top of page

Portfólio Desenvolvimento de uma turbina para geração distribuída. 

 

Curso: Engenharia Mecânica Semestre: 5º e 6º

 

 

Disciplinas:
• Dinâmica de Corpos Rígidos

• Eletrotécnica Geral

• Mecânica dos Fluidos

• Fundição e Processos Siderúrgicos

• Metrologia e Controle Geométrico 

 

A proposta de Produção Textual Interdisciplinar em Grupo (PTG) terá como temática Desenvolvimento de uma turbina para geração distribuída. Escolhemos esta temática para possibilitar a aprendizagem interdisciplinar dos conteúdos desenvolvidos nas disciplinas desse semestre.

 

Situação Geradora de Aprendizagem (SGA)

Atualmente, a utilização de energia elétrica está relacionada diretamente com as necessidades humanas. Ou seja, o consumo é determinado pela demanda referente ao bem-estar da sociedade, tais como áreas da saúde, habitação, alimentação, transporte e desenvolvimento tecnológico. Dessa forma, dia após dia, cresce o consumo de energia elétrica.

Para suprir os diversos tipos de consumo de energia elétrica, a geração deve ser ampliada, priorizando a utilização de técnicas de geração de energia renovável. Lembrando que a energia gerada no Brasil é, em sua maioria, proveniente de usinas hidrelétricas, usando o potencial energético da água. Porém, a energia elétrica pode ser produzida também em usinas eólicas, termoelétricas, solares, nucleares e outras.
Contudo, é possível a obtenção de energia elétrica através de diferentes matrizes energéticas, através de fontes alternativas que atuem ao mesmo tempo otimizando recursos disponíveis e novas tecnologias, com o objetivo de produção de energia com menor custo, respeitando o meio ambiente.

 

TAREFAS

Tarefa 1: Turbina Francis
A tubuna Francis, mostrada na figura 1, foi desenvolvida por James Bicheno Francis, em 1847, como forma de melhoria de uma turbina patenteada por Samuel Dowd, em 1838. Elas são as mais versáteis e as mais utilizadas em PCH’s.

Sua equipe deve calcular o momento de inércia da turbina, sabendo que a densidade do inox é de 7,85 g/cm³ e a densidade da fibra de carbono é de 1,76 g/cm³ e, também, considerando que o eixo de rotação coincide com o eixo da turbina.
Com o valor do momento de inércia da turbina em mãos, defina o momento de inércia e explique o porquê da importância de conhecer esse valor no desenvolvimento dos cálculos.

Tarefa 2: Sistema de captação do movimento de água

Sabendo disso, responda as seguintes perguntas sobre esse gerador e as condições de funcionamento citadas:
a) Qual é a velocidade de rotação desse gerador?
b) Quanta corrente de campo deve ser fornecida ao gerador para que a tensão de terminal seja de 480 V a vazio?
c) Se o gerador for ligado a uma carga que solicita 1100 A com FP 0,85 atrasado, quanta corrente de campo será necessária para manter a tensão de terminal em 480 V?
d) Quanta potência o gerador está fornecendo agora? Quanta potência é fornecida ao gerador pela máquina motriz? Qual é a eficiência total dessa máquina? Obs.: considere que a potência de entrada é igual a potência de saída, somadas as perdas elétricas devido à resistência da armadura, as perdas do núcleo e as perdas mecânicas (atrito e ventilação).
e) Se a carga do gerador for repentinamente desligada da linha, que acontecerá à sua tensão de terminal?

Tarefa 3: Direcionamento da água para o rotor

Para a elaboração e implantação do projeto de uma PCH (Pequena Central Hidrelétrica), ilustrada através da Figura 6, na Indústria de Motores de Combustão à Diesel para Veículos, decidiu-se que palhetas guia de uma turbina Francis direcionarão a água para as pás do rotor a um ângulo. A água é direcionada ao rotor por um conduto de aço carbono com 3,75 m de diâmetro e 20 m decomprimento. As pás giraram a 150 rev/min, descarregando água a 282,517 ft³/s na direção radial, ou seja, perpendicularmente para o centro da turbina. 

Dessa forma:
a. Pesquise a equação do torque para turbina Francis e relacione a potência produzida pela turbina com o torque.
b. Sabendo que as componentes tangenciais da velocidade da água para cada pá (considere) e da borda de fuga do rotor são, respectivamente, 5,125 m/s e 0 m/s, determine a potência desenvolvida pela turbina. Explique o significado do resultado obtido.
c. Considerando o conduto descrito e a vazão descarregada axialmente na turbina, verifique se o escoamento é laminar ou turbulento. Além disso, é possível determinar de forma analítica a diferença de pressão deste escoamento? Considere a temperatura da água como 10 oC.
d. Sabendo que unidades do tipo PCH, diferem das hidrelétricas comuns devido à dimensão do reservatório e pela capacidade de geração conforme descrito nos Artigos 2º e 3º da Resolução nº 394/1998 da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), a qual afirma que a potência deve ser igual ou superior a 1 MW e igual ou inferior a 30MW, estime o número mínimo e o máximo de turbinas necessárias para adequar-se a essa limitação.

Atenção: todos os procedimentos de cálculos devem ser apresentados.

Tarefa 4: Fabricação de Rotores

Em função da implantação da PCH, o diretor gostaria de saber mais sobre os componentes desse sistema. Uma curiosidade que ele pediu para observar é quanto aos rotores das turbinas, onde ele imagina que ela seja feita a partir do processo fundição. Deste modo, seu trabalho é apresentar um relatório com os materiais utilizados para fabricação desses rotores, e qual o processo de fabricação utilizado para obtenção do rotor.
Para facilitar a apresentação para o diretor, responda as seguintes perguntas.
a. Quais os materiais e sua composição utilizados para fabricação desta turbina?
b. Por que esses materiais são utilizados?

Tarefa 5: Metrologia dos componentes da turbina

Com intuito de verificar as geometrias finais dos componentes da turbina, sua equipe está discutindo a forma mais adequada de colher esses dados. Lembre-se que, o relatório técnico proveniente da inspeção final, habilitará ou não o uso do equipamento.
Sendo assim, com base na Figura 7, e no conhecimento técnico de sua equipe em Metrologia e Controle Geométrico, responda:
1. Quais equipamentos/ferramentas podem ser utilizados para efetuar a inspeção visando obter medidas de precisão? Descreva cada ferramenta e as formas pelas quais pode(m) ser empregada(s).
2. Quais são as variáveis constituintes do processo de medição e as possíveis fontes de erro?
3. Um de seus colegas de inspeção ficou com uma dúvida em relação a algumas leituras encontradas. A Figura 08 apresenta as medidas nos instrumentos. Logo, com intuito de auxiliar seu colega você informou que as leituras encontradas são: A =_________ e B = _________. Explique como você chegou a esses resultados.

 

Portfólio Desenvolvimento de uma turbina para geração distribuída.
COMPLETO PRONTO PARA SER ENVIADO

Portfólio Desenvolvimento de uma turbina para geração distribuída.

SKU: 2021-2
R$ 200,00Preço
  • Completo pronto para ser enviado.

    Curso: Engenharia Mecânica

    Semestre: 5º e 6º

     

     

    COMPARTILHE

123.png
bottom of page