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http://hdl.handle.net/1843/38316| Type: | Dissertação |
| Title: | Parametrização de dimensões básicas para pré-projeto de turbinas Francis |
| Authors: | Felipe Lucas Ferreira dos Santos |
| First Advisor: | Carlos Barreira Martinez |
| First Co-advisor: | Edna Maria de Faria Viana |
| First Referee: | Mirian de Lourdes Noronha Motta Melo |
| Second Referee: | Eduardo Bauzer Medeiros |
| Third Referee: | Frederico Fabio Mauad |
| Abstract: | Esse trabalho teve a finalidade de por meio da pesquisa de usinas existentes e equipadas com rotores de turbina tipo Francis, investigar e gerar um conjunto equações parametrizadas, em função de parâmetros básicos da instalação, para o dimensionamento de rotores de pequeno porte sem demandar estudos hidrodinâmicos aprofundados. Para o desenvolvimento desta investigação foi feito o levantamento de dados em 35 pequenas centrais hidrelétricas. Foram extraídos dos desenhos técnicos originais, fornecidos pelos fabricantes as principais dimensões do rotor de turbina tipo Francis, como diâmetro de entrada do rotor, diâmetro de saída do rotor, abertura lateral do rotor, anel inferior ou “aba” do rotor, altura do rotor e número de pás do rotor. Assim como as características básicas das usinas, tais como vazão, queda bruta da usina e rotação da unidade geradora. Os dados levantados foram inseridos em planilhas estruturadas, no qual foram obtidos gráficos com as dimensões principais do rotor na ordenada e os dados básicos das usinas nas abscissas. As equações selecionadas para compor o conjunto de equações do Modelo Parametrizado foram escolhidas em função do melhor coeficiente de determinação (R²) e da maior homogeneidade de distribuição de dados ao longo das curvas propostas pelas regressões. Em seguida, três usinas externas ao grupo utilizado para os cálculos foram utilizadas como padrão para validação do Modelo Parametrizado proposto. Os resultados obtidos através do modelo proposto também foram comparados com os resultados obtidos utilizando equações consagradas da literatura para essas mesmas três usinas, como as equações apresentadas por Encinas, 1976 e por Souza, 2011. No dimensionamento dos três rotores reais através do Modelo Parametrizado foram obtidos resultados com erros entre 4,46% a 6,92% no dimensionamento do diâmetro de entrada; entre 3,11% a 9,85% no dimensionamento do diâmetro de saída; entre -7,04% a 3,73% no dimensionamento da abertura lateral; entre -1,81% a 1,69% no dimensionamento da Aba do rotor e entre -7,71% a 0,72% no dimensionamento da altura do rotor. Desta forma as equações desenvolvidas apresentaram bons resultados e uma boa precisão para predizer as dimensões básicas de turbinas Francis dentro da faixa de queda bruta da usina entre 8,9 metros a 205 metros, vazões entre 0,9 m³/s a 33,0 m³/s e rotações específicas entre 89,9 a 439,3. |
| Abstract: | The objective of this work is to use dimensional data from existing Francis turbines and generate a set of parameterized equations, based on the basic parameters of the hydroelectric plant, for the design of Francis rotors with an emphasis on small plants and without the need for sophisticated hydrodynamic studies. For the development of this investigation, data were collected in 35 small hydroelectric plants. They were extracted from the original technical drawings: inlet diameter, outlet diameter, side opening, bottom ring, height of rotor and number of blades. As well as the basic characteristics of the plants, such as flow, head and turbine rotation. The data collected were entered into structured spreadsheets, in which several graphs were obtained with the main dimensions of the rotor in the ordinate and the basic data of the plants in the abscissa. The equations selected to compose the set of equations for the Parameterized Model were chosen as a function of the best coefficient of determination (R²) and the greater homogeneity of data distribution along the curves proposed by the regressions. Then, three plants outside the group used for the calculations were used as a standard for validating the proposed Parameterized Model. The results obtained through the proposed model were also compared with the results obtained using the equations presented by Encinas, 1976 and by Souza, 2011. In the dimensioning of the three real rotors through the Parameterized Model, results were obtained with errors between 4.46% and 6.92% in the dimensioning of the inlet diameter; between 3.11% to 9.85% in dimensioning the outlet diameter; between -7.04% to 3.73% in dimensioning the side opening; between -1.81% to 1.69% in dimensioning of the bottom ring and between -7.71% to 0.72% in dimensioning of the height of rotor. Thus, the developed equations showed good results and a good accuracy to predict the basic dimensions of Francis turbines, within the range of head between 8.9 meters to 205 meters, flow between 0.9 m³/s to 33.0 m³/s and specific rotations between 89.9 to 439.3. |
| Subject: | Engenharia mecânica Rotores Turbinas Usinas hidrelétricas |
| language: | por |
| metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica |
| Rights: | Acesso Restrito |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/38316 |
| Issue Date: | 11-Jun-2021 |
| metadata.dc.description.embargo: | 11-Jun-2022 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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