Universidade Federal de Pernambuco
Universidade Federal de Pernambuco – – UFPEUFPE
Centro d
Centro de Tecnoloe Tecnologia e Geociêgia e Geociência -ncia - CTGCTG
Grupo:
Grupo:Ebenezaide AlvesEbenezaide Alves
Emerson Vero Emerson Vero Guilherme Pereira Guilherme Pereira Guilherme Reis Guilherme Reis Hamilton Geum Hamilton Geum Nathalia Mota Nathalia Mota Roberto Rosseline Roberto Rosseline Disciplina:
Disciplina:Máquinas Primárias 2Máquinas Primárias 2
Professor:
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HistóricoHistórico DefiniçõesDefinições ClassificaçãoClassificação CaracterísticasCaracterísticas
PriPrincíncípiopioss de Açãode Ação
VantagVantagensens e e DesvantDesvantagensagens
Histórico das Turbinas Pelton
Histórico das Turbinas Pelton
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Histórico das Turbinas Pelton
Impulsionado pelo sucesso, Pelton
demonstrou sua invenção a George Allen, operador de uma fundição. Com a ajuda de Pelton, ele construiu a turbina de demonstração “Wheel One”, e
usou-a para operar algumas de suas máquinas
Este novo tipo de energia
hidráulica interessou muito aos donos de minas e logo se difundiu pela região do ouro.
Histórico das Turbinas Pelton
A patente foi concedida a Pelton em 1880, quando, juntamente
com seu sócio, formou a “Pelton Water wheel Company of San Francisco”.
A chegada das máquinas elétricas nas primeiras décadas do
Século 20 marcou uma nova fase. Em 1887 uma turbina Pelton foi conectada a um gerador de energia elétrica e foi criada a primeira fonte de energia hidrelétrica do mundo.
Definição
Turbina
É um dispositivo mecânico rotativo que extrai energia do fluxo de um
fluido e a converte em trabalho útil.
Este trabalho pode ser utilizado para movimentar outro equipamento
mecânico rotativo como uma bomba, um compressor ou ventilador.
Definição
Turbina
Os principais tipos de turbinas são:
Turbinas hidráulicas; Turbinas a vapor; Turbinas a gás;
Turbinas aeronáuticas; Turbinas eólicas.
Todos esses tipos têm a mesma forma construtiva básica: um rotor
dotado de certo número de pás ou palhetas ligado a um eixo que gira sobre um conjunto de mancais.
Definição
Turbinas hidráulicas
São turbinas projetadas especificamente para transformar a energia
hidráulica de um fluxo de água em energia mecânica na forma de torque e velocidade de rotação.
As turbinas hidráulicas possuem uma grande variedade de formas e
tamanhos. E dividem-se entre quatro tipos principais:
Pelton; Francis; Kaplan; Bulbo.
Definição
Turbina Pelton
É uma turbina de ação, pois a energia hidráulica é transformada em
energia cinética para, depois de incidir nas pás do rotor, transformar-se em mecânica.
É a mais adequada para grandes quedas úteis ( entre 350 m e1100 m).
A principal característica é a velocidade do jato na saída do bocal que,
dependendo da altura de queda, pode chegar a uma velocidade de 150 m/s até 180 m/s.
Classificação das turbinas
É classificada como uma turbina de ação
A energia hidráulica é transformada em energia cinética para, depois de
incidir nas pás do rotor, transformar-se em mecânica.
Energia hidráulica •Queda de água Energia cinética •Incidência nas pás do rotor Energia mecânica
Classificação quanto a posição do
eixo
As turbinas Pelton podem ser de eixo horizontal ou vertical São caracterizadas por terem baixo número de rotações Eixo horizontal
Geralmente utilizada para um ou dois jatos A instalação é mais econômica
Fácil manutenção,
É possível montar, numa mesma árvore, dois rotores
Eixo vertical
Características da
turbina Pelton em função da queda e da potência.
