Dissertations / Theses: 'Turbina hidráulica'

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Hauser, Vavra Kim Santiago Maria. "Caracterización de Turbina Hidráulica Tipo Turgo para Microgeneración." Tesis, Universidad de Chile, 2011. http://www.repositorio.uchile.cl/handle/2250/104103.

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Abstract:

Ingeniero Civil Mecánico
Las microcentrales hidráulicas (centrales de menos de 100 [kW]) representan en Chile un campo de exploración obligatorio en el intento de avanzar hacia un modelo energético país eficiente y sustentable. Diversifican la matriz energética, aumentando la confiabilidad global del sistema, y son aptas para generación distribuida, es decir, inyección y venta de potencias excedentes en la red de distribución, lo que constituye un incentivo directo al consumo eficiente de energía por parte del usuario. En este contexto, el Centro de Energía de la Universidad de Chile desarrolla un proyecto de Micro Central Hidráulica Plug & Play. El objetivo general de este Trabajo de Título consistió en la caracterización de una turbina hidráulica tipo Turgo con dos inyectores, dilucidando entre otras cosas la validez de regular el caudal que pasa a través de los inyectores con válvulas mariposa en vez de válvulas de aguja, que son diseñadas para tal propósito. Se diseñó e instaló un laboratorio de pruebas para la turbina hidráulica tipo Turgo en el Taller Mecánico del DIMEC. Particularmente se midió un conjunto de valores de caudal, altura equivalente neta y potencia eléctrica generada, lo que permitió obtener el diagrama de explotación de la turbina hidráulica, del cual se desprende valiosa información en términos de selección de recursos hídricos, regulación de caudal y otros aspectos técnicos específicos y propios de esta turbina. Los resultados del diagrama de explotación muestran diferencias con los datos del fabricante. Particularmente, entre los puntos de operación nominal obtenidos y los que entrega el fabricante se observan diferencias de rendimiento cercanas a un 10%. El autor recomienda instalar la microcentral en recursos hídricos de las siguientes características, que entregan la potencia eléctrica nominal del generador, 10 [kW] (a 50 [Hz] y 220 [V]): Q=59,4 [l/s], Hn1=34,9 [m] y Q=38,1 [l/s], Hn1=49,1 [m]. Los rendimientos globales respectivos son eta_g=0,493 y eta_g=0,546. Se mostró que existe un conjunto de recursos hídricos fQ, Hng en los que la microcentral no puede operar de buena forma. Se ha destacado que la utilización de válvulas mariposa es el factor principal para esta limitación y que el uso de válvulas de aguja debería reducir tal rango. Además, se encontró que existen importantes imperfecciones en el diseño de los elementos del conjunto turbina-inyectores, como el diámetro de los inyectores, que disminuyen la capacidad del conjunto. A pesar de que el conjunto turbina-inyectores es mejorable, se ha aportado elementos de juicio que permiten validar la utilización de válvulas mariposa para regular caudal de la microcentral. En este contexto, se recomienda regular caudal sólo con la válvula mariposa principal.

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Aris, Valdés Juan Carlos. "Diseño, construcción y pruebas de turbina Pelton para microgeneración hidráulica." Tesis, Universidad de Chile, 2014. http://repositorio.uchile.cl/handle/2250/116818.

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Abstract:

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica
Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico
La micro generación (menor a 100 [kW]) por medio de turbinas hidroeléctricas, tiene un amplio campo de desarrollo en la zona centro-sur de Chile. Este tipo de generación eléctrica ayuda a diversificar la actual matriz energética y avanzar hacia una generación a nivel país más eficiente y sustentable. Las micro centrales hidroeléctricas, además del consumo personal, permiten eventualmente la inyección y venta de potencias excedentarias a la red de distribución, lo que incentiva al usuario a adoptar nuevas tecnologías de eficiencia energética. En este contexto, el Centro de Energía de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, está desarrollando el proyecto de Micro Central Hidroeléctrica Plug & Play, del cual se enmarca esta Tesis. Este trabajo de Tesis tiene como objetivo general el diseño, construcción y pruebas de funcionamiento de una turbina Pelton, con todos sus elementos, tomando como base un diseño numérico de la turbina [7]. En el Taller Mecánico del Departamento de Ingeniería Mecánica (DIMEC) se confeccionaron la mayor parte de las piezas de la turbina, así como su construcción, montaje y las correspondientes pruebas de funcionamiento. Los parámetros del recurso hídrico de diseño son: la altura neta (H_n=40 [m]), el caudal volumétrico (Q= 35 [m^3/s]) y un supuesto rendimiento global (η=70%). En base a estos parámetros, se realizó todo el diseño y manufactura de las partes de esta turbina, el inyector, el housing , el eje, y todo lo que fue necesario para llevar a cabo las pruebas de esta máquina. Se realizan las pruebas correspondientes para obtener las prestaciones de funcionamiento de la turbina, tales como generación eléctrica posible y rendimientos en una amplia gama de alturas de carga y caudales predeterminados, de 19 a 60 [m] y de 17 a 45 [lt/s], respectivamente. Las pruebas de funcionamiento conducen a la elaboración del diagrama de explotación, el que muestra el comportamiento esperado del grupo Turbina-Generador, con una potencia eléctrica máxima de 11 [kW] y un rendimiento máximo del 64%, que corresponde a un 75% de rendimiento con respecto a la potencia al eje de la turbina. Estos valores suponen un rendimiento del Generador del orden del 85%. Para los valores de diseño de la turbina (40 [m] y 35 [m^3/s]) la potencia del grupo Turbina-Generador se obtuvo una potencia de 8 [kW] y un rendimiento del 59%, correspondiendo a un 69% respecto de la potencia al eje de la turbina. En conclusión, las prestaciones del grupo Turbina-Generador son razonablemente aceptables respecto a los supuestos establecidos inicialmente para su diseño. Los resultados alcanzados dejan nuevos desafíos para desarrollos futuros, esto es, optimizar la geometría y fabricación de las cucharas de la turbina Pelton con tornos numéricos CNC. Incorporar instrumentos de medición más precisos con señal de salida digital, tales como: caudalímetros electromagnéticos o ultrasónicos, torquímetros, tacómetros, tubos de Pitot de alta precisión, sistema de adquisición de datos, circuito hidráulico mejorado, etc.

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Ferrada, Sepúlveda Lorena Andrea. "Diseño de rodete de turbina hidráulica tipo Pelton para microgeneración." Tesis, Universidad de Chile, 2012. http://www.repositorio.uchile.cl/handle/2250/112366.

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Abstract:

Ingeniera Civil Mecánica
Diversificar la matriz energética y reducir los costos medioambientales en la generación de energía, son problemas que está enfrentando Chile actualmente, por lo que es urgente comenzar a estudiar nuevas formas de generación de energías que no sean contaminantes, eficientes y sostenibles. En este contexto el Centro de Energías de la Universidad de Chile está desarrollando un proyecto de microgeneración hidráulica llamado Microcentral Hidroeléctrica Inteligente, este proyecto contempla la utilización de una turbina tipo Turgo importada desde China, la cual carece de especificaciones técnicas y presenta inconvenientes técnicos como un rendimiento de 49 %, considerado bajo para este tipo de tecnología. Ante este proyecto de innovación tecnológica es muy importante que el principal órgano de la turbina, el rodete, tenga un mayor rendimiento, y sean conocidas sus características técnicas y alta calidad. El objetivo de este trabajo de titulación es el diseño de un rodete de turbina tipo Pelton, con el fin de obtener un mayor rendimiento y calidad que con la actual turbina Turgo. Para esto se procederá de la siguiente manera, se realizará un diseño preliminar utilizando la teoría hidráulica. Luego, se modelará el rodete diseñado en el programa Ansys variando los parámetros relevantes para obtener el rodete con mejor rendimiento. El desarrollo de este trabajo será realizado para un recurso hídrico con las siguientes características: altura neta (Hn) de 40 [m] y caudal (Q) de 35 [l/s], considerando lo anterior la potencia hídrica es de 13,72 [kW]. Tras el diseño y modelación del rodete se obtienen los principales resultados que son el diámetro Pelton de 36 [cm], diámetro de puntas de 45 [cm] y para la cuchara un ancho de 12 [cm] y el largo de 11 [cm]. Se compara la fuerza del agua en la cuchara para el caso optimizado y el caso base, se obtiene que la fuerza es de un 0,1 % por ciento mayor. Con esto se espera un aumento del rendimiento teórico del rodete que en el caso base es de un 89 %, valor considerablemente mayor al obtenido en el estudio de la turbina Turgo china de un 49%. Finalmente se entrega el rodete dibujado en Autodesk Inventor.

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Aleixo, Aline Serpeloni 1986. "Otimização das constantes do regulador de turbina hidráulica utilizando o algoritmo genético." [s.n.], 2012. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/267781.

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Abstract:

Orientador: Lubienska Cristina Lucas Jaquiê Ribeiro
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia
Made available in DSpace on 2018-08-20T06:43:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Aleixo_AlineSerpeloni_M.pdf: 2178208 bytes, checksum: aaef09b93f33ada98dd56e8ff5a84ba0 (MD5) Previous issue date: 2012
Resumo: Uma das principais tarefas de controle numa Usina Hidrelétrica é a regulação das máquinas hidráulicas. Seu monitoramento faz-se necessário para garantir e estabelecer regras operacionais seguras para a instalação. A turbina é um dos elementos básicos de uma Usina Hidrelétrica e o regulador tipo PID é um dos tipos usados para sua regulação. Os parâmetros do regulador da turbina hidráulica são muito estudados, inclusive verificando seu comportamento através da simulação computacional. As simulações computacionais são ferramentas de análise muito úteis e que permitem encontrar a melhor solução que proporcione o melhor desempenho do sistema estudado. Este trabalho apresenta uma metodologia para otimização das constantes do regulador tipo PID de turbina hidráulica utilizando um modelo de simulação aliado a técnicas atuais de otimização evolutiva baseada nos Algoritmos Genéticos. Os exemplos avaliados mostraram significativa melhora nos valores dessas constantes, mostrando a eficácia do uso dessa ferramenta na área da Hidráulica e possibilitando estudos futuros
Abstract: One of the main tasks of control in a Hydroelectric Power Plant is the hydraulic machines regulation. Its monitoring becomes necessary to guarantee and to establish safe operational rules for the installation. The turbine is one of the basic elements of the Hydroelectric Power Plant and the PID governor is one of the types used to its regulation. The governor parameters of the hydaulic turbine are studied, also verifying its behavior through the computational simulation. The computational simulations are very useful analysis tools to find the best solution to provide the best performance of the studied system. This work presents a methodology to optimize the PID governor parameters of the hydraulic turbine using a simulation model ally the current techniques of evolutionary optimization based in the Genetic Algorithms. The evaluated examples had shown significant improvement in the constants values, showing the effectiveness use of this tool in the hydraulic area and making possible future studies
Mestrado
Tecnologia e Inovação
Mestre em Tecnologia

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Zuloeta, Bonilla Rosa Elena. "Diseño de un grupo hidroenergético con una turbina Michell-Banki de 40 kW." Bachelor's thesis, Pontificia Universidad Católica del Perú, 2012. http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/handle/123456789/1458.

