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Copyright © 1990, ABNT–Associação Brasileira de Normas Técnicas Printed in Brazil/ Impresso no Brasil Todos os direitos reservados Sede: Rio de Janeiro Av. Treze de Maio, 13 - 28º andar CEP 20003 - Caixa Postal 1680 Rio de Janeiro - RJ Tel.: PABX (021) 210 -3122 Telex: (021) 34333 ABNT - BR Endereço Telegráfico: NORMATÉCNICA ABNT-Associação Brasileira de Normas Técnicas Palavras-chave: Chaminé. PCH 5 páginas Dimensionamento hidráulico de chaminés de e quilíbrio para pequenas centrais hidrelétricas (PCH) NBR 12596ABR./1992 1 Objetivo Esta Norma fixa os requisitos técnicos mínimos aplicá- veis ao dimensionamento hidráulico preliminar de chami- nés de equilíbrio, de seção transversal constante, utiliza- das em sistema adutor de PCH, classificadas conforme NBR 9969. 2 Documento com plementar Na aplicação desta Norma é necessário consultar: NBR 9969 - Turbinas hidráulicas para pequenas centrais hidrelétricas (PCH) - Classificação 3 Defini ção Para os efeitos desta Norma é adotada a definição de 3.1. 3.1 Chaminé de e quilíbrio Estrutura hidráulica, de concreto ou aço, geralmente im- plantada entre o trecho de adução de pequena declivida- de (menor pressão) e o trecho de adução de grande de- clividade (maior pressão), com a finalidade de amortecer transientes hidráulicos produzidos por manobras rápidas do dispositivo de controle de vazão da turbina (ver Figu- ra 1). 4 Condi ções es pecíficas 4.1 Parâmetros básicos de sele ção A instalação de uma chaminé de equilíbrio é necessária quando ocorre uma das seguintes condições: a) > 5; b) th = > 3 s; c) L = Lc + L1. Notas: a) Em alguns casos, admite-se estender o limite até 6 s, desde que não afete a estabilidade do grupo. b) No caso de condutos com variação de diâmetro, deve- se considerar o somatório v . L. Onde: L = comprimento de conduto forçado (m) Lc = comprimento desde a tomada d'água até a entrada da chaminé de equilíbrio (m) L1 = comprimento desde a saída da chaminé de equilíbrio até a entrada da caixa espiral (m) Hg = queda bruta (m) th = tempo de aceleração da massa d'água em escoamento (m/s) v = ve locidade da m assa d 'água em escoam ento (m /s) g = aceleração da gravidade (m/s2) Hg L v . L gHg Origem: Projeto 04:007.04-006/91 CB-04 - Comitê Brasileiro de Mecânica CE-04:007.04 - Comissão de Estudo de Condutos Forçados NBR 12596 - Surge tanks for small hydroelectric power plants preliminary design - Procedure Descriptors: Surge tank. Small hydrelectric power plant Esta Norma foi baseada no Manual de PCH elaborado pela ELETROBRÁS Procedimento 2 NBR 12596/1992 Figura 1 - Chaminé de e quilíbrio NBR 12596/1992 3 Tabela 1 - Coeficientes de perda de car ga nas grades kg Tipos de barras b/e1 ¯ 5 2,42 1,83 1,79 4.2 Dimensionamento hidráulico 4.2.1 Perda de car ga total no sistema adutor até a chaminé de equilíbrio (h W ) A perda de carga (ht) é determinada pela expressão: ht = hi + hg + he + ha + hf (m) Onde: hi = perda de carga ao longo do trecho de aproxima- ção (m) hg = perda de carga na grade do sistema de adu- ção (m) he = perda de carga na entrada da tomada d'água (m) ha = perda de carga no conduto adutor (m) hf = perda de carga no conjunto das singularidades porventura existentes entre a tomada d'água e a chaminé de equilíbrio (m) 4.2.1.1 Perda de car ga ao lon go do trecho de a proxima ção (h i) A perda de carga (hi) é determinada pela expressão: hi = 0,1 (m) Onde: vi = velocidade de aproximação (m/s) 4.2.1.2 Perda de car ga na grade (hg) A perda de carga (hg) é determinada pela fórmula de Kirschemer: hg = kg . 