Número de jatos em
função da rotação e da queda
Gráfico para determinação da potência, da rotação e do diâmetro do rotor da turbina Pelton em função da queda e da vazão.
CARACTERÍSTICAS DAS TURBINAS
PELTON
Defletor de jato – intercepta o jato, desviando-o
das pás quando há uma severa redução na potência demandada pela rede de energia.
Agulha de fluxo (flow needle) – serve para
regulação de vazão de forma rápida, quando não há uma grande variação de fluxo.
Pás – representam a parte mais importante da
turbina, pois elas são projetadas de modo a dividirem o jato em duas partes iguais.
Rotor – como o nome já diz, é a parte girante da
máquina, responsável pelo deslocamento do fluido, que possui fluxo tangencial.
Bocal – serve para direcionar o fluxo na entrada
Potência em Turbinas Pelton
Potência eficaz (total) – Como há perdas nas máquinas hidráulicas, a
potência eficaz representa a potência efetiva entregue ou recebida pelo fluido, abatidas as perdas.
= − , onde representa a potência interna da turbina e
representa a potência mecânica perdida no processo.
A potência interna é dada por: = γ − ∗ − ℎ = ∗ ∗
Potência hidráulica: produto do peso do fluido que passa na máquina por
unidade de tempo, pela altura de queda ou elevação, dada por ℎ = .
Potência bruta: potência contida no desnível topográfico da instalação,
sendo uma função da queda bruta. = ∗ ∗ ∗
Potência no gerador elétrico: = ∗ ∗ ∗ ∗ η , onde η é o
Alturas em Turbinas
Altura de queda bruta (): diferença de cotas
entre os níveis de captação da água e o poção, ou canal de fuga, quando a turbina está fora de operação (Q=0). = 1 − 4
Altura de queda (H): é a porção da altura de queda
bruta aproveitada pela turbina, ou seja, a diferença entre a energia na entrada e na saída da turbina.
=
± 2 + 2 .
Princípios de ação
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).
Água é levada através de um duto até um conjunto de 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
Princípios de ação
As turbinas Pelton, têm um princípio de
funcionamento diferente das demais turbinas.
Impulsão
Nas turbinas Pelton, não há um sistema de
palhetas móveis, e sim um bocal com uma agulha móvel, semelhante a uma válvula.
A pressão primeiro é transformada em energia
cinética, em um bocal, onde o fluxo de água é acelerado até uma alta velocidade, e em
seguida choca-se com as pás da turbina imprimindo-lhe rotação e torque.
Após passar pelo rotor, um duto chamado tubo
de sucção, conduz a água até a parte de jusante do rio, no nível mais baixo.
Princípios de ação
Vazão controlada pela agulha.
Controle da potência gerada
Princípios de ação
Potência gerada pela turbina:
ρ = Densidade da água [kg/m³] Q = Vazão volumétrica [m³/s] H = Altura da queda d’água [m] g = Aceleração da gravidade [m²/s] η = Rendimento da turbina
Pode operar com água com grandes níveis de impureza (silted
water).
As turbinas Pelton, devido à possibilidade de acionamento
independente nos diferentes bocais, têm uma curva geral de eficiência plana, que lhe garante bom desempenho em diversas condições de operação, tendo uma alta eficiência geral.
São de construção e manutenção simples (pode ser feita a partir
de metal, plástico, ou materiais de cerâmica)
São adequadas para operar entre quedas de 350 m até 1100 m,
sendo por isto, muito mais comuns em países montanhosos. Este modelo de turbina opera com velocidades de rotação maiores que os outros, então é possível conectar o gerador de forma direta, sem perdas de transmissão mecânica
Desvantagens
Um dos maiores problemas destas turbinas, devido à alta
velocidade com que a água se choca com o rotor, é a erosão provocada pelo efeito abrasivo da areia misturada com a água, comum em rios de montanhas.