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Abstract:

Este proyecto presenta una alternativa económica, versátil y de bajo impacto ambiental para la generación de electricidad. Se trata de un grupo hidroenergético de 40 kW de potencia empleando una turbina Michell Banki el cual forma parte del proyecto de Desarrollo de Grupos Hidroenergéticos de hasta 500 kW promovido por el Área de Energía de la Pontificia Unversidad Católica del Perú. Se realizó el diseño hidráulico de la turbina de acuerdo a las formulaciones planteadas por Donat Banki y la a teoría de Turbomáquinas. Las características nominales de la turbina diseñada son las siguientes: 40kW de potencia eléctrica, velocidad de rotación de 600 rpm, 70% de eficiencia, velocidad específica de la turbina de Ns de 80, salto neto de 22,5 m y caudal de diseño de 0,28 m3/s. La zona de trabajo que abarca es: salto de 10 a 55 metros, caudal de 0,07 a 0,28 m3/s. Se propone la posibilidad de emplazar el grupo hidroenergético en la P.C.H. Porotongo en el departamento de San Martín. Se seleccionó un motor/generador síncrono de 45 kW de potencia y 1775 rpm. Se optó por un sistema de transmisión indirecta por medio de poleas y fajas debido a la diferencia en las velocidades de rotación entre los ejes del generador y el motor. Se implementó el algoritmo para el dimensionamiento de los principales componentes de la turbina Michell Banki en el programa Matlab cuyos datos de entrada deberán ser el número de álabes y la potencia mecánica. Se obtienen las dimensiones del rotor, el inyector, las velocidades del chorro y las características nominales de la turbina como caudal, salto y velocidad de rotación. El costo de fabricación del grupo hidroenergético de 40 kW de potencia empleando una turbina Michell Banki es de aproximadamente S/. 21 950.
Tesis

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Junior, Renato Venturatto. "Análise de escoamento e otimização paramétrica de um pré-distribuidor de turbina hidráulica." Universidade de São Paulo, 2016. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3150/tde-20012017-161015/.

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Abstract:

O fenômeno de vibração induzida por vórtices em travessas de pré-distribuidores de turbinas hidráulicas tem sido estudado nos últimos anos e várias soluções têm sido adotadas para minimizar interferências na estrutura que podem causar fratura por fadiga. O princípio básico das modificações é alterar o perfil da travessa de modo que as frequências de emissão de vórtices não coincidam com as frequências naturais da estrutura. Este trabalho tem como objetivo avaliar através de uma série de simulações computacionais um perfil mais adequado para um pré-distribuidor de turbina Francis. Essas simulações envolvem o cálculo do escoamento ao redor da travessa e da vibração induzida por vórtices nele presentes, bem como uma técnica que combina as análises dinâmicas com uma otimização paramétrica. Para isso, foi utilizado um código comercial de CFD, ANSYS Fluent e o cálculo da resposta estrutural e seu acoplamento com as equações do escoamento foi feito através de uma UDF (User Defined Function). Para validar a metodologia, a resposta estrutural de um corpo prismático sobre base elástica foi calculada e comparada a dados previamente publicados na literatura. Por fim, um código desenvolvido controla a análise fluido-estrutural e passa as variáveis para o otimizador Mode Frontier, que trabalha para encontrar a estrutura mais eficiente variando-se os parâmetros pré-determinados da geometria da peça. A metodologia desenvolvida tem a vantagem de ajudar no projeto de tais componentes sem depender excessivamente de métodos experimentais ou regras empíricas. Dessa forma, torna possível modificar perfis existentes ou desenvolver perfis novos baseado nos melhores critérios de manufatura.
Vortex induced vibration phenomena in hydraulic turbines stay vanes have been studied in the last years and several solutions have been adopted in order to minimize interferences that can cause fatigue in the structure. The basic principle of all modifications is to change the stay vane profile so the natural vortex shedding frequency is different from the natural frequencies of the structure. This work presents a detailed computational simulation of a Francis turbine stay vane whose main objective is to find out a more suitable profile these components should assume. These simulations involve the calculation of the flow around the vanes and the associated vortex induced vibration in the structure in addition to a technique that combines the dynamic analysis with a parametric optimization In order to do that, a commercial CFD code, ANSYS Fluent, was adopted and the calculation of the structural response and its coupling with the flow equations was done with User Defined Functions. Validation of the methodology was made by comparing the structural response of an elastically-mounted prismatic body immersed in uniform flow with previously published data. Finally, a developed code controls the FSI analysis and provides information about the vibrations to the Mode Frontier optimizer, responsible to address the problem and determine the set of parameters that lead to the most efficient structure. The methodology developed has the advantage of helping the design of such components without depending excessively on experimental methods or empirical rules. Also, it allows either modifying existing profiles or choosing the best shape for new ones based on the best manufacturing criteria.

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Canonico, R. "Projeto do sistema de controle de uma turbina hidráulica por meio de otimização numérica/." reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da FEI, 2014. http://sofia.fei.edu.br:8080/pergamumweb/vinculos/00000d/00000d18.pdf.

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Moreira, Castro José Tomás. "Evaluación hidráulica de nuevo diseño de housing para prototipo de laboratorio de turbina Pelton de microgeneración." Tesis, Universidad de Chile, 2017. http://repositorio.uchile.cl/handle/2250/146654.

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Abstract:

Ingeniero Civil Mecánico
El Ministerio de Energía de Chile, en su plan Energía 2050, establece los lineamientos para el desarrollo energético del país hacia el año 2050, con énfasis en la ampliación de la red actual en capacidad y accesibilidad. Este plan incluye la energía hidroeléctrica como una de las principales, ya que es una energía renovable, limpia, eficiente y existe un alto potencial energético en la zona centro sur del país. En este contexto, el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Chile desarrolló un prototipo de turbina Pelton de microgeneración, con una potencia hidráulica disponible de 13,69 [kW], y un rendimiento teórico global de 70%. Sin embargo, la potencia generada en las pruebas fue de 8,189 [kW], con un rendimiento global de 59,34%, debido a problemas de subida de agua dentro del housing por su diseño. El objetivo general de este trabajo es realizar y evaluar un nuevo diseño del housing para el prototipo de laboratorio de la turbina Pelton del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Chile. Con este propósito, se desarrolla en primera instancia un modelo 3D de la turbina, donde el nuevo diseño del housing se realiza utilizando fundamentos de la teoría hidráulica de turbinas Pelton de microgeneración. Además, se modelan los elementos exteriores a la turbina, como rodamientos, generador, acoples, etc. Con el diseño de las partes, se presenta la configuración final de la turbina y sus componentes, y los materiales y tratamientos necesarios a utilizar en su fabricación. Se realiza un análisis computacional del comportamiento del agua dentro del nuevo housing de la turbina en sus condiciones de diseño con el fin de evaluar el nuevo diseño propuesto. El análisis utiliza el modelo Volume Of Fluid (VOF) para estudios multifásicos, a través del programa Ansys FLUENT. Los resultados del análisis muestran que no se generan problemas de subida de agua, por lo cual no se esperan bajas de rendimiento en el nuevo diseño del housing. El costo de fabricación del nuevo housing es de $470.000 CLP, lo que se encuentra por debajo del housing existente, con un total de $625.000, sin considerar los componentes adicionales de la turbina.
05/06/2022

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Sousa, Pedro Henrique Dias de Véras. "Estudo numérico da extensão na saída do tubo de sucção de uma turbina hidráulica do tipo bulbo." reponame:Repositório Institucional da UnB, 2018. http://repositorio.unb.br/handle/10482/32599.

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Abstract:

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018.
Submitted by Fabiana Santos (fabianacamargo@bce.unb.br) on 2018-09-03T21:12:42Z No. of bitstreams: 1 2018_PedroHenriqueDiasdeVérasSousa.pdf: 62381558 bytes, checksum: f9982aa5b8a627c1c3c7ca6ccc2f9325 (MD5)
Approved for entry into archive by Fabiana Santos (fabianacamargo@bce.unb.br) on 2018-09-11T17:01:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_PedroHenriqueDiasdeVérasSousa.pdf: 62381558 bytes, checksum: f9982aa5b8a627c1c3c7ca6ccc2f9325 (MD5)
Made available in DSpace on 2018-09-11T17:01:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_PedroHenriqueDiasdeVérasSousa.pdf: 62381558 bytes, checksum: f9982aa5b8a627c1c3c7ca6ccc2f9325 (MD5) Previous issue date: 2018-09-03
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).
O objetivo deste trabalho foi investigar numericamente o efeito de diversos parâmetros de modelagem da extensão posicionada na saída do tubo de sucção de uma turbina bulbo nas características do escoamento nessa região e no desempenho da máquina. As simulações do tipo RANS foram realizadas no software comercial ANSYS CFX e a turbulência foi modelada utilizando o modelo k − ω SST. Inicialmente, foram avaliadas três condições de entrada para o tubo de sucção, empregando um domínio reduzido da turbina para isso. Os resultados foram validados com base em dados experimentais e serviram para as simulações principais deste trabalho. Ao todo, foram estudadas quatro geometrias de extensão para o tubo de sucção da turbina bulbo e, além das condições de operação da máquina, também foram analisadas a influência das condições de contorno na extensão e a interação entre os escoamentos de turbinas adjacentes. Os perfis de velocidade dentro do tubo de sucção foram validados com base em dados experimentais, e os resultados de perda de carga, eficiência e campo de velocidade foram comparados para determinar o impacto das diferentes extensões. De forma geral, a geometria na saída do tubo de sucção influenciou a expansão do escoamento e, consequentemente, a distribuição de velocidades e pressão nessa região. Outro fator importante foi a rotação do escoamento, que introduziu assimetrias no campo de velocidade e aumentou a interação das turbinas. Contudo, os resultados mostraram pouca influência dos parâmetros estudados no desempenho previsto da máquina.
In this work, the goal was to numerically investigate the effect of many different modeling parameters of the extension placed at the exit of the draft tube of a bulb turbine in the flow characteristics in this region and the performance of the machine. RANS simulations were carried in the commercial code ANSYS CFX and the turbulence modeled using the k − ω SST model. Initially, three inlet conditions for the draft tube were evaluated in a reduced domain of the turbine. The results were validated with the available experimental data and served as an input for the main simulations in this work. Four extension geometries were studied in total and, besides the inlet conditions, the influence of the boundary conditions in the extension and the interaction between adjacent turbines has also been analyzed. The velocity profiles inside the draft tube were validated using experimental data and the results for the head losses, efficiency and velocity field were compared to determine the impact of using different extensions. Overall, the geometry of the extension influenced the expansion of the flow and, therefore, the velocity and pressure distribution in this region. Another important factor was the flow rotation, which introduced asymmetries in the velocity field and increased the interaction among the turbines. However, the results showed a small influence of the studied parameters in the machine’s predicted performance.

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Camayo, Huamanculi Kevin Jhonatan. "Turbina Hidráulica con tecnología biométrica para zonas con afluente hídrico de bajo caudal para generar energía eléctrica renovable." Bachelor's thesis, Universidad Continental, 2019. http://repositorio.continental.edu.pe/handle/continental/5833.

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Abstract:

El trabajo tuvo por objetivo diseñar, simular y evaluar una propuesta de turbina hidráulica, combinando los factores que influyen en la generación del modelo virtual en situaciones en donde el caudal es como mínimo 4 m 3 /s, así como, analizar la respuesta del sistema cuando es sometido a un análisis computacional de fluidos el cual permite evaluar la cantidad de energía eléctrica que llegaría a producir este diseño. Se presenta en la introducción las características físicas de las zonas en donde este modelo llegaría a instalarse valorando estos lugares en base a indicadores de pobreza y el desabastecimiento de energía eléctrica, además se explica fundamentos teóricos con respecto a la capacidad de consumo de energía en la actualidad y la tecnología biomimética. La metodología para el diseño está basada en el método biomimético, en el que se trata de emular un elemento natural, para la evaluación de la turbina se empleó el diseño experimental.

