Tema_7_2011_Casa_Forca

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7. Turbinas. 
 
Turbina hidráulica axial bulbo: com gerador dentro do 
bulbo. Esse tipo tem sido utilizado na faixa de quedas 
entre 2 e 30 metros sendo a potência máxima construída 
de 66 MW (não mais – Jirau = 76,5 MW). 
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7. Turbinas. 
 
http://meusite.mackenzie.com.br/mellojr/Turbinas%20Hidr%E1ulicas/CAP%CDTULO%203REV.htm 
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7. Turbinas. 
 
As turbinas axiais vêm apresentando grande interesse 
para quedas pequenas em rios de maiores vazões que 
habitualmente se consideraria para instalações da turbinas 
tipo Francis e fluxo cruzado. A turbina axial deu origem a 
uma série de variantes, além do conceito da turbina Kaplan, 
como: a turbina Bulbo, a turbina Sifão, a turbina S, tanto 
de jusante quanto de montante e até a turbina Strafflo. 
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7. Turbinas. 
 
As turbinas axiais tipo "S" têm sua aplicação, principalmente 
para aproveitamento de baixas quedas, entre 5 e 20 m, 
podendo em alguns casos chegar a 25 m de queda. Seu 
emprego em projetos de pequenos aproveitamentos é 
conveniente por apresentar flexibilidade de operação, 
simplicidade de montagem e facilidade de acesso e 
manutenção. 
Cada dimensão de turbina pode ser fornecida, dependendo 
das variações de altura de queda e vazão em quatro variantes: 
distribuidor móvel e rotor de pás móveis; 
distribuidor fixo e rotor de pás móveis; 
distribuidor móvel e rotor de pás fixas; 
distribuidor fixo e rotor de pás fixas; 
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7. Turbinas. 
 
http://meusite.mackenzie.com.br/mellojr/Turbinas%20Hidr%E1ulicas/CAP%CDTULO%203REV.htm 
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7. Turbinas. 
 
Turbina axial periférica ou straflo (straight flo): com 
gerador externo e coroa de pólos nas extremidades das 
pás do rotor. Esse tipo reduz substancialmente a casa de 
máquinas. 
Rendimentos de alguns tipos de turbinas com variações de 
vazões para PCH’s. 
http://meusite.mackenzie.com.br/mellojr/Turbinas%20Hidr%E1ulicas/CAP%CDTULO%203REV.htm 
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7. Turbinas. 
 
A escolha do tipo adequado baseia-se nas condições de 
vazão, queda líquida, na rotação da turbina, no casamento 
turbina-gerador e na altura de sucção, no caso de máquinas 
de reação . 
Conhecidos a altura (H) e a vazão (Q) disponíveis no local, 
levando-se em conta: a rotação (n) imposta em valores 
discretos em função do número de pares de pólos (z), do 
gerador elétrico, e altura de sucção,(hs), no caso da 
turbina hidráulica ser de reação, determina-se uma 
rotação específica, que definirá o tipo de rotor da turbina 
hidráulica, adequado ao aproveitamento em questão . 
 
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7. Turbinas. 
 
Define-se como rotação específica, ou ainda velocidade 
específica, o número de rotações por minuto de uma turbina 
unidade, tomada como padrão da turbina dada, e que 
representa todas as que lhe forem geometricamente 
semelhantes, desenvolvendo a potência de P = 1 HP, sob uma 
queda Hu = 1 m; 
 
ns - velocidade específica; 
n - rotação em rpm; 
P - potência em cv; 
H - queda em m. 
 
251
50
,
,
H
P
nns
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7. Turbinas. 
 
 
Semelhança de turbinas: corresponde a um conjunto de leis e 
conhecimentos através dos quais se torna possível prever o 
comportamento de uma turbina de maior porte a partir da 
atuação ou desempenho de uma turbina menor; 
O aumento da ns tem as vantagens: 
aumento da velocidade do gerador e diminuição de seu 
peso e preço; 
Diminuição do diâmetro do rotor e das suas dimensões 
físicas, do peso e do preço da turbina; 
Diminuição das dimensões da casa de força; 
Pórticos rolantes mais leves. 
Desvantagem; diminuição da eficiência das turbinas. 
 
 
 
 
 
 
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8. Pré-dimensionamento. 
 
As principais informações utilizadas para dimensionamento da 
turbina são as seguintes: 
 potência instalada inicial em MW; 
 queda líquida máxima em m; 
 nível d’água normal do canal de fuga; 
 nível d’água mínimo do canal de fuga; 
 fator de potência; 
 rendimento médio do gerador; 
 temperatura média da água no verão, T em °C; 
 freqüência do sistema elétrico, f em Hz, 60 Hz no caso do 
Brasil. 
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8. Pré-dimensionamento. 
 