Há um decrescimento na eficiência com o tempo maior que nos
outros tipos de turbina.
Os componentes são muito grandes, gerando inconvenientes para
logística e infraestrutura.
Altura mínima para o funcionamento é de 20 metros. Custo de instalação inicial alto.
O impacto ambiental é grande em casos de grandes centrais
hidrelétricas.
''It is not very accurate to state a specific type of turbine’sgot
better efficiency over others. The optimum type of turbine
depends on the operating condition imposed by your hydraulic resource. Usually you
can apply the following guidelines: If you have high
head low flow choose a pelton, if you have low head
and high flow choose a Kaplan, everything else
choose a Francis.'' Carlos Andres, Engenheiro
Aplicações das Turbinas Pelton
Como sabemos, a Turbina Pelton é uma
Turbina de ação e a sua principal característica é a velocidade do jato de água que sai do bocal.
Dependendo da altura da queda e a
admissão parcial dessa turbina, a velocidade do jato d’água se encontra entre 150m/s e
180m/s.
O torque então é gerado devido a ação do
jato d’água livre atuando sobre a dupla
concha do rotor. Por isso também se chama a Turbina Pelton de Turbina de jato livre.
Aplicações das Turbinas Pelton
Aplicações das Turbinas Pelton - Exemplos figurativos https://www.youtube.com/watch?v=3PoeMQeHePo
Aplicações das Turbinas Pelton
Normalmente as turbinas Pelton são
usadas para alturas superiores a 150m e pode chegar até 2000m (mais adequadamente usadas para alturas entre 350m e 1100m), porém ela compartilha a faixa de altura até 250m com a Turbina Francis.
Caso se queira utilizar a Turbina Pelton
para mini e micro geração (baixas quedas, alturas menores de 20m inclusive) também é possível (É utilizada normalmente para pequenas quedas, que podem variar de 6 a 20 m).
Aplicações das Turbinas Pelton
Gráfico
com
Aplicações
de
diversas
Turbinas
incluindo a Turbina
Pelton.
Aplicações das Turbinas Pelton
No caso de baixa queda e grande vazão, deve-se tomar algumas
previdências já que a turbina pode ser muito grande em relação a potência que vai gerar.
As principais soluções são:
Usar mais jatos d’água pois com o uso de mais jatos podemos admitir um menor
diâmetro do rotor para a mesma razão.
Ainda, dois rotores podem ser usados lado a lado montados no mesmo eixo ou nos
extremos do gerador montados também sobre o mesmo eixo. Essa opção normalmente só é utilizada quando não existe condições de maximizar o número de jatos.
Podendo ainda, duplicar uma única tubulação principal, o quão próximo da turbina
possível e instalar duas turbinas independentes (Estas com geração independente).
https://www.youtube.com/watch?v=9ltp5wFipW4 https://www.youtube.com/watch?v=spAxoOrC4PA
Aplicações das Turbinas Pelton
É bastante comum encontrar este tipo de Turbina em várias
centrais hidrelétricas espalhadas pelo Brasil. Mais comumente no ramo das pequenas centrais hidrelétricas (PCH).
Mesmo assim quando comparado ao número de Turbinas tipo
Kaplan e Francis, este valor ainda é bastante reduzido.
A firma N.H. GERADORES Ind. e Com. Ltda (1999), localizada em
Manhuaçu - MG, fabrica e instala o conjunto completo e os preços podem variar de R$ 700,00 a R$ 6.800,00 o kVA, dependendo da altura e potência das Turbinas Pelton solicitadas.
Aplicações das Turbinas Pelton
A maior queda em turbina PELTON situa-se na Suíça (Dixence) com
1750 m e potência de 65 MW.
A maior potência é gerada no Brasil (Cubatão) com 719 m de
queda e potência de 110 MW.
A UHE São Bernardo em Piranguçu/MG é outro exemplo de