1,3 . . sen θ1 (m) Onde: kg = coefic iente de escoam ento re lacionado na Tabela 1 e1 = espessura das barras retangulares ou diâmetro das barras redondas (mm) e2 = espaçamento entre as barras (mm) vg = velocidade de aproximação da água a montante da grade (m/s) θ1 = inclinação das barras em relação à direção da velocidade vg 4.2.1.3 Perda de car ga na entrada da tomada d'á gua (he) A perda de carga (he) é determinada pela expressão: he = ke (m) Onde: ke = coeficiente que depende da geometria da to- mada d'água conforme Figura 2 vi 2 2g 2g v2 Figura 2-(a) - Saliente interno (ke = 0,78) Figura 2-(b) - Aresta viva (ke = 0,50) Figura 2- (c) - Boca em cam pânula (ke = 0,04) Figura 2-(d) - Aresta li geiramente arredondada (ke = 0,23) 4.2.1.4 Perda de car ga no conduto adutor até a chaminé de equilíbrio (ha) A perda de carga (ha) é determ inada pe la fórm ula un iversa l: ha = f . . Figura 2 - Coeficiente da perda de car ga na entrada da tomada d'á gua D Lc 2g v2 ( )e1e2 vg 2 2g 4 NBR 12596/1992 Tabela 3 - Determina ção do coeficiente z d em fun ção de k' k ' 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,00 1,000 0,982 0,964 0,946 0,928 0,910 0,895 0,881 0,866 0,852 0,10 0,837 0,823 0,809 0,794 0,780 0,766 0,755 0,744 0,734 0,723 0,20 0,712 0,702 0,692 0,683 0,673 0,663 0,654 0,645 0,637 0,628 0,30 0,619 0,611 0,603 0,594 0,586 0,578 0,570 0,562 0,555 0,547 0,40 0,539 0,532 0,526 0,519 0,513 0,506 0,500 0,494 0,487 0,481 0,50 0,475 0,469 0,464 0,458 0,453 0,447 0,442 0,437 0,432 0,427 0,60 0,422 0,417 0,412 0,408 0,403 0,398 0,394 0,390 0,386 0,382 0,70 0,378 0,374 0,371 0,367 0,364 0,360 0,357 0,353 0,350 0,346 0,80 0,343 0,340 0,337 0,334 0,331 0,328 0,325 0,322 0,319 0,316 0,90 0,313 0,310 0,308 0,305 0,303 0,300 0,298 0,296 0,293 0,291 1,00 0,289 - - - - - - - - - Nota: Os valores de zd são negativos. Onde: f = fator de atrito de acordo com a Tabela 2 D = diâmetro do conduto adutor (m) Tabela 2 - Fatores de atrito Material Fator de atrito (f) Aço envelhecido 0,0130 Cimento-amianto 0,0160 Concreto rugoso 0,0195 4.2.1.5 Perda de car ga no con junto das sin gularidades (hf) A perda de carga (hf) é determinada pela expressão: hf = 0,1 4.2.2 Determina ção da área da se ção transversal da chaminé (Ac) A área interna da seção transversal da chaminé de equilí- brio pode ser calculada pela expressão: Ac > . Onde: Ac = área in terna da seção transversa l da cham iné (m 2) Hgm = queda bruta mínima (m) At = área interna da seção transversal do conduto adutor (m2) 4.2.3 Determina ção da máxima eleva ção do nível d'á gua no interior da chaminé (YE) O valor de nível (YE) é calculado pela expressão: YE = ze . v . Onde: ze = 1 - k + k 2 k = = 4.2.4 Determina ção da de pleção na chaminé de e quilíbrio 4.2.4.1 Depleção em condi ções de re jeição total da car ga (YD) O valor da máxima depleção da chaminé (YD), corres- pondente ao fechamento