m = β5p
Cup/cum = cmp/cmm = up/um = π.np. dp/π.mm.dm = np. dp/nm.dn
Os resultados encontrados estão de acordo para o início da fabricação.
4- Desenho da Turbina
5- Custos 
Todas asetapas para fabricação e entrega da turbina funcionando terá um custo, que será descrito a seguir e considerando 11 meses para o termino do processo.
5.1- Custos Diretos
Itens: 
Equipe permanente – EP
Consultores – Cons
Apoio técnico – Ap Téc
5.2 – Lista de materiais
5.3- Equipamentos
5.4- Custos Indiretos
5.5- Custos Administrativos
5.6- Despesas Legais
5.7- Custos totais para 12 turbinas
5.8- Orçamento
5.9- Calculo do Payback
DIAS DO PROJETO
3
Plano
Real
%
 
Completa
AtividadeLINHA DO TEMPO - SEMANA
123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445
Coleta de Dados
Planejamento
Projeto
Usinagem de peças 
Carcaça - wps
Carcaça - chapas oxicortadas
Carcaça - chapas - montagem
Carcaça - chapas - soldagem
Carcaça - usinagem - sobremetal
Carcaça - mandrilagem
Carcaça - mandrilagem - montagem
Carcaça - mandrilagem - soldagem
Carcaça - mandrilagem - E.N.D
Tubos de succção - chapa - montagem
Tubos de succção - chapa - soldagem
Tubos de succção - mandrilagem - montagem
Tubos de succção - mandrilagem - soldagem
Tubos de succção - mandrilagem - E.N.D
Rotor
Eixo
Distribuidor
Pás do distribuidor
Conduto fechado
Gerador
Montagem - fabrica
Teste - fabrica
Envio de data book 
Transporte
Instação no Local
Comissionamento
Partida da Turbina - Entrega
CRONOGRAMA DE FABRICAÇÃO - 12 TURBINA FRANCIS
PLANEJAMENTO
TipoItem DescriçãoHH HorasHH 50%Horas 50%HH 100%Horas 100%HH Total
1Engenheiro Mecânico44,00242066,0040088,0080139.920,00
2Engenheiro Eletricista40,00242060,0020080,0040112.000,00
3Engenheiro Civil40,00242060,0020080,0040112.000,00
4Técnico Mecânico12,00242018,0040024,004037.200,00
5Técnico Eletricista12,00242018,0040024,004037.200,00
Auxilar Técnico8,00242012,0040016,004024.800,00
6Supervisor22,00242033,0040044,0020075.240,00
7Encarregado15,00242022,5048030,0020053.100,00
8Montador10,00242015,0048020,0020035.400,00
9Soldador10,00242015,0048020,0020035.400,00
Mecânico10,00242015,0048020,0020035.400,00
10Ajudante5,0024207,5048010,0020017.700,00
Almoxarife7,00242010,5048014,0010023.380,00
11 Bureal Veritas 120,002420180,00480240,000376.800,00
12BMG consultoria100,002420150,00480200,000314.000,00
13Jurídico40,00242060,0048080,000125.600,00
14Inspetor de Qualidade30,00242045,0048060,00400118.200,00
15Técnico de Qualidade12,00242018,0048024,0040047.280,00
16Técnico de Segurança12,00242018,0048024,0040047.280,00
Estagiário6,0014529,0048012,002413.320,00
17Projetista35,00242052,5048070,0048113.260,00
18Desenhista Técnico15,00242022,5048030,007249.260,00
R$ 605,00R$ 52.272,00R$ 907,50R$ 9.600,00R$ 1.210,00R$ 2.924,00R$ 1.943.740,00Total Geral
E.P.
