Universidade Federal de Juiz de Fora Faculdade de Engenharia Departamento de Engenharia de Produção e Mecânica Disciplina de Laboratrio de !istema Fluido Mecânicos
Parâmetros adimensionais adimensionai s de Turbinas Turbinas Pelton
Data do ensaio" #$%&'%($
#) *+JE *+JE,,-.* .*! !
Determinar os parâmetros adimensionais da ,urbina Pelton para cada a/uste da v0lvula de agulha" • • • •
1oe2iciente de carga3 1h4 1oe2iciente de vazão3 1h4 1oe2iciente de pot5ncia3 1p4 6otação especi2ica re2erente 7 potencia3 8sp9
Determinar as curvas caracter:sticas da ,urbina Pelton para cada a/uste da v0lvula de agulha" • •
Pot5ncia de ei;o versus velocidade do /ato de 0gua4 E2ici5ncia versus velocidade do /ato de 0gua9
() -8,6 -8,6*D *DU< U<=* =*
8esta pratica utilizamos uma turbina propulsora Pelton para coleta de dados e estudo9 > ,urbina Pelton ? uma turbina hidr0ulica de ação3 isto ?3 2unciona 7 pressão atmos2?rica9 @ constitu:da por uma roda e um ou mais in/etores3 cu/a 2unção ? trans2ormar a energia de pressão do escoamento em energia cin?tica3 orientando esse mesmo escoamento para a roda9 @ mais adeAuada para grandes Auedas Bteis Centre os '& m at? ##&& m9 Este modelo de turbina opera com velocidades de rotação maiores Aue as outras3 e tem o rotor de caracter:stica bastante distinta9 *s /atos de 0gua provenientes dos in/etores ao chocarem com as p0s do rotor Cem 2orma de dupla colher geram o impulso Aue 2az com Aue a roda se mova9 * aparato e;perimental 2oi o painel MPF # no Aual colocamos a turbina e a placa de coleta de dados da mesma9 > 0gua do sistema 2oi bombeada por uma bomba centri2uga na Aual transmite energia mecânica em energia de 2luido3 bombeando a 0gua por um circuito no Aual coletamos os dados necess0rios para os c0lculos do e;perimento9
) DE!16-<=* D* E8!>-*
* ensaio 2oi 2eito em uma bancada did0tica na Aual uma bomba centri2uga bombeava 0gua por um circuito9 * 2uncionamento consiste em um ciclo no Aual o inicio se da pela partida da bomba na Aual ela succiona a 0gua contida no reservatrio e completa o ciclo passando pela v0lvula de sa:da e pelo tubo de .enturi ate retornar ao reservatrio passando pela turbina3 gerando pot5ncia de ei;o9 Para a coleta de dados mantivemos a pressão de entrada na turbina e a velocidade constante e variamos a abertura da v0lvula de agulha3 sendo assim variando somente a pot5ncia de ei;o9
) P6*1ED-ME8,*
Para dar inicio ao e;perimento o primeiro passo 2oi ligar o painel e dei;ar aAuecer os sensores por apro;imadamente ' minutos9 Depois de 2eito isso ns desconectamos todos os canais dos sensores e zeramos o painel para assegurarmos Aue nenhum dado residual 2icasse contido na tela e logo aps conectamos os canais9 Logo aps abrimos a v0lvula unidirecional e a v0lvula de sa:da da bomba e demos partida9 1om a bomba em 2uncionamento 2izemos a GsangriaH para retirarmos todas as poss:veis bolhas do sistema e a/ustamos a pressão de entrada da turbina3 mantendo ela constante por todo e;perimento9 * e;perimento consistiu na variação da abertura da v0lvula de agulha situada na entrada da ,urbina Pelton9 * motor da bomba 2oi regulado de 2orma a manter a pressão de entrada constante para todos os casos9 > pressão 2oi mantida a &3$ bar e a rotação da turbina 2oi mantida a #(&&rpm9 Para esses valores de pressão e rotação constantes variamos a abertura da v0lvula de agulha em passos de um volta3 começando com a v0lvula totalmente aberta C#$%#$ at? C(%#$9 Para cada abertura coletamos pot5ncia de ei;o e Ip#9
') 6EL><=* DE M>,E6->L
• •
+omba centr:2uga compacta 6eservatrio de 0gua
• • • • • • •
!uporte de instrumentos Dinammetro universal DisplaK digital de pressão Medidor tipo de .enturi ,ubulação com v0lvulas !istema de aAuisição de dados vers0til ,urbina Pelton
$) E!UEM>
) ,>+EL> DE MED-D>! Dados coletados em sala"
Pressão de Entrada" &3$ bar .elocidade da ,urbina Pelton" #(&& rpm Ajustes da Válvula De agulha
ΔP1 (bar)
Potência do Eio da Turbina (!)