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Grosso, María Florencia. "Energía renovable para comunidades aisladas: desarrollo de una micro turbina axial." Bachelor's thesis, Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, 2016. http://hdl.handle.net/11086/2669.

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Abstract:

Práctica Supervisad (IC)--FCEFN-UNC, 2016
Diseña una micro turbina hidráulica que forma parte del Proyecto de Energías Renovables en Mercados Eléctricos Rurales (PERMER) el cual es un programa de inversión y asistencia técnica que apunta a asegurar el abastecimiento del servicio eléctrico a esa porción de la población en forma sostenible preferentemente mediante la utilización de fuentes de generación de energías renovables, contribuyendo de ese modo a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero.

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MONTAÑO, SAAVEDRA A. C. "Montagem e Modelagem de um Grupo Gerador Síncrono - Turbina Hidráulica para seu Estudo e Operação em Micro Centrais Hidroelétricas para Pequenos Sistemas Isolados." Universidade Federal do Espírito Santo, 2011. http://repositorio.ufes.br/handle/10/9613.

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Abstract:

Made available in DSpace on 2018-08-02T00:00:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_3864_DissertacaoMestradoAlvaroChristianMontanoSaavedra.pdf: 7009838 bytes, checksum: decc6252088c647a4e2b7cc401daf7f3 (MD5) Previous issue date: 2011-05-05
O trabalho apresenta a montagem e modelagem de uma planta formada por uma turbina hidráulica e um gerador síncrono para seu funcionamento como parte de uma Micro Central Hidroelétrica (MCH) para pequenos sistemas isolados. Uma vez feita a montagem da planta, partiu-se para o desenvolvimento de um modelo empírico do processo, na forma de curvas de reação, obtidas utilizando-se a técnica de resposta ao degrau; e que possibilitou a aproximação das variáveis principais envolvidas para um modelo de primeira ordem com tempo morto. Depois de obtidas as funções de transferência da planta, projetou-se um controlador PID com a finalidade de manter a tensão de saída do gerador num valor de referência adequado para a sua distribuição na rede elétrica no sistema isolado. Com a finalidade de validar os resultados obtidos nas simulações, obtiveram-se curvas de resposta do sistema real em laboratório e compararam-se ambas as respostas, dando um resultado satisfatório e muito parecido. Estes resultados servirão como base para futuros estudos nas áreas de controle de velocidade (ou governador de carga) e estabilidade do sistema, entre outros, no campo das MCHs para pequenos sistemas isolados.

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Rondina, José Mateus. "Repotenciação de usinas hidrelétricas utilizando perfil alternativo de máquinas hidráulicas." Universidade Federal de Uberlândia, 2016. https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/19670.

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Abstract:

A geração de energia limpa e sustentável ocupa, cada vez mais, lugar de destaque nas preocupações da humanidade. A otimização da utilização dos recursos naturais para essa finalidade, assim como para produção de alimentos, consumo de água, transportes e outras necessidades, torna-se a cada dia um desafio maior. Assim, a geração de energia elétrica, tendo como matriz os recursos hidrícos, ainda principal matriz energética instalada no Brasil, encontra-se no seu limiar de disponibilidade no que se refere a aproveitamentos por grandes plantas geradoras. A instalação de micro e miniprojetos de geração de energia encontrou, em recente legislação do setor elétrico nacional, a possibilidade de conexão de seus geradores ao sistema de distribuição através da Geração Distribuída, pela modalidade de compensação de energia consumida e gerada. Tal possibilidade inaugura uma nova realidade para a geração de energia hidrelétrica a medida em que viabiliza a implantação de projetos para mananciais de pequena expressão, que até então estavam relegados a geração em sistemas isolados. Se por um lado a legislação derrubou um histórico impedimento a esses projetos, por outro lançou o desafio de torna-los viáveis. A compensação de quantidades consumidas de energia elétrica por energia gerada e entregue a rede de distribuição, com a realidade de isenção de impostos em vigor, por si é uma alavanca no sentido dessa viabilidade. Não obstante não é suficiente. Barreiras tais como a complexidade técnica e operacional, aliada aos elevados preços de aquisição, operação e manutenção das máquinas geradoras de energia hidrelétrica disponíveis no mercado ainda são muito impeditivas. Nesse sentido esse trabalho traz uma proposta de alternativa técnica para colaborar na viabilidade da implantação de pequenos projetos de geração de energia hidrelétrica, bem como na repotenciação de plantas antigas, depreciadas e geralmente ineficientes, inúmeras delas abandonadas pelo país. Trata-se da proposta de utilização de um perfil alternativo para turbinas hidráulicas, a máquina geradora de fluxo em lugar das turbinas. O trabalho relata a experiência na repotenciação de uma antiga central hidrelétrica de 600 kW, repotenciada para 3.000 kW, pela substituição de seus equipamentos por máquinas hidráulicas geradoras de fluxo (bombas) acionando geradores síncronos, com unidades de 500 kW.
The generation of clean and sustainable energy is increasingly prominent in the concerns of humanity. The optmization of the use of natural resources for this purpose, as well as for food production, water consumption, transport and other necessities is becoming a major challenge. Therefore, a generation of electric power, with hydropower resources, main source of energy installed in Brazil, is at its availability limit without reference to large power plants. The installation of micro and mini power generation projects has found, in the national electricity sector recent legislation, the possibility of connecting their generators to the distribution system through Distributed Generation, through the compensation modality of consumed and generated energy. This possibility inaugurates is a new reality for the generation of hydroelectric power as it allows the implementation of projects for small-scale water sources, which until then were relegated to generation in isolated systems. On the one hand legislation has overthrown a historic impediment to such projects, on the other it has launched the challenge of making them viable. The quantities compensation of electricity consumed by energy generated and delivered to the distribution network, with the reality of tax exemption in force, in itself is a lever in the direction of this viability. Nevertheless it is not enough. Barriers such as technical and operational complexity, allied with the high prices of acquisition, operation and maintenance of the hydroelectric generating machines available in the market are still very preventable. In this sense, this work proposes a technical alternative to collaborate in the viability of the implantation of small hydropower generation projects, as well as in the repowering of old, depreciated and generally inefficient plants, many of them abandoned across the country. This is about the proposal to use an alternative profile for hydraulic turbines, the flow generating machine instead of the turbines. The work reports the experience of repowering a former 600 kW hydroelectric plant, repowered to 3,000 kW, by replacing its equipment with flow-generating hydraulic machines (pumps) powering synchronous generators with 500 kW units.
Tese (Doutorado)

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Osinski, Cristiano. "Modelagem de malha hidráulica e controle de velocidade de turbinas hidráulicas em uma usina hidrelétrica." reponame:Repositório Institucional da UFPR, 2017. http://hdl.handle.net/1884/47963.

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Abstract:

Orientador : Prof. Gideon Villar Leandro
Coorientador : Prof. Dr. Gustavo H. da C. Oliveira
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 13/03/2017
Inclui referências : f. 100-104
Área de concentração: Sistemas eletrônicos
Resumo: O sistema elétrico de potência precisa operar em bons níveis de qualidade e confiabilidade. Dentre os requisitos relacionados com qualidade e confiabilidade está a estabilidade de frequência, que está associada com a capacidade de manter ou restaurar a frequência para sua condição nominal na ocorrência de desbalanços entre geração e demanda. Esta é a responsabilidade do controlador de carga e frequência. Considerando as não linearidades presentes no sistema de controle de uma usina hidrelétrica, o controle de carga e frequência é um assunto ainda em aberto exigindo amplo estudo. Neste trabalho, propõe-se aplicar ao problema de controle de carga e frequência em usinas hidrelétricas uma técnica de controle PID com parâmetros variáveis que utiliza um supervisor fuzzy para sintonizar os seus ganhos. Para análise e comparação do desempenho do controlador proposto, será utilizado neste trabalho um modelo matemático de uma usina hidrelétrica construído baseado em informações construtivas de uma usina do Sistema Interligado Nacional. Esse controlador é comparado com um controlador otimizado por algoritmos genéticos e também é comparado com o controlador PID da referida usina. Foram analisadas três condições de operação e o controlador PID fuzzy se mostrou mais eficiente em todas elas. Como uma segunda contribuição para este trabalho, tem-se a proposta de um novo modelo matemático de um conjunto conduto/turbina hidrelétrica. Este novo modelo é comparado com os principais modelos matemáticos de conjunto conduto/turbina presentes na literatura e validado com dados de medição em campo. Foram analisadas três condições de operação, e o modelo do conjunto conduto/turbina proposto nesta dissertação apresentou uma boa aproximação com os dados de medição. Palavras-chave: Estabilidade. Lógica fuzzy. Turbinas hidráulicas. Modelagem e controle.
Abstract: The power system needs to operate at good levels of quality and reliability. Among the requirements related to reliability quality is the frequency stability, which means the ability to maintain or restore the frequency to its nominal condition in the occurrence of unbalances between generation and demand. This is the responsibility of the charge and frequency controller. Considering the nonlinearities present in the control system of a hydroelectric power plant, load and frequency control is a still open subject requiring extensive study. In this work, it is proposed to apply to the problem of load and frequency control in hydroelectric plants a PID control technique with variable parameters that uses a fuzzy supervisor to tune their gains. For the analysis and comparison of the performance of the proposed controller, a mathematical model of a hydroelectric plant constructed based on constructive information of a plant of the National Interconnected System will be used in this work. This controller is compared to an optimal controller tuned by genetic algorithms and is also compared with a tuning suggestion for the PID controller of said power plant. Three operating conditions were analyzed and the fuzzy PID controller proved to be more efficient in all of them. As a second contribution to this work, we propose a new mathematical model of a hydroelectric conduit/turbine set. This new model is compared with the main mathematical models of conduit/turbine set in the literature and validated with field measurement data. Three operating conditions were analyzed, and the model of the conduit/turbine set proposed in this dissertation presented a good approximation with the measurement data. Keywords: Stability. Fuzzy logic. Hydraulic turbines. Modeling and control.

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Muñoz, Espinoza Felipe Orlando. "Estudio de antecedentes científicos de optimización de álabes de turbinas francis para el aumento del rendimiento." Tesis, Universidad de Chile, 2014. http://www.repositorio.uchile.cl/handle/2250/129809.

