Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Dissertações
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Tipo: Dissertação
Título: Predição teórica das características hidrodinâmicas de turbinas Francis
Autor(es): JIMENEZ, Ruth Katiuska Granja
Primeiro Orientador: OLIVEIRA, Waldir de
metadata.dc.contributor.advisor-co1: MANZANARES FILHO, Nelson
Resumo: Este trabalho apresenta uma metodologia para a predição teórica das características hidrodinâmicas de turbinas Francis com base na linha de corrente média. A predição teórica considera apenas os parâmetros geométricos principais da turbina Francis bem como as correlações de perdas para cada componente hidromecânico principal da turbina. Não há necessidade de se considerar qualquer parâmetro de funcionamento no ponto de rendimento total máximo para realizar tal predição. A predição teórica é feita para uma ampla faixa de funcionamento normal da turbina Francis e não somente para o ponto de projeto. Diversas correlações empíricas de perdas disponíveis na literatura técnica são apresentadas. A análise das perdas leva em consideração a rugosidade das superfícies da caixa espiral, pré-distribuidor, distribuidor, rotor, tubo de sucção, labirintos e recintos laterais entre o rotor e as partes fixas da turbina Francis. Algumas correlações empíricas apresentadas se referem a um mesmo tipo de perda que são testadas e avaliadas. Da comparação entre essas correlações, verifica-se que elas podem melhorar substancialmente os resultados obtidos da predição teórica, não só no ponto de projeto como fora do ponto de projeto. A metodologia também permite predizer o efeito da rugosidade e do número de Reynolds sobre os diversos rendimentos da turbina Francis. Uma rotina computacional foi desenvolvida por meio de módulos e funções permitindo a sua modificação e a inclusão de novas correlações de perdas. Nos cálculos iniciais, algumas grandezas de funcionamento não são conhecidas ou dependem de grandezas iv que ainda devem ser calculadas em cálculos posteriores. Um procedimento é apresentado para ilustrar todas as seqüências de cálculos efetuados pela rotina computacional para obter o ponto de rendimento total máximo e todas as grandezas necessárias para a predição teórica em uma ampla faixa de funcionamento da turbina Francis. Diversos resultados teóricos são apresentados para alguns modelos de perdas e para diferentes rugosidades dos componentes hidromecânicos da turbina Francis. Esses resultados permitem avaliar o ganho no rendimento total da turbina Francis quando a rugosidade da superfície é reduzida e em quais componentes da turbina os esforços devem ser concentrados para a melhoria do acabamento superficial. Esse efeito é esperado ser dependente da rotação específica da turbina Francis. Os resultados teóricos são comparados com os resultados experimentais obtidos para uma turbina Francis de nqA = 266 . Uma boa concordância foi observada entre os valores medidos e calculados, para uma ampla faixa de funcionamento da turbina Francis.
Abstract: This work presents a methodology for the performance prediction of Francis turbine based on mean streamline analysis. The performance prediction takes into account only the overall dimensions of the Francis turbine and also the losses correlations for each main component of the turbine. There is no necessity of take into account any operation parameter in the maximum efficiency point to accomplish such prediction. The performance prediction is realized for a wide range of normal operation of the Francis turbine and not only for the design point. Various empirical losses correlations that are reported in the technical literature are presented. The analysis of the losses takes into account different roughnesses of spiral case, stay vane, wicket gate, runner, draft tube, labyrinths and side rooms between the runner and fixed components of the turbine. Some empirical correlations refer to a same type of loss, which are tested and evaluated. From the comparison among these correlations, it is verified that they can improve substantially the performance prediction, not only at the design point as at the off-design point. The methodology also allows predict the effect of the roughness as well as of the Reynolds number on the different efficiencies of the Francis turbine. A computational routine was developed by means of modules and functions allowing its modification and the inclusion of new losses correlations. In the initial calculations, some operation parameters are not known or they depend on parameters that should still be calculated in posterior calculations. A procedure is presented to illustrate all sequences of calculations made by the computational routine to obtain the point of maximum efficiency vi and all necessary parameters for the performance prediction in a wide range of Francis turbine operation. Several theoretical results are presented for some models of losses and for different roughnesses of the Francis turbine components. These results allow evaluate the gain in the efficiency of the Francis turbine when the surface roughness is reduced and which components the efforts should be concentrated for the improvement of the superficial finish. This effect is expected to be dependent of the specific rotation of the Francis turbine. The theoretical results are compared with the experimental results obtained for a Francis turbine with nqA = 266 . A good agreement was observed between measured and calculated values for a wide range of Francis turbine operation.
Palavras-chave: Turbina Francis
Perdas
Características hidrodinâmicas
Predição teórica
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3822
Data do documento: 15-Set-2004
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