O Desenvolvimento de Uma Turbina Para Geração Distribuída
Por: Rafael Pimenta • 17/3/2021 • Trabalho acadêmico • 2.950 Palavras (12 Páginas) • 137 Visualizações
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SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 6
2 DESENVOLVIMENTO 7
2.1 – TURBINA FRANCIS 7
2.2 – SISTEMA DE CAPTAÇÃO DO MOVIMENTO DE ÁGUA 10
2.3 – DIRECIONAMENTO DA ÁGUA PARA O ROTOR 13
2.4 – FABRICAÇÃO DE ROTORES 16
2.5 – MEDIÇÃO DE COMPONENTES DA TURBINA 17
3 CONCLUSÃO 20
REFERÊNCIAS 21
- INTRODUÇÃO
O tema deste trabalho de produção interdisciplinar é "Desenvolvendo Turbinas para Geração Distribuída de Energia". A fim de aplicar conceitos e aprendizagem à disciplina de dinâmica de corpos rígidos; engenharia elétrica geral; mecânica dos fluidos; fundição e tecnologia do aço; metrologia e controle geométrico. E, pelas tarefas propostas para a formação de engenheiros mecânicos e pelos problemas que encontrará na sua carreira, também deu uma contribuição significativa. Neste trabalho, discutiremos a turbina Francis, suas características, desempenho e seus métodos de cálculo inerentes.
- DESENVOLVIMENTO
- – TURBINA FRANCIS
As turbinas Francis são usadas tanto em pequenas centrais hidrelétricas quanto em grandes usinas hidrelétricas. Segundo Mello Jr (2000), esta é a turbina mais utilizada no Brasil, principalmente por cobrir uma grande área de rotação específica. Considerada uma turbina de reação, podendo ser projetada horizontal e verticalmente. As turbinas são geralmente instaladas horizontalmente e suportadas por rolamentos deslizantes radiais sem o uso de rolamentos guia. Com o avanço da tecnologia, aplicando melhorias em seus materiais e no seu desenvolvimento, nos dias atuais a taxa de produção nas grandes empresas chega a ultrapassar os 92% com uma potência unitária de 750 megawatts, contra 85% da taxa de produção que as turbinas fabricadas antes de 1930 e 1950 geravam.
As figuras a seguir mostram o diagrama de trabalho da turbina Francis e seus componentes e uma imagem real da mesma acoplada ao motor/gerador:
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Fonte:https://pt.solar-energia.net/energia-renovavel/energia-hidraulica/turbinas-hidraulicas/turbina-francis acesso em 27/10/2020.
A faixa de trabalho efetiva da turbina é de 45 a 400 m3 e a taxa de fluxo é de 10 a 700 m3 / s. Com isso a sua facilidade de ajuste reforça uma característica que demonstra resultados significativos para as empresas que as utilizam, tornando-a a mais versátil e utilizada chegando com sua eficiência em 90% em PCHs (Pequenas Centrais Hidrelétricas).
Para efeito de cálculo, consideramos a turbina como um disco. Como mostra a figura abaixo, o corpo cinza da turbina com um diâmetro de 90 cm é feito de aço inoxidável e as pás da turbina com um diâmetro de 90 a 100 cm são feitas de vermelho. Fabricado em fibra de carbono. A espessura da turbina é de 30 cm.
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Sabe-se que a densidade do aço inoxidável é de 7,85 g / cm3, a densidade da fibra de carbono é de 1,76 g / cm3, e também é considerada a coincidência do eixo giratório com o eixo da turbina. Vamos calcular o momento de inércia. Como os materiais nas turbinas Francis têm duas densidades diferentes, a saber, aço inoxidável e fibra de carbono, devemos calcular a massa desses dois materiais.
Cálculo de massa
Inox (7,85 g/cm³)
Volume do disco = πR² * h (ou espessura)
V = 3, 14 * (50)² * 30
V = 235500cm³
M1 = (V * d)
M1 = (235500cm³ * 7,85g/cm³) = 1841610g
M1 = 1841,6Kg
Fibra de carbono (1,76 g/cm³)
Para este cálculo, o princípio da casca esférica será usado para converter o toro em um retângulo.[pic 12][pic 13]
2πr[pic 14][pic 15][pic 16][pic 17][pic 18]
dr[pic 19]
área= 2πr.dr
Volume Retângulo = (comprimento x largura x altura)
Comprimento será a circunferência = [ C = (2 * π * r)] = 282,7 Cm
Então;
V = 282,7cm * 30cm * 1cm
V = 8466cm³
M2 = V. d
M2 = (8466cm³ * 1,76g/cm³) = 14900g
M2 = 149kg
Cálculo do Momento de Inercia
Momento de inercia mR²/2 (M1)
Momento de inércia = mR²/2
R = 50cm convertendo em (m) = 0,5m
I(1) = [1841,6 * (0,5) ² / 2]
I(1) ≈ 230, 2 Kgm²
- – SISTEMA DE CAPTAÇÃO DO MOVIMENTO DE ÁGUA
Saiba que toda usina possui algum tipo de motor configurado como gerador. O projeto projetado de pequena central hidrelétrica também operará da mesma forma. Basicamente, a SHP possui um motor síncrono configurado como gerador. O sistema de pás é conectado ao eixo da máquina e é responsável por captar o movimento da água da tubulação e transmiti-lo para o rotor do motor.
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