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Abstract:

Ingeniero Civil Mecánico
La empresa AES Gener S.A. se dedica a la generación de energía eléctrica tanto a nivel nacional como internacional (operación en 27 países). Para ello, cuenta con centrales de generación de distinto tipo (termoeléctricas, hidroeléctricas y otras), entre las que se encuentra Central Maitenes, planta de tipo hidroeléctrica de pasada, parte del grupo de centrales hidroeléctricas Centrales Cordillera, ubicada en San José de Maipo. La central mencionada corresponde a la más antigua del grupo (año 1923), con turbinas Francis que tienen larga data. En base a ello, surge la necesidad de estudiar la posibilidad de mejora de tales equipos, a través de un proceso de licitación que cuente con la presencia de distintos proveedores, tanto locales como extranjeros. Por lo anterior, se requiere contar con una base técnica que busca maximizar las opciones de aumento de eficiencia de la turbina, permitiendo contrastar las ofertas entregadas por los proveedores, con la posibilidad de elevar las exigencias previo a la adjudicación de la licitación a alguno de los oferentes. Por lo expuesto, el siguiente informe tiene por finalidad el estudio de antecedentes científicos de optimización de álabes del rodete de turbinas Francis, para el aumento del rendimiento de una turbina de este tipo ubicada en Central Maitenes, en base a información otorgada por la empresa, durante las diversas visitas pactadas mediante un convenio de cooperación entre la empresa y el autor de este estudio, además de la bibliografía pertinente para llevar a cabo los cálculos tendientes a desarrollar el análisis mencionado. En primer lugar, se recopilan los antecedentes necesarios para el cálculo teórico de rendimiento de la turbina en operación, el que, junto al dato operacional, forman un valor referencial inicial. Luego, se desarrolla un cálculo teórico basado en el estado actual de la tecnología de optimización de álabes de turbinas Francis, obteniendo valores óptimos de triángulos de velocidades y rendimiento, que se vea contrastado con el cálculo anterior. Finalmente, se complementa el análisis con información de constructores de turbinas Francis a nivel nacional y mundial. En base a ello, se determina la mejor alternativa de mejora, para completar con ello el estudio encargado.

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Nostrani, Marcos Paulo. "Estudo teórico-experimental de um posicionador utilizando hidráulica digital de chaveamento rápido." reponame:Repositório Institucional da UFSC, 2015. https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/160634.

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Abstract:

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015.
Made available in DSpace on 2016-04-19T04:03:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337901.pdf: 4128416 bytes, checksum: 245c701c1210915adc942f1d49ce5278 (MD5) Previous issue date: 2015
Os sistemas hidráulicos vêm evoluindo tecnologicamente em função da integração com dispositivos eletro-eletrônicos e melhoria nos processos de fabricação. Porém, ainda são controlados normalmente pela abertura e fechamento de orifícios de passagem de fluido tornando-os extremamente dissipativos e, portanto, com baixa eficiência. Com a crescente conscientização na obtenção de sistemas que tenham um gasto energético otimizado, a hidráulica digital surge como uma alternativa mais eficiente aos sistemas hidráulicos convencionais. Motivado pela obtenção de novas concepções de posicionadores hidráulicos, o presente trabalho estuda a aplicação de um sistema hidráulico digital de chaveamento rápido do tipo step-down em um sistema de controle de posição aplicado a uma bancada de ensaios para turbinas eólicas. A partir do modelo em regime permanente apresentado neste trabalho, foi possível a realização do dimensionamento do sistema, tubo de inertância e frequência de chaveamento da válvula. Os dados obtidos foram utilizados no modelo a em regime transiente de controle de posição com o intuito de verificar as características comportamentais do sistema. Para a validação do modelo em regime transiente, experimentos foram realizados na Bancada de Controle de Ângulo de Passo existente no Laboratório de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos da Universidade Federal de Santa Catarina. Com as conclusões deste trabalho, têm-se os principais elementos para a correta seleção das dimensões do tubo de inertância e frequência de chaveamento da válvula juntamente com as principais vantagens e desvantagens na utilização de um sistema de posicionamento hidráulico digital em comparação aos sistemas hidráulicos convencionais.

Abstract : In recent years there has been a considerable development in hydraulic systems technology. The technological improvement has been a function of the integration of electronic devices and improvement of the manufacturing processes. However, the hydraulic systems are still normally controlled by the opening and closing the fluid passages making them extremely dissipative and, therefore, with low efficiency. With the increasing awareness to obtain systems which have optimized energy consumption, the digital hydraulics emerges as a more efficient alternative to conventional hydraulic systems. Aiming to achieve new designs of hydraulic positioning systems, this master?s thesis studies the application of a digital hydraulic system in position control applied in a test bench for wind turbines. From the steady state model presented in this master?s thesis, the optimization of the inertance tube and valve switching frequency was possible. The data obtained were used in the transient model of the pitch angle control system in order to check the behavioral characteristics of the system. To validate the dynamic model, experiments were carried out in the Pitch Angle Control Bench that is located in the Laboratory of Pneumatic and Hydraulic Systems of the Federal University of Santa Catarina. The results of this study address the key elements for the correct selection of the inertance tube dimensions and valve switching frequency and also the main advantages and disad-vantages of using a digital hydraulic system compared to a conventional hydraulic system.

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Lacerda, Rafael Segantin 1979. "Uma contribuição à melhoria do processo de fresamento em 5 eixos de pás de turbinas hidráulicas." [s.n.], 2014. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/265933.

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Abstract:

Orientador: Anselmo Eduardo Diniz
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica
Made available in DSpace on 2018-08-25T10:42:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lacerda_RafaelSegantin_M.pdf: 5082934 bytes, checksum: 9288c8f97c6d45416ba8bc96895fc01d (MD5) Previous issue date: 2014
Resumo: A fabricação de pás de turbinas hidráulicas representa uma das atividades mais importantes no processo de fabricação do rotor de uma usina hidrelétrica e corresponde a uma parcela considerável do custo de produção do mesmo. Devido às características geométricas e requisitos hidráulicos destes componentes, as operações de fresamento em cinco eixos são altamente solicitadas e se destacam pela versatilidade e rapidez que proporcionam para o processo produtivo. Todavia, o fresamento de pás de turbinas hidráulicas apresenta alguns pontos críticos relacionados com a qualidade superficial, qualidade dimensional e os custos da operação de usinagem. A taxa de remoção de material, a variação das condições de fresamento diretamente relacionada com os parâmetros de corte e a necessidade de se reduzir os ciclos de produção são itens que fazem o estudo detalhado desta operação ter importância fundamental para a utilização das modernas tecnologias de usinagem. O objetivo deste trabalho é identificar as condições de corte mais adequadas para o processo de fresamento em cinco eixos de pás de turbinas hidráulicas. Para isto, o processo de fabricação foi monitorado e ensaios foram realizados para comparação entre diferentes estratégias de fresamento e parâmetros de corte. Durante estes ensaios observaram-se os parâmetros elétricos do motor da máquina e também a coloração dos cavacos, para estabelecer uma relação entre estes parâmetros e o real desgaste sofrido pela ferramenta, a fim de se ter um método direto e prático para definição de seu fim de vida. As principais conclusões deste trabalho são que a variável de entrada mais influente na vida da ferramenta dentre as testadas foi a estratégia de corte (concordante ou concordante / discordante) e para estas ferramentas, o desgaste de flanco (VB) foi o principal determinante para o fim de vida da aresta de corte. Em adicional, a observação da potência consumida e da coloração do cavaco realizada pelo operador, mostrou-se adequada para determinar o momento de troca da ferramenta neste tipo de fresamento em desbaste. Palavras chave: fresamento em cinco eixos, pás, turbinas hidráulicas e desgaste de flanco
Abstract: The manufacturing process of blades for hydraulic turbines is one of the most important activities to fabricate a runner for a hydraulic power plant and is responsible for a considerable portion of the production cost thereof. Due to the geometric characteristics and hydraulic requirements in these components, the milling operations in five axis is highly appreciated and offer the versatility and speed for the production process. However, the milling process for blades of hydraulic turbines present some critical issues related to the surface quality, dimensional quality and machining costs. The rate of material removal, the variation of milling conditions directly related with cutting parameters and the need to reduce production cycles are items that make a detailed study of this operation has high importance on the application of the most modern machining technologies. The objective of this work is to identify the most suitable cutting conditions for five axis milling in blades of hydraulic turbines. For this, the manufacturing process was monitored and tests were performed in order to compare different milling strategies and cutting parameters. During these tests was observed the electrical parameters of the machine motor and also the colors of the chips to establish a relationship between these parameters and the actual wear suffered by the tool in order to have a derictly and practical method to define the end of the tool life. The main conclusions are that the most influential variable in the tool life among those tested was the cutting strategy (Up Milling or Up Milling / Down Milling) and for these tools, the main determinant for the end of life is the flank wear (VB) of the cutting edge. In additional, the observation of the power consumption and the colors of the chips performed by the operator, with the goal of determining the exactly time to exchange the tool was adequate for this type of rough milling. Keywords: five axis milling, blades, hydraulic turbines and flank wear
Mestrado
Materiais e Processos de Fabricação
Mestre em Engenharia Mecânica

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Junior, Antonio Gonçalves de Mello. "A Turbina de Fluxo (Michell-Banki) como Opção para Centrais Hidráulicas de Pequeno Porte." Universidade de São Paulo, 2000. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/86/86131/tde-15052013-144737/.

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Abstract:

Estima-se que nos próximos 20 anos a energia hidráulica contribuirá com quase 30% da energia elétrica do planeta, atualmente esta participação é de 19%. Muitos países possuem iniciativas sérias de implementação de Pequenas Centrais Hidrelétricas, quer seja a médio ou a longo prazo. No Brasil, particularmente, um novo programa de incentivo as pequenas centrais hidrelétricas está sendo lançado pela ELETROBRÁS. Porém, a previsão do número de usinas de pequeno porte e a potência total a ser instalada dentro do plano decenal, 1997 2006, de geração é relativamente pequeno (15 PCH somando 93,71 MW de possíveis 2.161 totalizando 3.633 MW Fonte: SIPOT- ELETROBRÁS abr / 98). A média do consumo de energia elétrica por habitante no Brasil está abaixo da média do consumo mundial (1805 kWh/ano para 2160 kWh/ano. (Fontes: SIESE-Síntese anual 1999 e International Energy Outlook 1998 DOE / EIA). Quando comparamos as várias regiões do território brasileiro a discrepância se torna ainda maior. Vários tipos de turbinas hidráulicas podem ser usadas em pequenas, mini e micro centrais hidroelétricas, entre as quais podemos destacar: Pelton, Francis, Turgo, Kaplan, Hélice, Banki etc. No Brasil as mais utilizadas são: Francis e Kaplan seguidas de longe pela Pelton. O uso dos demais tipos é quase que desconhecido, principalmente a Turgo. A turbina de fluxo cruzado, também conhecida pelos nomes de: MichellBanki, Banki e MichellOssberger é definida como uma turbina de ação que pode ser instalada com quedas de 1 a 200 m de altura e vazões de 0,025 a 13 m3/s. Com a evolução apresentada principalmente nas últimas duas décadas por firmas tradicionais como: Ossberger Turbinenfabrick ou mais novas como a CINK, pode alcançar diâmetros de rotores próximos de 1,0 m com largura de até 3,0m e desenvolver potência de até 2000 kW, com rendimentos que já podem chegar a 90%. As principais evoluções estão concentradas em modificações no injetor da turbina, emprego de novos materiais nas pás, eixo e rolamentos do rotor e em tentativas de utilização do tubo de sucção. Um dos estudos de mostra a viabilidade técnica e econômica na implantação de uma turbina de fluxo cruzado em comparação com as turbinas Francis e Kaplan. As conclusões serão relatadas após a análise de viabilidade técnico-econômica entre os três tipos de turbinas.
It is forecasted that in next 20 years the hydraulic energy will contribute with almost 30% of the total electric power of the planet, while this participation is today near 19%. Many countries have firm initiatives of implementation on SHPs, in medium or long terms. In Brazil, a new incentive program for SHPs is being introduced by ELETROBRAS. However, the forecast for the number of small plants and output installed into Ten-Year Expansion Plan of Energy to the year 2006 is relatively small (15 SHP amount to 93.71 MW, compared to feasible levels of 2,161 SHPs and 3,633 MW. (Source: SIPOTELETROBRAS april / 98). The average electric power consumption per inhabitant in Brazil is below of the world average consumption (1,805 kWh/year against 2,160 kWh/year. Source: SIESE - Annual summary 1999 and International Energy Outlook 1998 DOE/EIA) and when compared with the different regions of the Brazilian territory this discrepancy becomes still larger. Several types of hydraulic turbines can be used in small hydropower, as Pelton, Francis, Turgo, Kaplan, Propeller, Banki, etc. In Brazil the more used are Francis and Kaplan followed by Pelton. The usage of the other types is almost that unknown, mainly the Turgo turbine. The cross flow turbine, also known by the names of: MichellBanki, Banki, and MichellOssberger is defined as an action turbine that can be applicable to falls from 1 to 200 m and flows from 0,025 to 13 m3/s. With the evolution technical presented mainly in the last two decades by traditional firms like Ossberger Turbinenfabrik and new firms like CINK, that turbine can reach diameters of rotors of 1,0 m with width of 2,6m and to develop capacity up to 2,000 kW, with efficiency near 90%. The main evolutions are concentrated in modifications presented in the injector of the turbine by several manufacturers, and the use of new materials in the blades of the runner, shafts, bearings and the use of the draft tube. Case study shows the technical and economical implications using a cross flow turbine in comparison to a Francis turbine and a Kaplan. The conclusions will be reported after technical and economical viability analysis among the three types of turbines.