total do órgão de controle de vazão da turbina desde a sua posição totalmente aberta, pode ser obtido pela seguinte expressão: YD = zd . v Onde: zd é obtido na Tabela 3 em função de k', que é for- necido pela expressão a seguir: k' = Onde: h't = perda de carga no sistema adutor (m) Nota: O valor de h' W deve ser calculado considerando-se a perda de carga por atrito no conduto adutor (ha) definida em 4.2.1.4, com fator de atrito correspondente a conduto de paredes ásperas (f = 0,020). 3 2 1 9 v ht ht v 2g v2 2g v2 (Hgm - ht) ht Lc . At h't v NBR 12596/1992 5 4.2.4.2 Depleção em condi çõees de abertura parcial (Y'D) O valor da máxima depleção na chaminé (Y'D) decorrente de uma abertura parcial do órgão de controle de vazão da turbina, desde 50% da abertura até a abertura total, pode ser obtido pela seguinte expressão: Y'D = z'd . v . Onde: z'd é obtido na Tabela 4 em função de k', fornecido pe- la expressão de 4.2.4.1 4.2.5 Determina ção da altura da chaminé de e quilíbrio (Hc) A a ltura da cham iné (H c) pode ser ca lcu lada pe la expressão: Hc = YE + (YD ou Y 'D) + Ye + Yd + YR Onde: YE = elevação do nível d'água considerando as per- das de carga (m) YD ou Y 'D = depleção donível d'água (m) Ye = acréscimo de segurança na altura de elevação, igual a 1 m Yd = acréscim o de segurança na dep leção, igua l a 1 m YR = depleção máxima do nível do reservatório (m) Notas: a) Deve-se considerar o maior valor entre Y ' e Y ' ' . b) Y ( é sempre contado a partir do nível máximo do reser- vatório. c) Y ' ou Y' ' é sempre contado do NA mínimo para baixo. 4.3 Características técnicas gerais As características técnicas gerais, que definem a chami- né de equilíbrio dimensionada de acordo com as prescri- ções desta Norma, são as seguintes: a) área da seção transversal da chaminé .......... (m2); b) elevação máxima do nível d'água no interior da chaminé .................................. (m); c) depleção do nível no interior da chaminé em condições de rejeição total de carga ................................................ (m); d) depleção do nível no interior da chaminé em condições de abertura parcial ............................................................ (m); e) dimensões principais .................................... (m); f) desenho esquemático do circuito hidráulico. Tabela 4 - Determina ção do coeficiente z' d em fun ção de k' k ' 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,00 0,500 0,504 0,507 0,511 0,514 0,518 0,522 0,525 0,529 0,532 0,10 0,536 0,540 0,544 0,548 0,552 0,556 0,560 0,564 0,569 0,573 0,20 0,577 0,581 0,585 0,589 0,593 0,597 0,601 0,605 0,610 0,614 0,30 0,618 0,622 0,627 0,631 0,636 0,640 0,644 0,649 0,653 0,658 0,40 0,662 0,666 0,671 0,675 0,680 0,684 0,689 0,693 0,698 0,702 0,50 0,707 0,711 0,716 0,720 0,725 0,729 0,734 0,739 0,744 0,749 0,60 0,754 0,759 0,764 0,770 0,775 0,780 0,786 0,791 0,797 0,802 0,70 0,808 0,814 0,819 0,825 0,830 0,836 0,842 0,848 0,854 0,860 0,80 0,866 0,872 0,878 0,885 0,891 0,897 0,904 0,910 0,917 0,923 0,90 0,930 0,937 0,944 0,952 0,959 0,966 0,973 0,980 0,986 0,993 1,00 1,000 - - - - - - - - - Nota: Os valores de z 'd são negativos. licenca: Cópia não autorizada
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