INTRODUÇÃO ÀS MÁQUINAS HIDRÁULICAS · necessário uma vazão constante independente de...
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INTRODUÇÃO ÀS MÁQUINAS HIDRÁULICAS1. Definição
- MÁQUINA HIDRÁULICA: É uma máquina através da qual escoa água, e que tem a finalidade de trocar energia hidráulica, do escoamento, em energia mecânica, fornecida ou cedida por outra máquina.
O escoamento flui continuamente e opera transformações do tipo:
Emecânica ⇔ Ecinética ⇔ Epressão.
- BOMBA HIDRÁULICA: máquina hidráulica que recebe energia de outra máquina (ex: motor).
- MÁQUINA HIDRÁULICA MOTRIZ OU TURBINA: máquina hidráulica que fornece energia mecânica para ser transformada em energia elétrica.
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2. Conceito geral das Máquinas Hidráulicas
E2: energia hidráulica na saídaE1: energia hidráulica na entradaW: energia mecânica no eixo
E2 – E1 = W
Esquema de máquina hidráulica
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3. Bombas Hidráulicas
• Máquina através da qual escoa água
• Recebe energia mecânica fornecida por outra máquina e a transforma em energia hidráulica
Emecânica ⇒ Ecinética ⇒ Ehidráulica
• Comunica ao fluido um acréscimo de energia com a finalidade de transportá-lo de uma posição de menor energia potencial para outra de maior energia potencial.
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3.1. Tipos de Bombas Hidráulicas
• As bombas hidráulicas são classificadas de acordo com o mecanismo de transferência de energia em:
- BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO OU ALTERNATIVAS
- BOMBAS HIDRODINÂMICAS OU TURBO-BOMBAS
- BOMBAS ESPECIAIS
• A transferência de energia pode se dar por:
Emecânica ⇒ Ecinética ⇒ Epressão
Emecânica ⇒ Epressão
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BOMBAS ESPECIAIS
• Geralmente devem ser fabricadas com materiais especiais para cada tipo de aplicação
• Exemplo: bomba peristáltica
• Aplicação da bomba peristáltica: dosadores de substâncias químicas que não podem entrar em contato com metais ou lubrificantes usados nas bombas.
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BOMBAS ESPECIAIS
Bomba peristáltica
• O tubo flexível é amassado progressivamente pelo rolete, a pressão aumenta e empurra o fluido no tubo.
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BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO
• O escoamento do fluido é causado pelo aumento de pressão comunicado pela bomba através de elementos com movimento alternativo ou rotativo.
• Exemplos de BOMBAS ALTERNATIVAS: bombas de pistão, ou êmbolo, e bombas de diafragma.
• Exemplos de BOMBAS ROTATIVAS: A denominação genérica Bomba Rotativa designa uma série de bombas volumétricas comandadas por um movimento de rotação, daí a origem do nome. As bombas rotativas podem ser de Engrenagens, Lóbulos ou Palheta.
• Aplicação das bombas de deslocamento positivo: casos onde énecessário uma vazão constante independente de variação da carga sobre a bomba, e também quando o volume deve ser medido com precisão já que a vazão produzida pela bomba é função apenas da sua rotação.
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BOMBAS ALTERNATIVASNas bombas de êmbolo, o órgão que produz o movimento do fluido éum pistão que, em movimentos alternativos aspira e expulsa o fluido bombeado.
Esquema de bombas alternativas. (a) de êmbolo, (b) de diafragma.
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BOMBAS ROTATIVAS
Bomba de engrenagem
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BOMBAS ROTATIVAS
Bomba de Lóbulos
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BOMBAS ROTATIVAS
Bomba de palhetas
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BOMBAS HIDRODINÂMICAS
• Conhecidas também como Bombas Hidráulicas de Fluxo
• Transfere quantidade de movimento para o líquido através da aceleração provocada por um elemento rotativo dotado de pás denominado rotor.
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4. Turbinas Hidráulicas
• Transforma a energia hidráulica, do escoamento, em energia mecânica que pode ser aproveitada para realizar trabalho.
Epressão ⇒ Evelocidade ⇒ Emecânica
4.1. Tipos de Turbinas Hidráulicas
• As turbinas hidráulicas são classificadas de acordo com o processo de conversão da energia hidráulica em energia mecânica como:
- TURBINAS DE AÇÃO
- TURBINAS DE REAÇÃO
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TURBINAS DE AÇÃO
• Transformam energia cinética em energia mecânica à pressão constante, normalmente à pressão atmosférica.
• Exemplo de turbinas de ação: Turbinas Pelton
TURBINAS PELTON
• Máquinas de ação, ou de impulso, escoamento tangencial. Operam em altas quedas (maiores que 300m) e baixas vazões.