Ap Téc
Custos Diretos - Recursos Humanos
Cons
ItemCódigoDescrição$ UnitárioQuantidadeValor
1MSH-350 RRotor , 318", ASTM A 743 CA6NM220.000,001,00220.000,00
2MSH-350 EEstator, SAE 1045110.000,001,00110.000,00
3MSH-350 AAnel de suporte, SAE 104533.450,001,0033.450,00
5MSH-350 P14Pré Distribuidor, SAE 104542.120,001,0042.120,00
6MSH-350 DDistribuidor, SAE 104551.980,001,0051.980,00
7MSH-350 C49FConduto forçado, 6m, Aço Fundido SAE 104511.760,008,0094.080,00
8MSH-350 C1Carcaça Caracol, Aço Fundido SAE 1045102.000,001,00102.000,00
9MSH-350 S8Tubo de sucção, aço fundido SAE 104541.300,001,0041.300,00
10MSH-350 E7Eixo , ASTM A 743 CA6NM30.000,001,0030.000,00
11MSH-350 E9Eixo Superior, SAE 1045470,001,00470,00
12MSH-350 R8Eixo inferior, SAE 1045490,001,00490,00
13MSH-350 CCruzeta, A36860,001,00860,00
14MSH-350 S8Servomotor, A36455,002,00910,00
15MSH-350 A23Aro de Operação, A361.130,001,001.130,00
16MSH-350 TTampa , SAE 10451.490,001,001.490,00
18MSH-350 A24Anel inferior, A361.200,001,001.200,00
19MSH-350 M2Mancal SAE 10451.320,002,002.640,00
20PS-512Parafuso 1" A36330,003611.880,00
21PS-512 AArruela 1" A36105,00727.560,00
22PS-512 PPorca 1" A36180,0072,0012.960,00
23Val-B350Valvula Borboleta , 319" , A3625.050,001,0025.050,00
24FLAN 350Flange 319" , A363.700,001,003.700,00
795.270,00TOTAL
Custo Direto - Lista de Materiais
ItemDescriçãoDiáriaDiasTotal
1Retro escavadeira800,0043.200,00
2Betoneira300,0041.200,00
3Guindaste22.000,005110.000,00
4Transporte45.000,00145.000,00
5Insumos30.000,00130.000,00
189.400,00Total Geral
Custo Direto - Equipamentos
ItemDescriçãoValor
1Fornecedor 1- ASTF33.000,00
2Fornecedor 2- Concremat28.500,00
3Consultoria técnica-Testes50.000,00
4Manutenção - 18 meses12.000,00
TOTAL123.500,00
Custos Indiretos
Item DescriçãoHH HorasHH 50%Horas 50%HH 100%Horas 100%HH Total
1Chefe de departamento30,00242045,0040060,0012097.800,00
2Chefe de compras30,00242045,008060,008081.000,00
3Administrador18,00242027,0038036,0014058.860,00
4Analista de RH15,00242022,5038030,008047.250,00
5Secretária de RH10,00242015,0040020,008031.800,00
6Comprador17,00242025,5026034,006049.810,00
7Contador20,00242030,002040,0012053.800,00
R$ 140,00R$ 16.940,00R$ 210,00R$ 1.920,00R$ 280,00R$ 680,00R$ 420.320,00
Custos Indiretos - Administrativo
Item DescriçãoValor
1ICMSR$ 9.600.000,00
2FGTSR$ 2.578.440,00
3INSSR$ 2.339.870,00
4ISSR$ 2.500.300,00
5RTFR$ 478.960,00
6JRGR$ 435.400,00
R$ 17.932.970,00
TOTAL
Despesas Legais
DescriçãoTotal
Custo Direto1.943.740,00
Materiais9.543.240,00
Equipamentos189.400,00
Custo indireto123.500,00
Custo Indireto- ADM420.320,00
Despesas Legais17.932.970,00
TOTAL GERAL30.153.170,00
Valor: 
Projeto, instação e testes de 12 Turbinas Francis modelo T350-G
Este valor se encontra embutido o transporte, 18 meses de garantias contra defeitos de fabricação 
e manutenção geral.
R$ 30.153.170,00
Solid Turb 
CNPJ 23344/0001-69
Rua do Queimado, 1630 
Madureira - RJ 24355-360
(21) 3640-1035
Descrição
ORÇAMENTO
Nº 2134
Projeto e Instalçao de Turbina Francis modelo TURB-340Data da emissão: 29/06/2020
Dados do cliente
Nome: WRT - Hidrelétrica
Endereço: Rua Gomes Dreita, 340 - Chué- Paraná (rio Tocantins)
Investimento Inicial =R$ 58.399.645.170,00=
Ganho no períodoR$ 5.694.163.200,00
Turbina - KW gerado por hora 
Valor - KW vendido por hora
Investimento em turbinas = 
Custo - 12 Turbinas 
R$ 7.548.163.200,00
R$ 1.854.000.000,00
R$ 5.694.163.200,00
R$ 58.369.492.000,00Custo da Hidrelétrica sem turbina
R$ 30.153.170,00
Custo total da Hidrelétrica sem 
turbina
58.399.645.170,00
Total de ganhos no mês
Cálculo de Payback
Payback = 
10,26
Total - Hora
Total - dia
Total - mês
Despesas gerais por mês
30.153.170,00
R$ 3.494.520.000,00
R$ 0,003
R$ 10.483.560,00
R$ 251.605.440,00