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Santos, Eduardo Zeraib Antunes dos. "Simulador em tempo real para teste de reguladores de velocidade de turbinas hidráulicas." Universidade de São Paulo, 2006. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3143/tde-19042007-144959/.

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Abstract:

Esta dissertação descreve um simulador em tempo real para aplicação em testes de reguladores de velocidade de hidrelétricas. O simulador é implementado num hardware que permite a conexão física de todos os sinais que o regulador teria na usina. As dimensões e o perfil hidráulico da usina, dados das máquinas e unidade de força hidráulica são inseridos através de tabelas de fácil entendimento pelo usuário Os transientes hidráulicos no conduto forçado são simulados usando o método das características e levam em conta a influência da turbina. A unidade hidráulica e os atuadores são modelados incluindo suas não-linearidades. Além dos testes de fábrica, este simulador pode ser utilizado para análise preliminar de transientes hidráulicos, treinamento de operadores e como plataforma de testes para novas estratégias de controle da turbina.
This work describes a real-time simulator to be used in hydroturbine speed governor tests. The simulator is implemented using a hardware configuration which allows the physical connection to the governor under test like it would be in the hydropower plant. The conduit dimensions, hydraulic scheme, machine and hydraulic power unit data are inserted into the simulator by user friendly input tables. The hydraulic transients in the penstock are simulated using the method of characteristics and take into account the turbine influence. The electrohydraulic interface, servomotor and hydraulic power unit are simulated including the nonlinearities of valves and servomotors. Besides the factory tests, this simulator can also be applied for a preliminary analysis of hydraulic transients, operator training and platform for testing new turbine control strategies.

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Benites, Príncipe Johel Víctor. "Diseño de un grupo hidroenergético Michell-Banki de 120 kW." Bachelor's thesis, Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014. http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/handle/123456789/5449.

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Abstract:

El presente trabajo busca ser una buena alternativa en la instalación de grupos hidroenergéticos en las Pequeñas Centrales Hidroeléctricas que se construyen en el Perú y de este modo cubrir el déficit de electrificación en zonas rurales. Para ello, se ha planteado el diseño de un grupo hidroenergético que opere con una turbina estandarizada Michell- Banki debido a que esta turbina tiene una buena eficiencia dentro de un amplio rango de caudal, bajo costo y es de fácil fabricación local. La función principal del grupo hidroenergético es aprovechar la energía cinética de una caída de agua y transformar el trabajo técnico en el eje de la turbina en energía eléctrica para su uso en zonas rurales, de manera que se pueda mejorar la calidad de vida de los habitantes de estas localidades. Para el desarrollo de este trabajo se ha realizado el diseño hidráulico del rodete y del inyector, que son los principales componentes de la turbina. Esto se ha realizado mediante una metodología en la cual los únicos parámetros de entrada son la potencia de 120 kW generada en el eje de la turbina y el rango de variación de la velocidad específica de la turbina Michell-Banki. Las características nominales de la turbina son las siguientes: 120 kW generados en el eje de la turbina Michell-Banki, velocidad de giro igual a 1800 rpm, 82% de eficiencia hidráulica a plena carga, velocidad específica de la turbina igual a 100, caudal de diseño igual a 0.19 m3/s y salto neto igual a 75.4 m. Debido a las características de las turbinas Michell-Banki el grupo hidroenergético puede trabajar conservando una buena eficiencia en un rango de potencias desde 63.8 kW hasta 120 kW, en un rango de salto neto desde 50.8 m hasta 113.8 m y en un rango de caudal desde 0.11 m3/s hasta 0.22 m3/s. Una vez finalizado el diseño hidráulico se ha realizado el diseño mecánico de todos los componentes del grupo hidroenergético como eje del rodete, apoyos del eje del rodete, carcasa, bastidor, además de la verificación por resistencia del rodete y del inyector. Por otro lado, se ha diseñado la pieza de transición entre la salida de la tubería de presión de sección circular y la entrada del inyector de sección rectangular. Además, se ha seleccionado el generador eléctrico y se ha diseñado el sistema de transmisión de potencia entre la turbina y el generador, de tal manera que este gire a su velocidad de sincronismo. El costo del grupo hidroenergético de 120 kW utilizando una turbina Michell-Bank es aproximadamente S/. 40,391.97 considerando costos ingeniería, costos de fabricación y costos de equipos de compra directa.
Tesis

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Milla, Arellano Jordán Israel. "Diseño de una turbina michel banki para su implementación en el banco de ensayos de turbinas del laboratorio de energía." Bachelor's thesis, Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015. http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/handle/123456789/6134.

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Abstract:

En el presente proyecto se presenta una propuesta económica y versátil del acople de una turbina Michell Banki en el banco de ensayo de turbinas del Laboratorio de Energía ubicado en la sección de Ing. Mecánica. La tesis desarrollada abarca; la evaluación del banco de ensayo, a fin de utilizar la mayoría de recursos existentes en él y obtener los parámetros de operación de la turbina Michell Banki; el diseño hidráulico y mecánico de la turbina para el desarrollo de los planos; la implementación del banco con el propósito de indicar las modificaciones realizadas; y los costos para estimar la inversión del proyecto. Los parámetros de operación de la turbina son los siguientes: 200 W de potencia en el eje, velocidad de rotación de 1000 rpm, 70% de eficiencia, velocidad específica igual a 43, salto neto de 6,5 m y caudal de 4,7 l/s. Entre los principales componentes la turbina se obtuvo un rotor de 100 mm de diámetro y 35 mm de ancho; un eje de 15 mm de diámetro en la sección que acoge al rotor y de 28 mm en la sección más ancha; un inyector de 125 mm de largo, 23,3 mm de ancho y 26 mm de altura de garganta. El rotor será fabricado con acero inoxidable AISI 316L, el eje de AISI A570 y el inyector con acero ASTM A36 cubierto con pintura epóxica al cuidado de la corrosión. La principal modificación del banco de ensayo para el acople de la turbina está relacionada con el cambio de electrobomba y la incorporación de elementos como la pieza de transición y la tubería rectangular. De este modo se seleccionó una electrobomba monoblock de 1,9 HP de potencia, 3500 rpm, 18 m.c.a. y 4,5 l/s de caudal con alimentación 220/440 V, la cual puede trabajar con ambas turbinas (2990 rpm para Michell Banki y 3100 rpm para Pelton) según el acondicionamiento del banco de ensayo. Asimismo, el acople de la electrobomba requiere la fabricación de una brida de succión y una de descarga. El costo total del proyecto es de S/. 21,091.65, en donde está incluido S/. 16,000 por parte del diseño y S/. 5,091.65 por parte de la implementación (materiales y accesorios, fabricación y montaje).
Tesis

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Pereira, Bruno Santos Alves [UNESP]. "Modelagem matemática para otimização de um potencial hidráulico utilizando turbinas Francis e Kaplan." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2015. http://hdl.handle.net/11449/136716.

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Abstract:

Made available in DSpace on 2016-04-01T17:54:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-11-25. Added 1 bitstream(s) on 2016-04-01T18:00:39Z : No. of bitstreams: 1 000858922.pdf: 1872274 bytes, checksum: b397cae21d423603304c87548647c94f (MD5)
A escolha do tipo de turbina a ser empregado numa dada central hidrelétrica é feita, a partir de tabelas de aplicação disponibilizadas pelos fabricantes de equipamentos, em função, basicamente, da vazão e da queda útil disponíveis do local deste potencial hidráulico. Para algumas faixas específicas destes valores, é aceitável o emprego tanto de turbinas tipo Francis quanto de turbinas tipo Kaplan. Fazendo-se a análise destes dois tipos de turbinas, para que a escolha do tipo a ser empregado seja baseada apenas em critérios técnicos e econômicos, é perceptível que as turbinas tipo Francis têm um valor de investimento menor em comparação às turbinas tipo Kaplan, mas possuem um limite operacional (em função da variação de vazão disponível) menor do que aquele aceitável por turbinas tipo Kaplan. Deste modo, a proposta deste trabalho consiste na análise comparativa do valor de investimento para a aplicação de cada tipo de turbina versus a quantidade de potência elétrica gerada ao longo do ano (considerando os limites operacionais de cada tipo de turbina) para um potencial hidráulico que apresente uma grande variação de vazão durante o ano. Para isto, foi desenvolvida uma ferramenta computacional cuja função é determinar (considerando um aproveitamento hidrelétrico do qual são conhecidos o número de máquinas, a queda de referência, a vazão de referência e a série de vazões afluentes) quais unidades geradoras devem ser do tipo Francis e quais devem ser do tipo Kaplan, de modo que se obtenha o maior lucro de receita gerada pela venda de energia elétrica ao fim de um ano de funcionamento da usina. O modelo de otimização foi validado a partir de dados da UHE Sinop com informações disponibilizadas por órgãos governamentais, com resultados compatíveis com o que foi efetivamente implantado
The choice of the turbine's type to be adopted for use on a given hydraulic power plant is made, as from the application of tables deployed by the manufacturers of the equipment, on function, basically, of the flow and the high of the water drop available at hydraulic potential location. For some specific ranges of these values it is acceptable the use of both Francis turbine and Kaplan turbine. Analysing these two types of turbines, for the choice of the type be based on economic and technical criteria, it is noted that Francis turbine has a lower investiment cost comparing with Kaplan turbine but has an operational limit (in function of the variation of available flow) lower than that one acceptable by Kaplan turbine. Thus, the proposal of this work consists of the analysis of the investiment value for the application of each type of turbine versus the quantity of generated power along the year (considering the operational limits of each type of turbine) for a hydraulic potential that presents a substantial flow variation during the year. For this goal was developed a computer tool whose purpose is determine (considering a hydraulic potential which are known the quantity of generating units, the reference head, the reference flow and the incoming flows serie) which one generating unit should be Francis and which one should be Kaplan in order to obtain the higher profit generated by the sale of the eletricity after one whole of hydropower plant operation. The optmization model was validated from values of UHE Sinop with data available on government agencies and has results compatible with what was effectively implemented

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Pereira, Bruno Santos Alves. "Modelagem matemática para otimização de um potencial hidráulico utilizando turbinas Francis e Kaplan /." Guaratinguetá, 2015. http://hdl.handle.net/11449/136716.

