ENERGIA HIDRÁULICA APLICADA À AGRICULTURA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA
Prof. Dr. Daniel Albiero
FORTALEZA-CE
INTRODUÇÃOA energia hidráulica é aquela proveniente da transferências ou transformações energéticas onde o meio de transformação ou transferência são fluídos líquidos, pressurizados ou não, considerando a componente evaporativa como negligenciável.
Água(notar a viscosidade)
Óleo hidráulico
INTRODUÇÃO
Energia solar + Energia gravitacionalEnergia hidráulica da água
Ciclo hidrológico (Sol)
Véu de Noiva-MT (gravidade)
Histórico:A humanidade vem usando a energia dos fluídos a milênios. A primeira roda d´água foi construída em 200 a.C. na Pérsia. Elas eram utilizadas para gerarem potência para moinhos.
Evolução:1600-Kepler desenvolve a bomba de engrenagens;
1640-Pascal enunciou sua lei, o princípio de Pascal (o princípio da prensa hidráulica);
1750-Bernoulli desenvolveu sua lei, a lei da conservação de energia para fluídos fluindo em canos;
1795-Bramah constrói a primeira prensa hidráulica industrial ;
1870-Primeiras máquinas hidráulicas operacionais (guinchos, prensas, máquinas de extrudar, etc);
1890-Primeira hidrelétrica do mundo (Cataratas de Niágara)
1900-Janney substituí a água por óleo mineral;
1906-A Marinha Norte-Americana usa um sistema hidráulico para elevar e controlar canhões em navios;
1936-Vickers desenvolve uma válvula limitadora de pressão pilotada (a primeira válvula de alívio);
1950-Início da automação hidráulica;
INTRODUÇÃO
Queda, Vazão e PotênciaNível deNível de
montantemontante(HWL)(HWL)
Nível deNível dejusante jusante (TWL)(TWL)
Queda brutaQueda brutaHH
Nível da Nível da linha de linha de
centro da centro da turbinaturbina
Submergência Submergência (positiva se LC (positiva se LC acima da TWL)acima da TWL)
VazãoVazãoQQ Potência = Potência =
(H-(H-H)*Q*g*H)*Q*g*ρρ**ηη
Perda dePerda decarga carga
HH
QuedaQuedaLíquidaLíquida
PerdasPerdasElétricasElétricas
PerdasPerdasna saídana saída
PerdasPerdasTurbinaTurbina
Energia disponível – PerdasEnergia disponível – PerdasEnergia disponível Energia disponível Rendimento = Rendimento = Linha de pressãoLinha de pressão
Distribuidor
• A energia é convertida em • vórtice (Turbilhão) no distribuidor
Caixa EspiralDistribuidor
Rotor
Pré-Distribuidor
O Rotor tem a função de transformar a energia hidráulica em Potência Mecânica
Máquina de Ação - PeltonO escoamento surge de um oríficio, fazendo com que toda a energia se transforme em velocidade, atingindo o rotor na forma de um jato
Máquinas de Reação - Kaplan
Velocidades absolutas no distribuidor
Velocidades relativas no rotor
Sustentação
++
+ + +
--
- - -Arrasto
Forças Resultantes
O Empuxo hidráulico é uma força axial resultante causada pelas forças que a água exerce sobre as pás do Rotor.
O mancal de escora é o componente responsável por absorver essa força e a força exercida pelas demais partes rotativas da máquina.
Engenharia HidráulicaPré-Projeto para Proposta
Este gráfico representa o ponto de melhor rendimento p/ cada
tipo de Rotor de acordo Com a velocidade específica determinada
O gráfico de Curva da Colina é utilizado p/ determinar
o melhor ponto de operação p/ cada Rotor.
Engenharia Hidráulica
Turbina Francis Média Queda Rotor p/ baixa queda e alta velocidade específica
Rotor p/ média-alta queda e baixa velocidade específica
De acordo com as dimensões das pás do Rotor obtem-se diferentes rendimentos
Perfil doRotor
Perfil doRotor
Rodas d`águaENERGIA HIDRÁULICA (ÁGUA)
HQPotteórica ..Onde: ρ é a densidade da água;
Q é a vazão;
H é a altura motriz;
Potteórica é a potëncia teórica.
... NbmaPotefetiva Onde: ma é a massa de água nos alcatruzes;
b é a distäncia entre o centro da roda e o centro de gravidade combinado de todos os alcatruzes com água ;
N é a rotação da roda dágua;
Potefetiva é a potëncia efetiva.
teórica
efetiva
PotPot
O rendimento pode chegar a 85%!!
ENERGIA HIDRÁULICA ÓLEOMecânica dos Fluídos
Lei de PascalDado um fluído confinado em um recipiente, se uma pressão for aplicada no fluído, esta é transmitida indistintamente por todo o fluído e com igual magnitude.
Lei de Bernoulli conservação de energia: energia não pode ser destruída ou criada.
Dado um fluído o mesmo respeita a equação de conservação de energia: Et=Ee+Ep+Ec
Onde: Et é a energia total do fluído;
Ee é a energia devido a elevação do fluído;
Ep é a energia devido a pressão do fluído;
Ec é a energia cinética do fluído.
)2.().()..(
2vmPmhgmEt
)..2.()..
2.( 2
22
21
21
1 hgVPhgVP
ENERGIA HIDRÁULICA ÓLEOMecânica dos Fluídos
Equação da continuidade
ENERGIA HIDRÁULICA ÓLEO
Potência hidráulica
Pot=Q.P
Onde: Q é a vazão (m3/s )
P é a pressão (N/m2 )
Pot é a potëncia (W)
Pot=Q.(F/A)Onde: Q é a vazão (m3/s )
F é a força (N)
A é a área (m2)
Pot é a potëncia (W)
Fluídos hidráulicosAs características dos fluídos hidráulicos tem efeitos cruciais nos equipamento hidráulicos, devem ser principalmente limpos, de alta qualidade.
Os fluídos hidráulicos modernos são complexas composições de hidrocarbonetos (naturais ou não), especialmente preparados para aplicações específicas.
A viscosidade é a mais importante característica do fluído hidráulico. É a resistência ao escoamento de um fluído, e depende da temperatura do fluído.
ENERGIA HIDRÁULICA ÓLEO
MOTOR
Válvula de alívio
Controle direcional
Válvula de controle de fluxo
Atuador
Sistemas hidráulicos
Tanque
Bomba
ENERGIA HIDRÁULICA ÓLEO
Bombas de deslocamento não-positivo: Se o fluxo sofre alguma resistência no sistema, este fluxo é reduzido devido a construção das mesma que ocasiona um vazamento interno.
Bombas de deslocamento positivo:Este tipo de bomba ejeta uma quantidade fixa de fluxo por cada revolução do eixo da bomba, se o fluxo sofre alguma resistência, das duas uma: ou a bomba vence a resistência, ou quebra caso não existam válvulas de alívio.
Bombas hidráulicas
ENERGIA HIDRÁULICA ÓLEO
Bombas hidráulicas de deslocamento positivo
Bomba de pistões
Carcaça rígida Carcaça rotativa
Pistões radiais
ENERGIA HIDRÁULICA ÓLEO
Motores hidráulicos
Motores hidráulicos são atuadores que convertem energia hidráulica em energia mecânica, e como tais tem a mesma configuração do que as bombas hidráulicas.
Os motores em vez de empurrar o fluído como as bombas, são empurrados, desta forma os motores desenvolvem torque e produzem movimento de rotação contínuo.
ENERGIA HIDRÁULICA ÓLEO
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