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 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 geração Forças 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.

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 geração Turbina 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