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Abstract:

Orientador: Pedro Magalhães Sobrinho
Coorientador: José Luz Silveira
Banca: José Antonio Balestiere
Banca: Christian Jeremi Coronato Rodriguez
Resumo: A escolha do tipo de turbina a ser empregado numa dada central hidrelétrica é feita, a partir de tabelas de aplicação disponibilizadas pelos fabricantes de equipamentos, em função, basicamente, da vazão e da queda útil disponíveis do local deste potencial hidráulico. Para algumas faixas específicas destes valores, é aceitável o emprego tanto de turbinas tipo Francis quanto de turbinas tipo Kaplan. Fazendo-se a análise destes dois tipos de turbinas, para que a escolha do tipo a ser empregado seja baseada apenas em critérios técnicos e econômicos, é perceptível que as turbinas tipo Francis têm um valor de investimento menor em comparação às turbinas tipo Kaplan, mas possuem um limite operacional (em função da variação de vazão disponível) menor do que aquele aceitável por turbinas tipo Kaplan. Deste modo, a proposta deste trabalho consiste na análise comparativa do valor de investimento para a aplicação de cada tipo de turbina versus a quantidade de potência elétrica gerada ao longo do ano (considerando os limites operacionais de cada tipo de turbina) para um potencial hidráulico que apresente uma grande variação de vazão durante o ano. Para isto, foi desenvolvida uma ferramenta computacional cuja função é determinar (considerando um aproveitamento hidrelétrico do qual são conhecidos o número de máquinas, a queda de referência, a vazão de referência e a série de vazões afluentes) quais unidades geradoras devem ser do tipo Francis e quais devem ser do tipo Kaplan, de modo que se obtenha o maior lucro de receita gerada pela venda de energia elétrica ao fim de um ano de funcionamento da usina. O modelo de otimização foi validado a partir de dados da UHE Sinop com informações disponibilizadas por órgãos governamentais, com resultados compatíveis com o que foi efetivamente implantado
Abstract: The choice of the turbine's type to be adopted for use on a given hydraulic power plant is made, as from the application of tables deployed by the manufacturers of the equipment, on function, basically, of the flow and the high of the water drop available at hydraulic potential location. For some specific ranges of these values it is acceptable the use of both Francis turbine and Kaplan turbine. Analysing these two types of turbines, for the choice of the type be based on economic and technical criteria, it is noted that Francis turbine has a lower investiment cost comparing with Kaplan turbine but has an operational limit (in function of the variation of available flow) lower than that one acceptable by Kaplan turbine. Thus, the proposal of this work consists of the analysis of the investiment value for the application of each type of turbine versus the quantity of generated power along the year (considering the operational limits of each type of turbine) for a hydraulic potential that presents a substantial flow variation during the year. For this goal was developed a computer tool whose purpose is determine (considering a hydraulic potential which are known the quantity of generating units, the reference head, the reference flow and the incoming flows serie) which one generating unit should be Francis and which one should be Kaplan in order to obtain the higher profit generated by the sale of the eletricity after one whole of hydropower plant operation. The optmization model was validated from values of UHE Sinop with data available on government agencies and has results compatible with what was effectively implemented
Mestre

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Jayme, Quispe Edwin. "Diseño de una turbina Kaplan de un KW." Bachelor's thesis, Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2016. https://hdl.handle.net/20.500.12672/8773.

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Abstract:

Publicación a texto completo no autorizada por el autor
Explica sobre el diseño de pequeñas turbinas hidráulicas, las mismas que pueden ser utilizadas para la generación de energía eléctrica en áreas del interior del país, que por su ubicación no tienen la posibilidad de interconectarse con la red. Sin embargo cuentan con recursos hídricos y características de terreno favorables para el uso de máquinas hidráulicas para la generación de la energía requerida por la comunidad. Generalmente cuando se habla de instalaciones hidroeléctricas se piensa en grandes centrales, es decir, grandes represas y reservorios, grandes extensiones de agua embalsada, equipos de alto costo en el mercado, etc.; sin embargo en esta ocasión nos interesa utilizar el caudal de un rio tanto como sea posible mediante la derivación parcial o total del caudal, aprovechar los saltos existentes entre 1 y 5 metros; estas características se pueden encontrar en toda la selva alta. Se trata del aprovechamiento de este tipo de condiciones, con la mayor eficiencia posible, para lo cual se debe seleccionar la máquina hidráulica adecuada, en este caso la turbina Kaplan con alabes fijos o Turbina de Hélice, que tiene como característica el girar a velocidades considerables y pueden ser fabricados en pequeños tamaños.
Trabajo de suficiencia profesional

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Gissoni, Humberto de Camargo. "Método para análise da interação fluido-estrutura em travessas do pré-distribuidor de turbinas hidráulicas." Universidade de São Paulo, 2015. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-11072016-153653/.

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Abstract:

Um dos grandes desafios enfrentados pelos fabricantes de turbinas hidráulicas é prevenir o aparecimento de vibrações induzidas pelo escoamento nas travessas do pré-distribuidor e pás do rotor. Considerando apenas as travessas, e atribuídos a tais vibrações, foram relatados 28 casos de trincas ou ruídos anormais nas últimas décadas, que acarretaram enormes prejuízos associados a reparos, atrasos e perda de geração. O estado da arte na prevenção destes problemas baseia-se na utilização de sofisticados, e caros, programas comerciais de dinâmica dos fluidos computacional para o cálculo transiente do fenômeno. Este trabalho faz uma ampla revisão bibliográfica e levantamento de eventos de trincas ou ruídos ocorridos em travessas nos últimos 50 anos. Propõe, então, um enfoque alternativo, baseado exclusivamente em ferramentas de código aberto. A partir de hipóteses simplificadoras devidamente justificadas, o problema é formulado matematicamente de forma bidimensional, no plano da seção transversal da travessa, levando em conta a interação fluido-estrutura. Nesta estratégia, as equações de Navier-Stokes são resolvidas pelo método dos elementos finitos por meio da biblioteca gratuita oomph-lib. Um código especial em C++ é desenvolvido para o problema de interação fluido-estrutura, no qual o fenômeno de turbulência é levado em consideração por meio de um algoritmo baseado no modelo de Baldwin-Lomax. O método proposto é validado por meio da comparação dos resultados obtidos com referências e medições disponíveis na literatura, que tratam de problemas de barras retangulares suportadas elasticamente. O trabalho finaliza com a aplicação do método a um estudo de caso envolvendo uma travessa particular.
One of the biggest challenges for hydraulic turbine manufacturers is to prevent vortex-induced vibration on the stay vanes and runner blades. Only regarding stay vanes, 28 cases of cracks or unusual noises attributed to such vibrations were reported in the past decades leading to huge costs due to repair, delays and lack of generation. The state of the art today is to use powerful and expensive commercial computational fluid dynamics software to address the required transient phenomena. The present work carries out a comprehensive survey on occurred events in stay vanes during the last 50 years. Then, an alternative approach, based only on free open-source tools, is proposed. From due justified simplifying assumptions, the problem is formulated two-dimensionally, in the stay vane cross section plane, taking the fluid-structure interaction into account. In such a strategy, the Navier-Stokes equations are solved using oomph-lib, an object-oriented, finite-element library. A special C++ computational code is developed to deal with the fluid-structure interaction problem, in which turbulence is considered through a special algorithm, based on the Baldwin-Lomax model. The proposed method is validated through comparisons with an aerodynamics benchmark and an experimental measurement of oscillating rectangular bars both available in the literature. The method is finally applied to a case study of a particular stay vane. Keywords: Hydraulic turbine. Fluid-structure interaction. Vortex-induced vibration.

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Bueno, Alexandre. "Estudo do comportamento de materiais e efeitos de parâmetros de processo para aumento de vida útil de turbinas hidráulicas tipo Francis." Universidade de São Paulo, 2017. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-20072017-160831/.

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Abstract:

A seleção adequada dos materiais e do processo de fabricação de rotores hidráulicos de turbinas Francis continua entre os maiores desafios enfrentados pelas empresas do setor desde sua criação no final do século XIX. A garantia de operação dessas máquinas está diretamente ligada à confiabilidade dos materiais, projetos e dos processos de fabricação, além da rigorosa observação de procedimentos e normas. Para que se consiga assegurar que ao final do processo de fabricação os procedimentos tenham sido respeitados, inúmeros testes são necessários. Alguns destes testes, porém podem afetar as próprias diretrizes para a execução do projeto ou fabricação. Um exemplo é o ensaio de propagação de trincas em diferentes arames de fabricação tipo GMAW e FCAW, que foi realizado com materiais cuja energia de absorção de impacto variava entre 30 e 100 J. Os resultados mostraram que o trabalho de impacto do material influencia consideravelmente a tenacidade e a velocidade de crescimento de falhas, o que consequentemente leva à conclusão de que esta propriedade define a margem de segurança do material contra propagação de trincas em aplicações como a construção de rotores hidráulicos soldados. Materiais com valores superiores de energia de impacto registraram um melhor comportamento com relação à propagação de falhas sendo mais adequados em regiões de altos esforços cíclicos, como as conexões de rotores Francis (pás x cubo x coroa). O trabalho mostra ainda quais os meios metalúrgicos e químicos necessários para se atingir um material com energia de impacto superior, demonstrando que os efeitos da ductilidade do material são mais significativos do que a resistência mecânica à tração. O que põe em xeque os padrões de dimensionamento dos componentes puramente baseados na comparação de tensões estáticas com a propriedade de resistência do material em seus limites de escoamento e ruptura.
The selection of materials and manufacturing process of hydraulic Francis Runners is one of the greatest challenges faced by sector companies since their establishment in the late 19th century. The guarantee of operation of these machines is directly linked to the reliability of the materials, designs and manufacturing processes, as well as the strict observation of procedures and standards. In order to ensure that procedures have been followed to at the end of the manufacturing process, numerous tests are required. Some of these tests, however, may affect some guidelines for project or manufacturing execution. An example is the crack propagation test on different types of manufacturing wires GMAW and FCAW, which were carried out with materials that energy of impact absorption varied from 30 to 100 J. The results showed that the impact work of the material influences considerably the tenacity and the crack growth rate, which consequently leads to the conclusion that this property defines the safety margin of the material against the cracks propagation in applications such as the construction by welding of hydraulic runners. Materials with higher values of impact energy showed a better behavior related to the failure propagation being more adequate in regions of high cyclic stresses such as the connections of Francis runners (blades x band x crown). The paper also shows the metallurgical and chemical requirements to obtain a material with higher impact energy, demonstrating that the effects of material ductility are more significant than the mechanical tensile strength. This fact challenges the current design standards of components based purely on the comparison of static tensions with the resistance property of the material at their resistance and rupture limits.

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Chávez, Palomino Ronald Eder. "Controlador híbrido PID-Fuzzy baseado na inferência Takagi-Sugeno para a regulação de tensão e de frequência /." Ilha Solteira, 2019. http://hdl.handle.net/11449/181452.