A seleção do tipo de turbina poderá ser feita 
diretamente a partir do gráfico a seguir, em função da 
queda líquida máxima e da potência unitária da turbina, 
ou pelas seguintes expressões equivalentes (Eletrosul, 
1996- Manual Inventário), para H em metros: 
 para Pelton: 
150 H1  1500
para Francis de eixo vertical: 
27 H1  600
para Francis de eixo horizontal: 
50 H1  350
50 H1  350
para Kaplan: 
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8. Pré-dimensionamento. 
Seleção de turbinas. 
1000900800700600500400300200100807060 9050403020108 9765
2000
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
90
70
80
60
50
40
30
20
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4 5
6
7
8
9
10
11
12
1314
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
32
31
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8. Pré-dimensionamento. 
 
Para quedas onde é possível adotar mais de um tipo de 
turbina, a seleção deverá ser feita levando em consideração 
características técnicas e operacionais do equipamento de 
geração e também custos e benefícios associados a cada 
tipo. 
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8. Pré-dimensionamento. 
 
As principais informações para quantificação são as 
seguintes: 
cota média do terreno na área da casa de força; 
condições geológicas e profundidade do topo rochoso na 
área da casa de força; 
volume de concreto correspondente à escavação adicional 
necessária por fundação deficiente; 
volume de concreto resultante de modificações no projeto 
para nível d’água máximo do canal de fuga superior à cota 
do piso do gerador; 
tipo de casa de força; e 
nível d’água máximo do canal de fuga. 
 
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8. Pré-dimensionamento. 
Manual de Inventário - ELB 
 
A velocidade específica inicial, n’s, é obtida no gráfico 
abaixo em função da queda líquida máxima ou pelas 
expressões equivalentes (Eletrosul, 1996): 
10
100
1000
10000
10 100 1000
Eixo Horizontal
ns=271xlog(502/H) para 50,6  H < 192,9
ns=3364xH
-0,646,
para 192,9  H  360,8
Eixo vertical
ns=219xlog(1006/H) para 33,2  H  358,1
ns=2772xH
-0,568
 para 358,1 < H  1179,6
VELOCIDADE ESPECÍFICA (ns)
Limites de aplicação: 33,2  H 1180
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8. Pré-dimensionamento (Pelton). 
 
1
1
6
g1
Hk
P10
 N= Q


k g t g     1 1
89,01t 
95,01g 
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8. Pré-dimensionamento(Pelton). 
 
Q1 - vazão turbinada máxima total, em m
3/s; 
H1 - queda líquida máxima, em m; 
P1 - potência de uma unidade geradora, em MW; 
k - coeficiente; 
 = 1000 kg/m3 - massa específica da água; 
t1 - rendimento da turbina para queda líquida 
máxima; 
g1 - rendimento do gerador para queda líquida 
máxima; 
g = 9,81 m/s2 - aceleração da gravidade; 
 
 
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8. Pré-dimensionamento (Pelton). 
 
A velocidade inicial, n’ (rpm), é dada pela expressão: 
 
n' = n' H Ps 1
1,25
1t
-0,5 
sendo: 
 
j
P10
 = P
g
1
3
1t

n’s - velocidade específica inicial; 
H1 - queda líqüida máxima, em m; 
P1t - potência unitária da turbina, 
em kW; 
 
P1 - potência de uma unidade 
geradora, em MW; e 
g 
 
j 
- rendimento do gerador para 
queda líquida máxima. 
– número de injetores 
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8. Pré-dimensionamento (Pelton). 
 
O número de pólos do gerador, p, é obtido a partir do 
Quadro 5.8.2.01 (Manual de Inventário, Eletrobras), em 
função da velocidade inicial e vazão turbinada unitária 
máxima. 
UFRJ 
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8. Pré-dimensionamento. 
 
Nº de Velocidade Nº de Velocidade 
pólos 
do 
Síncrona pólos 
do 
Síncrona 
gerad
or 
50 Hz 60 Hz gerad
or 
50 Hz 60 Hz 
6 1000 1200 60 100,0 120,0 
8 750,0 900,0 62 96,8 116,1 
10 600,0 720,0 64 93,75 112,5 
12 500,0 600,0 66 90,91 109,09 
14 428,57 514,29 68 88,24 105,88 
16 375,0 450,0 70 85,71 102,86 
18 333,33 400,0 72 83,33 100,0 
20 300,0 360,0 76 78,95 94,74 
22 272,73 327,27 78 76,92 92,31 
24 250,0 300,0 80 75,00 90 
26 230,7 276,9 82 73,17 87,80 
28 214,29 257,14