Maquinas de fluxo

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Universidade Federal de Itajubá
IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
EME 803 – Máquinas de Fluxo II

PROJETO DE TURBINA BULBO

Professor: Ramiro Gustavo Ramirez Camacho
Professor: Waldir de Oliveira

Itajubá, 10 de dezembro de 2010

Informações preliminares.

Este documento apresenta todo o processo utilizado para o pré-dimensionamento de uma Turbina Bulbo. Serão descriminadostodos os parâmetros escolhidos, quando adotados ou calculados. Vale salientar que este é um projeto com fins didáticos. Sob este aspecto, alguns parâmetros foram adotados sem um estudo mais aprofundado. Para um resultado mais aprimorado seria necessário mais recursos, como: tempo, bibliografias, análise computacional, e maior disponibilidade da experiência dos proponentes. Junto deste documento, seráanexado um recurso computacional (CD), apresentando todas as tabelas preenchidas para os cálculos preliminares da turbina, o desenho dos perfis escolhidos em 2D e o desenho completo da montagem da turbina em 3D. Aconselha-se o acompanhamento deste documento junto a esses recursos.
Para o início do projeto basta saber a altura bruta da instalação e a vazão requerida:
Hb [altura bruta] = 9,5 [m]Q [vazão] = 14 [m³/s]
Dado a posse destes valores é necessário escolher a cidade de instalação da turbina. Foi escolhida a cidade de Itajubá-MG, onde tem-se:
Altitude: 845 [m]
Aceleração da gravidade : 9,785294745 [m/s²]
A massa específica da água foi adotada com sendo padrão:
ρH2O = 1000 [kg/m³]
Pré dimensionamento de uma turbina bulbo.

Sob a orientação do professor Waldir deOliveira e por saber que as perdas da instalação em um projeto de turbina bulbo serem pequenas (~2%), adotou-se a altura de queda líquida, necessária para o projeto, igual a altura bruta da instalação.
Hl [altura líquida] = Hb [altura bruta].
As características principais da turbina, como o diâmetro externo [De], diâmetro interno [Di] e rotação [n], foram escolhidas a partir da rotação específica damáquina [nqa] e a altura de afogamento, relativa ao aspecto físico. Olhando uma parte da tabela, construída no anexo I, abaixo , percebe-se que os valores escolhidos são coerentes, pois trata-se de uma rotação especifica característica para este tipo de turbina e a altura de afogamento é favorável aos aspectos construtivos e operacionais.
n [rpm] | Nqa[-] | Δh [mH2O] | hs [mH2O] | | σ [-] |δ [-] | D [m] | Di [m] | cm [m/s] | Thoma[-] |
430,0000 | 895,6907 | 17,6931 | -8,5485 | | 1,8881 | 1,2876 | 1,4721 | 0,6211 | 10,0072 | 1,8624 |
420,0000 | 874,8607 | 16,9793 | -7,8347 | | 1,8442 | 1,2981 | 1,4840 | 0,6348 | 9,9067 | 1,7873 |
410,0000 | 854,0307 | 16,2782 | -7,1336 | | 1,8003 | 1,3089 | 1,4964 | 0,6489 | 9,8032 | 1,7135 |
400,0000 | 833,2007 | 15,5898 | -6,4452 | |1,7564 | 1,3202 | 1,5094 | 0,6633 | 9,6965 | 1,6410 |
390,0000 | 812,3707 | 14,9141 | -5,7695 |   | 1,7125 | 1,3321 | 1,5229 | 0,6781 | 9,5866 | 1,5699 |
380,0000 | 791,5407 | 14,2513 | -5,1067 | | 1,6686 | 1,3444 | 1,5370 | 0,6933 | 9,4731 | 1,5001 |
370,0000 | 770,7106 | 13,6015 | -4,4569 | | 1,6247 | 1,3573 | 1,5518 | 0,7091 | 9,3559 | 1,4317 |
360,0000 | 749,8806 | 12,9647 | -3,8201 || 1,5807 | 1,3708 | 1,5672 | 0,7253 | 9,2347 | 1,3647 |
Tabela 1 : informações sobre a turbina ( valores em verde são os valores escolhidos)

Tendo escolhida a características da tabela à esquerda, calcula-se respectivamente: O coeficiente de ligeireza σ (através de uma formulação direta); o coeficiente de diâmetro δ ( através de uma equação parametrizada do diagrama de Cordier); os diâmetrosinterno e externo ( decorrentes do coeficiente de diâmetro e da relação de diâmetros). A velocidade média na pá [cm] e o coeficiente de Thoma.
Como a rotação escolhida não é síncrona, com a requerida pelo gerador, tem-se a necessidade de utilizar um acoplamento indireto entre a turbina e o gerador. Como se trata de um projeto hidrodinâmico, as características deste não serão especificadas...
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