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Abstract:

Orientador: Carlos Roberto Minussi
Resumo: Nesta pesquisa apresentam-se os principais conceitos gerais de estabilidade elétrica, assim como suas divisões e classificações, onde são desenvolvidas as condições de operação de um sistema elétrico de potência, que são relevantes nos estudos de estabilidade angular do rotor, tensão e frequência. Para os estudos de estabilidade da frequência e de tensão é preciso conhecer os equipamentos como os reguladores de tensão e frequência, em consequência é apresentada a modelagem matemática de vários componentes dinâmicos como o sistema de excitação, estabilizador do sistema de potência (PSS), sistema de regulação de velocidade, sistema de regulação de tensão (AVR), máquina síncrona, turbina a vapor e turbina hidráulica. É necessário a modelagem de eles para projetar seus respectivos controladores. Nesta pesquisa também se faz a introdução ao controlador Fuzzy e controlador PID convencional assim como os métodos de sintonia, depois projetamos um controlador que combine os dois controladores e tenha mais vantagens como o controlador híbrido PID-Fuzzy. Depois de desenvolver a modelagem do regulador de tensão e frequência, fazemos o projeto do controlador PID-Fuzzy, previamente projetado o controle PID. As simulações dos sistemas de regulação de tensão e frequência sem controlador, com controlador PID e com controlador PID-Fuzzy foram realizadas aplicando a ferramenta computacional de Matlab-Simulink no domínio do tempo contínuo e as respostas foram investigadas e discutidas.
Abstract: This research presents the main general concepts of electrical stability, as well as their divisions and classifications, where the operating conditions of an electrical power system are developed, which are relevant in the studies of angular stability of the rotor, voltage and frequency. For frequency and voltage stability studies it is necessary to know equipment such as voltage and frequency regulators, consequently the mathematical modeling of several components is presented as dynamic as the excitation system, power system stabilizer (PSS) , speed regulation system, voltage regulation system (AVR), synchronous machine, steam turbine and hydraulic turbine. We need the modeling of them to design their respective controllers. In this investigation we also do the introduction to the Fuzzy controller and conventional PID controller as well as the tuning methods then we designed a controller that combines the two controllers and has more advantages as the hybrid PID-Fuzzy controller. After developing the modeling of the voltage and frequency regulator, we design the PID-Fuzzy controller, previously designed the PID control. The simulations of the voltage and frequency regulation systems without controller, with PID controller and with PID-Fuzzy controller were performed applying the Matlab-Simulink computational tool in the continuous time domain and the answers were investigated and discussed.
Mestre

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Queiroz, Fernando Ribeiro. "Avaliação de cavitação em turbinas hidráulicas por emissão acústica." Universidade Federal de Minas Gerais, 2012. http://hdl.handle.net/1843/BUOS-95RHAM.

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Abstract:

The production of electricity in Brazil is predominantly Hydraulics and the potential in the coming years will continue to be widely used hydraulic, whether through great works like Jirau and Santo Antônio plants on the Madeira River and Belo Monte plant on the Xingu, in the construction of power plants smaller dams or through Small Hydropower around the country. Until these plants come into operation and contribute to the generation of electricity for the country, generating units in operation need to meet growing energy demand. To meet this energy demand, many plants are operating already installed in your ceilings or even overloaded. As a consequence many plants have operated their turbines with some level of cavitation. The phenomenon of cavitation causes a variety of problems in power plants, such as erosion of turbine blades, vibration of the structure, loss of income, noises, etc. The erosion caused by cavitation alters the original profile of the blades compromising the efficiency of the turbine, being necessary to conduct periodic inspections on turbine blades in order to map the damage caused by cavitation, for later retrieval. The frequency of these inspections is defined in terms of hours of rounds machines and do not consider the load regime whereby the machine worked this time interval. This fact contributes to machines with the same hours rounds have very different stages of degradation due to having worked longer in charge of arrangements that favor the onset of cavitation. Thus inspection rounds based only in times of machines can occur when the damage is already well advanced in, and with this downtime, repair time and cost of corrective maintenance are much higher when compared to that when maintenance occurs on time appropriate. Given this, many researchers have studied indirect ways of measuring the levels of erosion on turbine blades analyzing vibration signals or their own internally generated sounds. The acoustic emission technique has been widely used in research as a tool to solve this problem. This paper evaluates the application of acoustic emission technique for monitoring and diagnosis of erosion caused by cavitation in turbines. The results show that there is a clear correlation between the acoustic emission signals with the state of wear of the blades of these turbines analyzed.
A produção da energia elétrica no Brasil é predominantemente Hidráulica e nos próximos anos o potencial hidráulico continuará sendo muito utilizado, seja através de grandes obras como as Usinas de Jirau e Santo Antônio no rio Madeira e a Usina de Belo Monte no Xingu, na construção de usinas hidrelétricas menores ou através de Pequenas Centrais Hidrelétricas - PCHs espalhadas pelo país. Até que estas usinas entrem em operação e contribuam na geração de energia elétrica para o país, as unidades geradoras em operação necessitam atender a demanda crescente de energia. Para o atendimento desta demanda de energia, muitas usinas já instaladas estão operando em seus limites máximos ou até em sobrecarga. Como consequências muitas usinas têm operado suas turbinas com algum nível de cavitação. O fenômeno da cavitação causa uma diversidade de problemas nas usinas hidrelétricas, tais como: erosão das pás das turbinas, vibração da estrutura, perda de rendimento, ruídos, etc. A erosão ocasionada pela cavitação altera o perfil original das pás comprometendo o rendimento da turbina, sendo necessário realizar inspeções periódicas nas pás das turbinas com o objetivo de mapear os danos causados pela cavitação, para posterior recuperação. A periodicidade destas inspeções é definida em função das horas rodadas das máquinas e não consideram o regime de carga pela qual a máquina trabalhou neste intervalo de tempo. Este fato contribui para que máquinas com as mesmas horas rodadas possuam estágios de degradação muito diferentes em função de terem trabalhado mais tempo em regimes de carga que favorecem o aparecimento da cavitação. Desta forma a inspeção baseada apenas nas horas rodadas das máquinas pode ocorrer quando o dano já está num estágio bem avançado, e com isso a indisponibilidade, o tempo de reparo e o custo da manutenção corretiva serem muito superiores quando comparados àquele caso a manutenção ocorra no tempo adequado. Diante disto, muitos pesquisadores têm estudado formas indiretas de mensurar os níveis de erosão nas pás das turbinas analisando sinais de vibração ou os próprios sons gerados internamente. A técnica de emissão acústica vem sendo muito utilizada nas pesquisas como uma ferramenta capaz de resolver este problema. Este trabalho avalia a aplicação da técnica de emissão acústica no monitoramento e diagnose da erosão causada pela cavitação em turbinas hidráulicas. Os resultados mostram que há uma clara correlação entre os sinais de emissão acústica com o estado de desgaste das pás destas turbinas analisadas.

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Musardo, Gustavo Borges [UNESP]. "Análise microestrutural de revestimentos usados no reparo de turbinas hidráulicas danificadas pela cavitação." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2006. http://hdl.handle.net/11449/94490.

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Abstract:

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-10-27Bitstream added on 2014-06-13T19:35:05Z : No. of bitstreams: 1 musardo_gb_me_ilha.pdf: 3996445 bytes, checksum: ce4f6124da4b6648c41885a10eb3e368 (MD5)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
No Brasil, a maior parte da energia elétrica disponível é gerada por usinas hidrelétricas as quais contam com grande número de turbinas hidráulicas. Durante sua operação estas turbinas sofrem sérios danos provenientes tanto de natureza mecânica como também hidráulica. Fenômenos de perda de massa e também trincas e rachaduras são alguns dos principais problemas que ocorrem devido a um fenômeno chamado de erosão cavitacional, que comumente é recuperado por soldagem. Sendo assim, grandes níveis de resistência à cavitação vêm sendo obtidos com a deposição de aços inoxidáveis com a presença de cobalto pelo processo de soldagem a arco com proteção gasosa. Neste trabalho, seis amostras feitas de aço-carbono ASTM A36, as quais foram extraídas de retalhos de turbinas, foram usadas como metal de base para as amostras. Usando um processo a arco elétrico com proteção gasosa (GMAW) em posição plana, duas camadas de aço AWS E70-S6 (1,2 mm de diâmetro) foi depositada em todas as amostras, e, somente em três das amostras foram depositadas duas camadas de amanteigamento com o arame de aço inoxidável AWS E309-T1 (1,6 mm de diâmetro) usando o mesmo processo, onde foi utilizado como proteção gasosa uma mistura de 75% de dióxido de carbono e 25% de argônio. A energia de soldagem nominal nestes casos foi de 0,5 kJ/mm. Por final, mais duas camadas de aço inoxidável com cobalto, liga resistente à cavitação foram depositadas por arco pulsado, com energia de soldagem nominal de 0,5 a 0,8kJ/mm, com uma mistura de gases de 98% de argônio e 2% de oxigênio como proteção. Secções transversais das amostras foram preparadas, devidamente lixadas e depois polidas com alumina 1,0μm, seguido de ataque químico moderado com Villela para observação de microestruturas. Foi feito o estudo de microdureza Vickers com carga padrão de 0,4 N e espaçamento regular (0,4 mm)...
Nowadays most of the power supply used in Brazil is provided for a large number of hydraulic turbines. During its operation in hydroelectric power plants, these turbines usually have been damaged either mechanical or hydraulic reasons. So, catastrophic cracking and loss-of-mass due to cavitation erosion are main problems which are commonly repaired by welding. Higher levels of resistance to cavitation erosion have been attained with surface deposition of a cobalt-alloyed stainless steel coating by gas-protected arc welding techniques. In the present work six plates, which were machined from blades of hydraulic turbines made with ASTM A36 carbon steel grade, were used as base metal. Using manual gas-metal arc welding (GMAW) in flat weld position two layers of AWS E70-S6 carbon steel (1.2 mm diameter) were deposited on all samples. Only 3 samples two buttering layers were deposited with AWS E309-T1 flux-cored wire (1.6 mm diameter) using same processing, where were applied a 75% carbon dioxide - 25% argon mixture as protection gas. The nominal heat input used in all layers was approximately 0.5 kJ/mm. At the last welding deposition another two cobalt-alloyed, cavitation resistant, stainless steel cladding layers were deposited under pulsed arc with a nominal heat input of 0.5 to 0.8kJ/mm, being used for them a protective gas mixture of 98% argon - 2% oxygen. Transverse sections of weld deposit were prepared according standard grinding method (up to 1200-grit SiC paper) and final mechanical polishing using 1.0μm alumina, followed by moderate etching in Villela reagent for microstructural observation. Vickers microhardness measurements were carried out at standard load (0.4 N) and regular spacings (0,4mm) from surface to base metal. Light microscopy (LM) was used to determine average size of inclusions, which was measured from digitalized images using a freeware image analysis ...(Complete abstract, click electronic access below)

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Coelho, José Gustavo. "Estudo numérico de tubos de sucção de turbinas hidráulicas tipo bulbo." reponame:Repositório Institucional da UnB, 2006. http://repositorio.unb.br/handle/10482/6258.