• Podem ser de um (01) jato, dois (02) jatos, quatro (04) jatos, (05 jatos) e seis (06) jatos. O controle da vazão é realizado na agulha e injetor.
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TURBINAS PELTON
Turbina Pelton, de dois (02) jatos e eixo horizontal
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Turbina Pelton
com seis (06) jatos
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TURBINAS PELTON
• A roda Pelton é constituída por um rotor dotado de pás igualmente espaçadas pela sua periferia. As pás são de formato especial para receberem um jato d’água e defleti-lo de 180°.
Roda Pelton de 60.000cv, para um desnível de 320m.
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Exemplos de Centrais Hidrelétricas com Turbinas Pelton:CENTRAL HIDRELETRICA SÃO BERNARDO
Cidade: Piranguçu – MG, Empresa: CEMIG
Q H n Pe
[m3/s] [m] [rpm] [kW]
0,286 599 1200 1345
0,286 599 1200 1345
0,860 599 1200 4043
CENTRAL HIDRELÉTRICA CUBATÃO 2
Cidade: Cubatão – SP, Empresa: ELETROPAULO
Q H n Pe
[m3/s] [m] [rpm] [MW]
12,7 684 450 65
Obs: São seis (06) grupos geradores e cada turbina possui quatro (04) jatos.
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TURBINAS DE REAÇÃO
• A água tem a pressão variando desde a entrada da turbina até a saída, havendo a seguinte conversão de energia:
Ecinética ⇒ Epressão ⇒ Emecânica
• Podem ser de dois tipos:
- AXIAL: fluxo da água é paralelo ao eixo do rotor.
- MISTA: fluxo na entrada do rotor é radial e após interagir com ele sofre um desvio e passa a ser axial na saída.
• Exemplo de turbinas de reação: Turbinas Francis, Turbinas Hélice, Bulbo e Kaplan.
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TURBINAS FRANCIS
• Máquinas de reação do tipo misto.
• Podem ser utilizadas em desníveis desde 20 m até 600 m e médias vazões
• O controle da vazão é realizado no distribuidor ou sistema de pás móveis.
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TURBINAS FRANCIS
Partes principais da turbina Francis.
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TURBINAS FRANCIS
Rotor Francis, de alta potência, para desnível médio.
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TURBINAS FRANCIS
Rotores Francis lento, normal e rápido.
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Exemplos de Centrais Hidrelétricas com Turbinas FrancisCENTRAL HIDRELÉTRICA LUÍZ DIAS
Cidade: Itajubá – M G
Q H n Pe
[m 3/s] [m] [rpm] [kW ]
3,75 28 720 900
3,75 28 720 900
3,75 28 720 900
Obs.: O rotor de cada turbina é duplo (gêmeo)
CENTRAL HIDRELÉTRICA ITAIPÚ
Cidade: Foz do Iguaçu – PR, Empresa: FURNAS
Q H n Pe
[m 3/s] [m] [rpm] [M W ]
680 118,4 91,6 715
Obs.: 20 máquinas iguais, com cada gerador tendo potência 700 [M W ]
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TURBINAS HÉLICE, BULBO E KAPLAN
• Operam grandes vazões e baixas quedas.
• Turbinas do tipo hélice: máquinas com pás fixas.
• Turbinas do tipo Kaplan: pás móveis, posicionadas para o melhor rendimento.
• Turbinas do tipo Bulbo: integra a turbina e o gerador em um sóinvólucro.
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TURBINAS HÉLICE, BULBO E KAPLAN
Rotor Kaplan, com as pás em ângulo de 30o.
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Rotor Hélice - Axial de simples regulagem (foto à direita), rotor Kaplan - Axial de dupla regulagem
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Turbina Kaplan:Central Hidrelétrica de Machicura, Chile; (duas) 02 máquinas de 36,7 m; 144,2 m3/s e 48,4 MW.
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Arranjo da Central Hidrelétrica Liga III, Suécia; uma (01) máquina com 39 m, 516 m3/s e 182,6 MW.
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Turbina axial, tipo tubular S, rotor Kaplan e eixo horizontal.
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Exemplos de Centrais Hidrelétricas com Turbinas Axiais
CENTRAL HIDRELÉTRICA JOSÉ TOGNI (BORTOLAN)
Cidade: Poços de Caldas – M G, Empresa: DM E
Q H n Pe
[m 3/s] [m] [rpm] [kW ]
7 12 450 556
Obs.: A turbina é do tipo tubular S
CENTRAL HIDRELÉTRICA TAQUARUÇÚ
Empresa: CESP
Q H n Pe
[m 3/s] [m] [rpm] [M W ]
511 21,9 85,7 103
Obs.: cinco (05) máquinas iguais