dc.creator |
AZEVEDO, Tiago Martins de |
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dc.date.issued |
2020-08-14 |
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dc.identifier.uri |
https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2202 |
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dc.description.abstract |
Azevedo, T. M. (2020): Considering the modality of motor machines, axial hydraulic
turbines are widely used in Brazil and worldwide for hydropower generation; thus, it becomes
essential to dimension these machines, to understand its characteristics, operational criteria and
application on a case-to-case basis. Consequently, the objective of this work is based on
developing a preliminary design of an axial hydraulic turbine, using the theories of grid, wing
lift, potential vortex and radial balance, in order to analyze the project under the numerical and
experimental methods.
Therefore, using classic theories, a rotor preliminary design was developed considering a
constant specific energy distribution from the hub to tip of blade resulting in different blade
assembly angles. The distributor system was designed for the relative velocity to be aligned
with the rotor blade, based on the composition of the velocity triangles at the rotor inlet, for all
the radial positions of the hub to tip of blade. In addition, it was use made a prototype
manufactured in ABS plastic, assembled on the LHPCH test bench, considering the
independent quantities of H, Q and rotation, among the nqA values corresponding to axial rotors.
For the numerical analyzes, the domains, inertial and non-inertial, were discretized with
structured, unstructured and hybrid meshes. For the solution of the RANS equations (Reynolds
Averaged Navier Stokes) k-ω SST turbulence model was used. Thus, the characteristic curves
of the turbine's operation were developed, meeting the criteria of convergence and mesh
independence.
On the other hand, experimental analyzes were carried out using a belt brake to keep the
rotation constant, with variation in flow and head, allowing to elicit experimental characteristic
curves. Finally, comparisons were made between the characteristic curves and efficiency curves
for both methodologies, and even with a small divergence of values, it was possible to validate
both, the preliminary design and the methodologies used in this Master's thesis |
pt_BR |
dc.description.sponsorship |
Agência 1 |
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dc.language |
por |
pt_BR |
dc.publisher |
Universidade Federal de Itajubá |
pt_BR |
dc.rights |
Acesso Aberto |
pt_BR |
dc.subject |
Turbina axial |
pt_BR |
dc.subject |
CFD |
pt_BR |
dc.subject |
k- SST |
pt_BR |
dc.subject |
Vórtice potencial |
pt_BR |
dc.subject |
Equilíbrio radial |
pt_BR |
dc.subject |
Teoria de asa de sustentação |
pt_BR |
dc.title |
Validação numérica-experimental do comportamento hidrodinâmico de uma turbina hélice em escala reduzida |
pt_BR |
dc.type |
Dissertação |
pt_BR |
dc.date.available |
2020-08-14 |
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dc.date.available |
2020-11-05T13:56:00Z |
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dc.date.accessioned |
2020-11-05T13:56:00Z |
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dc.creator.Lattes |
http://lattes.cnpq.br/1035159435891813 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor1 |
CAMACHO, Ramiro Gustavo Ramirez |
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dc.contributor.advisor1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/6194277568885657 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 |
TIAGO FILHO, Geraldo Lúcio |
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dc.contributor.advisor-co1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/1838249887289555 |
pt_BR |
dc.description.resumo |
Azevedo, T. M. (2020): Sob a modalidade de máquinas motoras, as turbinas hidráulicas
axiais possuem grande aplicação no Brasil e no mundo para geração de energia elétrica; desse
modo, torna-se fundamental para o dimensionamento dessas máquinas, entender as
características, os critérios de funcionamento e aplicação caso a caso. Assim, o objetivo deste
trabalho tem por base desenvolver um projeto preliminar de uma turbina hidráulica axial, por
meio das teorias de grade, de asa de sustentação, de vórtice potencial e equilíbrio radial, de
modo a serem analisados sob os métodos numéricos e de ensaios experimentais.
Desse modo, usando as teorias clássicas, desenvolveu-se um projeto preliminar do rotor
considerando uma distribuição de energia específica constante desde o cubo até a ponta da pá
resultando em diferentes ângulos de montagem de pás. O sistema diretor foi projetado para a
velocidade relativa estar alinhada com a pá do rotor, baseando-se pela composição dos
triângulos de velocidades na entrada do rotor, para todas as posições radiais do cubo até a ponta
da pá. Com o uso da prototipagem, fabricou-se o modelo em plástico ABS, montado na bancada
de ensaios do LHPCH, considerando as grandezas independes de H, Q e rotação, dentre os
valores de nqA correspondentes a rotores axiais.
Para as análises numéricas, foram feitas as discretizações dos domínios, inercial e não
inercial, com malhas estruturadas, não estruturadas e híbridas. Para a solução das equações
RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes) foi utilizado o modelo de turbulência k-ω SST.
Assim, foram levantadas as curvas características de funcionamento da turbina atendendo
critérios de convergência e independência de malha.
Em contrapartida, foram feitas as análises experimentais utilizando um freio de cinta para
manter a rotação constante, com variação da vazão e altura de queda, permitindo levantar as
curvas características experimentais. Por fim, foram feitas as comparações entre as curvas
características e as curvas de rendimento da máquina para ambas metodologias, e mesmo
apresentando uma pequena divergência de valores, foi possível validar tanto o projeto
preliminar, como as metodologias utilizadas neste trabalho. |
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dc.publisher.country |
Brasil |
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dc.publisher.department |
IEM - Instituto de Engenharia Mecânica |
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dc.publisher.program |
Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica |
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dc.publisher.initials |
UNIFEI |
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dc.subject.cnpq |
CNPQ::Engenharia Mecânica::Térmica, Fluídos e Máquinas de Fluxo |
pt_BR |
dc.relation.references |
AZEVEDO, Tiago Martins de. Validação numérica-experimental do comportamento hidrodinâmico de uma turbina hélice em escala reduzida. 2020. 118 f. Dissertação. (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2020. |
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