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Forças hidráulicas em usinas hidrelétricas
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Sumário
• Introdução• Forças em escoamento permanente• Cavitação• Forças hidráulicas no processo de
geração de energia• Máquinas Síncronas
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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.
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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.
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Forças em escoamento permanente
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•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.
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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.
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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
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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.
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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).
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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
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Forças no processo de geração
Evolução dos Diferentes Tipos
• Rodas D’água
• Roda de Reação de Euler
• Turbina de Fourneyron
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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
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Forças no processo de geração
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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
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Forças no processo de geração
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Máquinas Síncronas
• Formas de Funcionamento:– Gerador– Motor
• Princípios de Funcionamento:– Rotor– Estator
• Tensão Induzida• Freqüência da tensão induzida