Forças hidráulicas em usinas hidrelétricas

Sumário

• Introdução• Forças em escoamento permanente• Cavitação• Forças hidráulicas no processo de

geração de energia• Máquinas Síncronas

Introdução

• Usina hidrelétrica é um complexo arquitetônico, um conjunto de obras e de equipamentos, que tem por fins produzir energia através do aproveitamento do potencial hidráulico existente em um rio.

• Pode-se dizer que a energia elétrica é obtida em essência a partir da com a força hidráulica da água acumulada em grandes reservatórios.

Forças em escoamento permanente

• Todo líquido está dividido em trechos elementares de volumes iguais;

• Cada elemento fornece uma força elementar dF;

• O conjunto das ações do líquido sobre as paredes laterais do canal é soma geométrica das forças;

• O sistema de forças é equivalente ao sistema constituído de cinco forças.

Forças em escoamento permanente

101100 VVspspPF

•Força vertical;

•Força normal à seção de entrada;

•Força normal à seção de entrada aplicada na seção de saída;

•Resultante da velocidade;

•Força de reação.

Cavitação

• Pressão de vapor: devido à elevada velocidade do líquido;

• Núcleos de vaporização: bolhas de vapor em pequenas cavidades;

• Erosão por cavitação: Aspecto esponjoso das pás depois do processo da cavitação.

Forças no processo de geração

• Presença constante dos conceitos de fenômenos de transporte como vazão, escoamento, pressão e principalmente (em essência) as forças hidráulicas.

Pontos importantes de aplicações de forças hidráulicas

Forças no processo de geraçãoForças hidráulicas no conduto forçado:

• O líquido ao escoar em um conduto forçado é submetido a forças

resistentes exercidas pelas paredes da tubulação e pelo próprio líquido.

• Numa região próxima à parede do tubo há um elevado gradiente de

velocidade e este efeito é significante.

• A conseqüência disso é o surgimento de forças cisalhantes que

reduzem a capacidade de fluidez do líquido.

atmin PP

Forças no processo de geração

• A magnitude dessas forças no escoamento implica na dissipação de energia.

• Perdas de energia contínua

• Perdas de energia localizada.

• As perdas contínuas ocorrem devido às forças hidráulicas de atrito entre as diversas camadas de escoamento e ainda ao atrito entre o fluido e as paredes do conduto (viscosidade).

Forças no processo de geração

Forças hidráulicas nas turbinas• Transferência de momento linear parte da energia

potencial da água é transferida para o rotor na forma de torque e velocidade de rotação.

• Caixa Espiral

Forças no processo de geração

Evolução dos Diferentes Tipos

• Rodas D’água

• Roda de Reação de Euler

• Turbina de Fourneyron

Forças no processo de geração

Turbina Francis

• Turbinas Centrípetas

• Receptor interno ao Distribuidor

• Massa Líquida Contínua no Escoamento

• Pás dispostas em Torno do Receptor paralelas ao seu eixo

Forças no processo de geração

Forças no processo de geraçãoTurbina Kaplan

• Turbina Axial em formato de Hélice

• Hélice de Pás Orientáveis

• Utilizadas em Pequenas, Médias e Grandes Descargas

• Regulador automático de velocidade

• Controle da inclinação das Pás

Forças no processo de geração

Máquinas Síncronas

• Formas de Funcionamento:– Gerador– Motor

• Princípios de Funcionamento:– Rotor– Estator

• Tensão Induzida• Freqüência da tensão induzida