Turbina Pelton

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO GRANDE DO NORTE[pic 1]

DIRETORIA ACADÊMICA DA INDÚSTRIA

CURSO TÉCNICO SUBSEQUENTE EM MECÂNICA

EWERTON CAMILO DA SILVA ALEXANDRE

NATAL, 2017

EWERTON CAMILO DA SILVA ALEXANDRE

CURVAS DE POTÊNCIA; TORQUE E ROTAÇÃO DA TURBINA PELTON COM VÁLVULA TOTALMENTE ABERTA

Relatório técnico apresentado como requisito parcial para obtenção de aprovação na disciplina de Mecânica dos fluidos, no Curso de Mecânica, no Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologia do Rio Grande do Norte.

Prof. Roberto Silva de Sousa

NATAL, 2017

RESUMO

O presente trabalho tem por objetivo mostrar o princípio de funcionamento da turbina Pelton, sua composição, funcionalidades, características e principalmente o cálculo de torque e potência realizado no ensaio em laboratório.

A turbina Pelton é uma das turbinas de ação mais simples existentes, e foi escolhida para esse teste demonstrativo simplesmente para mostrar o seu funcionamento para ao alunos subsequentes de mecânica, no qual o objetivo era ensinar os alunos a fazerem os cálculos de torque e potência e mostrar fisicamente um turbina funcionando.

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO.........................................................................................................5

2. DESENVOLVIMENTO..............................................................................................6

2.1 COMPOSIÇÃO DA TURBINA PELTON.................................................................6

2.2 FUNCIONAMENTO DA TURBINA PELTON..........................................................7

2.3 CÁLCULOS DE TORQUE E POTÊNCIA...............................................................8

2.4 GRÁFICOS DO ENSAIO........................................................................................9

2.5 DESCRIÇÃO DA AULA PRÁTICA.......................................................................10

2.6 PERGUNTAS RESOLVIDAS...............................................................................12

3. CONCLUSÃO.........................................................................................................13

4. REFERÊNCIAS......................................................................................................14

1. INTRODUÇÃO

Turbinas são máquinas motoras, ou seja, equipamentos que tem por finalidade transformar a energia de escoamento (hidráulica) em trabalho mecânico. São compostas por um distribuidor (elemento estático que acelera o fluxo de água transformando a energia, dirige a água para o rotor e regula a vazão), um rotor (formado por uma série de palhetas e tem por objetivo a transformação de energia), e a carcaça (elemento que contém todos os componentes da turbina).  São divididas em turbinas de ação e turbinas de reação. Nas turbinas de ação a pressão estática permanece constante entre a entrada e saída do rotor (exemplos: Pelton e Turgo) e nas de reação ocorre redução da pressão estática ao atravessar o rotor (exemplos: Francis e Kaplan).

Com base nisto, ver-se que a turbina Pelton é uma turbina hidráulica de ação, isto é, a pressão da tubulação cai até a pressão atmosférica logo que sai do distribuidor, e a energia cinética da água perde intensidade ao atingir as pás, fazendo-as girar; em outras palavras, usam a velocidade do fluxo da água, provocando o movimento da turbina. São aplicadas em locais onde tem altas pressões e com menor vazão disponível (usadas em usinas com altura d’água entre 150 e 1800 metros. [pic 2]

Turbina Pelton

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1. DESENVOLVIMENTO

2.1 COMPOSIÇÃO DA TURBINA PELTON

As turbinas Pelton são compostas pelos seguintes componentes:

• Canal de descarga: Bocal por onde a água sai da turbina e volta para o escoamento;
• Carcaça: Parte fixa de revestimento da turbina, responsável pelo direcionamento de água do conduto forçado até o distribuidor, devendo garantir descargas parciais iguais em todos os canais formados pelas pás do distribuidor;
• Deflector: Parte que intercepta o jato, desviando as pás, quando há a ocorrência de uma diminuição violenta de potência demandada pela rede de energia;
• Distribuidor: Bocal responsável pelo direcionamento da água, proporcionando um jato cilíndrico sobre as pás de forma apropriada;
• Eixo: Parte central do rotor, responsável pela transmissão de potência ao eixo gerador;
• Pás/ Conchas: Responsáveis por absorver a energia cinética do jato de água e transforma-la em torque de rotor;
• Rotor: Parte que mantém as pás ligadas ao eixo central, com a função de transmitir os esforços para o eixo;
• Válvula agulha:  Responsável por regular a velocidade da água que é direcionada as pás;

COMPONENTES DA TURBINA PELTON             [pic 3]

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2.2 FUNCIONAMENTO DA TURBINA PELTON

As turbinas Pelton funcionam através da injeção de água de alta pressão geralmente armazenada em uma represa, com uma altura de elevação suficiente para gerar um trabalho desejado. Por meio de um ou mais bicos injetores direcionados em pás bipartidas ao longo de um rotor, o fluxo de água causa um movimento circular e transforma energia cinética em energia mecânica.

Com o funcionamento da turbina, é normal ocorrer perdas que acarretam de fato a redução do rendimento d turbina. Elas são classificadas em dois grupos: internas e externas. As perdas internas são hidráulicas, ou seja, surgem devido o atrito de água com a parede do injetor, também do choque do jato de água no ponto de ataque das pás estando fora do ponto projetado, além da rugosidade das conchas, pois a água logo após de colidir com a pá deve deslizar rapidamente. Já as perdas externas, são volumétricas, ou seja, todo o volume de fluido que sai do injetor deve ser necessariamente aproveitado para realizar o trabalho desejado.