,otalmente aberta #'%#$ #%#$ #%#$ 'N aberta ##%#$ #&%#$ O%#$ '&N aberta %#$ $%#$ '%#$ ('N aberta %#$ (%#$
&3( &3( &3# &3& &3(O &3( &3($ &3( &3(& &3# &3# &3#& &3& &3& &3
' ' ' '# '# '& O $ ( # & (( # '
EAuaçes utilizadas" •
.azão .olum?trica4
√( )
Qv =Cd∗
∗ ΔP 1
1 2
ρ A 12 2
A 2
•
−1
Pot5ncia Qidr0ulica na ,urbina4
Wth= P 4. Qv
•
Efciência da Turbina; ηt =
•
Wts . (100 ) Wth
>ltura de 1arga4
[ ]
Vj H = . 2 g Cv 1
•
1oe2iciente de .azão4
Cq= •
2
Qv N . D
3
Coefciente de carga;
¿
g . H H Ch= 2 2 = 2 2 N . D ρ . N . D
•
Coefciente de potência:
Cp=
•
Wts 3
ρ . N . D
5
Velocidade Linear da Pá: U =2. π . N . r
•
Rotação epec!fca re"erente a potência:
1
Cp 2
Nsp=
5
Ch 4
•
Velocidade do #ato de água β 1− cos ¿ ¿ ρ .Q . U . ¿
Vj =U +
Wts ¿
Coefciente de Velocidade β 1
−cos ¿ ¿
ηt.Vj 1 U .¿ 2 2. U . 1− Vj
( ) ¿ Cv =¿
•
$ator de %elocidade peri"&rica
=
∅
U 1
( 2. g . H )
2
10lculos com os dados coletados em sala"
10lculos do .D>!"
Rr02icos 2eitos com os dados coletados em sala"
Potência de Eixo X Velocidade do jato (, 0, ', Potência de eixo (W)
Pot) Ei1o 2 Velocidade do 3ato
/, ., -, , '()(
'()*
'+
Velocidade do jato (m/s)
Efciência X Velocidade do Jato ', /0 /, .0 Efciência (%)
., -0 -, 0 , '()(0 '()+ '()+0 '()* '()*0 Velocidade do Jato (m/s)
Efciência 2 Velocidade do #ato
Coefciente de Carga X Coefciente de Potência ,),,, ,),,, ,),,,
C
Coefciente de Carga 2 Coefciente de Potência
,),,, ,),,, ,),,, ,),,, ,
,
,
,
,
,
,
,
Cp
Coefente de Va!"o X Coefciente de Potência ,),-',,,,,, ,),-.,,,,,, ,),-,,,,,,, ,),,*,,,,,,
Coefente de Va4ão 2 Coefciente de Potência
Cp ,),,(,,,,,, ,),,',,,,,, ,),,.,,,,,, ,),,,,,,,,, , , , , , , , ,
C#
$ota%"o Especifca X Coefciente de Carga 0,,,,,,),,, ',,,,,,),,, /,,,,,,),,,
&sp
Rotação Epecifca 2 Coefciente de Carga
.,,,,,,),,, -,,,,,,),,, ,),,, ,),,, ,),,, ,),,, ,),,,
C
Efciencia X Velocidade Peri'erica ', /0 /, .0 Efciencia
Efciencia 2 Velocidade Peri"erica
., -0 -, 0 , /0
/(
/+
/*
Velocidade Peri'erica
/5
Rr02icos do .D>!"
S) 1*81LU!=*
> pot5ncia da turbina ? crescente em relação ao aumento da velocidade de /ato de 0gua3 sendo assim conclui)se Aue Auanto maior 2or a velocidade do de 0gua3 maior ser0 a pot5ncia da turbina Pelton em uma curva Auadr0tica9 J0 a e2ici5ncia da turbina3 ? crescente em relação 7 velocidade do /ato de 0gua3 portanto da mesma 2orma Aue a pot5ncia a e2ici5ncia aumenta de acordo Aue aumenta a velocidade do /ato em uma curva Aue ? linear di2erentemente da curva Auadr0tica da pot5ncia9 Portanto pode)se concluir Aue mesmo aumentando a velocidade do /ato de 0gua3 a pot5ncia e e2ici5ncia não decrescem3 podendo assim aumentar a velocidade sem se preocupar com o decrescimento da pot5ncia e da e2ici5ncia9