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Abstract:

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Departamento de Engenharia Mecânica, 2006.
Submitted by mariana castro (nanacastro0107@hotmail.com) on 2009-09-28T14:04:27Z No. of bitstreams: 1 DISSERTACAO Jose Gustavo Coelho.pdf: 6947679 bytes, checksum: dc4f35b9e0b2a2a09bcdfa4f7e4e95ff (MD5)
Approved for entry into archive by Gomes Neide(nagomes2005@gmail.com) on 2010-12-21T13:12:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTACAO Jose Gustavo Coelho.pdf: 6947679 bytes, checksum: dc4f35b9e0b2a2a09bcdfa4f7e4e95ff (MD5)
Made available in DSpace on 2010-12-21T13:12:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTACAO Jose Gustavo Coelho.pdf: 6947679 bytes, checksum: dc4f35b9e0b2a2a09bcdfa4f7e4e95ff (MD5) Previous issue date: 2006-07
Em máquinas de baixa queda, como é o caso da turbina bulbo,o estudo do escoamento em tubos de sucção tem uma grande importância, pois a eficiência e a potência da máquina estão diretamente associadas ao seu bom desempenho. Esse trabalho tem como objetivo geral a modelagem e simulação numérica do escoamento turbulento, com o intuito de avaliar a capacidade dos métodos numéricos atuais em reproduzir com fidelidade o escoamento em tubos de sucção. Como objetivo específico, pretende-se avaliar a possibilidade de diminuir o comprimento de um tubo de sucção da turbina tipo Bulbo, preservando a sua relação de área e o seu rendimento. Para atingir esses objetivos, inicialmente se faz a validação do modelo de turbulência adotado, SST, para diferentes casos. Primeiro para difusores com variadas angulações e sem swirl. Posteriormente se insere o giro no escoamento. Após essa etapa de validação, faz-se a simulação da máquina completa com o intuito de obter resultados realistas para a região da entrada do tubo de sucção. Utiliza-se essa condição de entrada tanto para um tubo de sucção convencional como para a geometria otimização proposta, com a finalidade de comparação dos resultados. Como resultado, observa-se que a diminuição do comprimento do tubo de sucção se mostra válida, fazendo injeções secundárias de fluido em posições específicas, Para a realização desse trabalho, usa-se o software comercial SOLIDWORKS para a criação da geometria e o ANSYSCFX-10 para o processamento geral do escoamento. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT
In machines of low fall, as in the case of the turbine bulb, the study of the flow in the draft tube has a great importance, because the efficiency and the power of the machine are directly associated to its good performance. This work has as general objective modeling and simulates the turbulent flow of draft tubes of bulbe hydraulic turbines. The intentions to evaluate the capacity of the current numeric methods in reproducing with fidelity the flow in these draft tubes. As specific objective that work, intends to evaluate the possibility of reducing the length of draft tube, preserving its area relationship and its inlet geometry. To reach these objectives, initially it is made a validation of the turbulence model adopted, SST, for different study cases. First for diffusers with varied angulations and without swirl. Later a swirl is inserted in the flow. After that validation stage, it is made the simulation of the complete machine in order to obtain realist data for the draft tube entrance area. That inlet condition is used both for a conventional draft tube as for the new geometry proposed with the purpose of comparing the results. For the accomplishment of this work, the software packaged SOLIDWORKS is used for the creation of the geometry and ANSYSCFX-10 for the simulation of the flow.

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Junior, Derli Dias do Amaral. "Projeto de uma turbina axial para micro aproveitamentos hidráulicos com ênfase no cálculo dos perfis do rotor e distribuidor." Universidade de São Paulo, 2013. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3150/tde-16102014-164019/.

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Abstract:

O proposito deste trabalho é apresentar uma metodologia para projeto de uma turbina axial para micro aproveitamentos hidráulicos com ênfase no projeto das geometrias do rotor e distribuidor, incluindo os resultados analíticos e numéricos através do método dos painéis. Comparações do projeto analítico com testes de campo são também apresentadas. A metodologia analítica utilizada foi a teoria do escoamento não-viscoso de Wenig que avalia os fatores de interferência para modelar o quanto as características de sustentação e arrasto de uma cascata de perfis são relacionadas com as de um perfil isolado. Foi verificado que a teoria de Wenig fornece uma boa previsão do fator de interferência se o ângulo de ataque for relativamente baixo e a espessura das pás for relativamente pequena quando comparada com a distância entre as pás. A metodologia numérica usando o método de vorticidade superficial proposto por Martensen para uma cascata de perfis e para um perfil isolado foi utilizada para se ter uma comparação com os coeficientes analíticos de sustentação e arrasto. Testes de campo foram realizados em um protótipo de 20 kW de acordo com a norma IEC-60041 e sua comparação com o método analítico e por consequência o método numérico validou o método empregado para confecção das pás do rotor e distribuidor.
The purpose of this work is to present a methodology to design a small axial hydraulic turbine with emphasis on the project of the profiles of the runner and wicket gate, including both analytical and numerical results from a cascade panel method. Comparisons with field test measurements of a prototype are also presented. The analytical methodology used is the Wenigs inviscid flow theory which requires the evaluation of interference factors to model how lift and drag characteristics of the turbine cascade of blades are related to those of a single isolated airfoil. It is found that the Wenigs theory provides a reasonable prediction of the lift interference factor if both the angle of attack is relatively low and the thickness of the blades is relatively small when compared to the distance between the blades. The numerical methodology that relies the Hess and Smiths 2-D panel method for a cascade of blades and for an isolated airfoil was used in order to have a comparison with the analytical lift and drag. Prototype field test measurements of the turbine power output, in agreement with IEC-60041 standards, were carried out to evaluate the results using the analytical and numerical methods.

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Mac, Donald Ramasy Rafaël. "Instrumentation platform and Maximum Power Point tracking control for a hydrokinetic turbine." reponame:Repositório Institucional da UnB, 2017. http://repositorio.unb.br/handle/10482/24457.

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Abstract:

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017.
Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-07-31T12:20:03Z No. of bitstreams: 1 2017_RamsayRafaelMacDonald.pdf: 4803485 bytes, checksum: 10d4b13dca72d536ac829226796346ba (MD5)
Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-09-11T16:28:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_RamsayRafaelMacDonald.pdf: 4803485 bytes, checksum: 10d4b13dca72d536ac829226796346ba (MD5)
Made available in DSpace on 2017-09-11T16:28:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_RamsayRafaelMacDonald.pdf: 4803485 bytes, checksum: 10d4b13dca72d536ac829226796346ba (MD5) Previous issue date: 2017-09-11
O projeto Hydro-K tem como objetivo o desenvolvimento de uma turbina hidrocinética. O protótipo ou o modelo preliminar desta certamente apresenta incertezas e para eliminá-las são necessários testes e coleta de dados. Essa coleta foi feita através de uma plataforma instrumental desenvolvida neste trabalho. Um outro desafio foi o controle da turbina. O controle tradicional das turbinas hidrocinéticas com um eixo horizontal, velocidade variável e um angulo da pá fixo, requer o mapeamento da curva CP da turbina com antecedência. Em seguida, a sua velocidade de rotação é medida e manipulada de modo a manter a máxima eficiência do rotor. Recentemente, o controle do Maximum Power Point Tracking (MPPT) foi aplicado às turbinas eólicas. Esse método de controle elimina a necessidade de mapeamento de curva CP medindo a tensão e a saída de corrente do gerador e ajustando periodicamente a carga elétrica no gerador para manter a potência máxima de saída elétrica. Considerando as semelhanças entre as turbinas hidrocinéticas e as eólicas, é provável que o MPPT possa ser aplicado para os hidrogeradores. Um segundo objetivo desta dissertação é avaliar a eficácia do MPPT para turbinas hidrocinéticas comparando uma estratégia de controle convencional com o MPPT usando simulações no "SIMULINK". A carga elétrica no gerador é variada usando o Pulse Width Modulation (PWM). A turbina hidrocinética do Hydro-K desenvolvida na Universidade de Brasília (UnB) é equipada com um gerador síncrono-trifásico com ímã permanente. Os resultados das simulações e experiências são apresentados comparando os dois métodos de controle acima mencionados sob diferentes condições de velocidade da água, e mostram que o controle MPPT fornece uma saída elétrica superior.
A project named Hydro-K is aimed at developing a hydrokinetic turbine. The prototype or preliminary model of this turbine will inherently present uncertainties. Eliminating them requires testing and data gathering. The data is acquired using an instrumentation platform designed in this dissertation. Another challenge will be controlling the turbine. Controlling traditional horizontal-axis-variable-speed-fixed-pitch hydrokinetic turbines requires mapping its efficiency at various water and rotor speeds, i.e., the CP curve of the turbine, in advance. Whereafter, its rotational velocity is measured and manipulated in order to maintain maximum efficiency of the rotor. Recently, Maximum Power Point Tracking (MPPT) control has been applied to wind turbines. This control method eliminates the necessity of CP curve mapping by measuring the generator’s voltage and current output, and periodically adjusting the electrical load on the generator to maintain the maximum electrical power output. Considering the similarities between hydrokinetic and wind turbines, it is likely that MPPT can be effectively applied for the hydrokinetic variant. Therefore, a second objective is assessing the effectiveness of MPPT for hydrokinetic turbines by comparing a conventional control strategy with MPPT using simulations in "SIMULINK". The electrical load on the generator is varied by using Pulse Width Modulation (PWM). The Hydro-K turbine developed at the University of Brasilia (UnB) is equipped with a three-phase-permanent-magnet-synchronous- generator (PMSG). The results of the simulations are presented by comparing the two aforementioned control methods under different water velocity conditions, and show that MPPT control delivers a superior electrical output.

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Magnoli, Marcelo Vinicius. "Cálculo das velocidades angulares críticas da linha de eixo de turbinas hidráulicas com ênfase no comportamento estrutural dinâmico do gerador." Universidade de São Paulo, 2005. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3132/tde-03082005-102444/.

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Abstract:

O projeto de turbinas hidráulicas tem estado em constante evolução, levando a máquinas mais rápidas e mais leves, nas quais os carregamentos são mais severos e as estruturas mais flexíveis. Com isto, os cálculos dos componentes da turbina devem ser realizados com maior precisão do que no passado, entre eles a determinação das velocidades angulares críticas da linha de eixo e seus fatores dinâmicos de amplificação de deslocamento, sobre os quais a maior influência é exercida pelo rotor do gerador. Para tanto, é elaborado um modelo numérico da linha de eixo, com base na pesquisa da literatura, na qual o rotor do gerador é usualmente considerado como um corpo rígido. Entretanto, para se verificar o efeito de suas propriedades de inércia e rigidez distribuídas sobre o movimento da estrutura, ele é descrito aqui por um modelo de elementos finitos, incluído no restante do sistema através do método da síntese modal de componentes. Os resultados numéricos mostram desvios não desprezíveis entre o método tradicional e o proposto aqui, sendo que se aconselha que o rotor do gerador seja descrito por este procedimento, quando os fatores de segurança empregados forem pequenos ou se a exatidão dos valores calculados for de grande importância.
Continuous improvements in hydraulic turbines project has lead to faster and smaller machines, in which loads are more severe and structures are more flexible. As a matter of fact, its components must be calculated more accurately than in the past. Such is the case of shaft line angular critical speeds and their dynamic displacement amplification multipliers, whose main influence is caused by the generator rotor. Therefore, a shaft line numeric model is set up, based on the literature review, where the generator rotor is usually considered as a rigid body. However, in order to verify its distributed inertia and stiffness properties effect on the structure behaviour, it shall be described here by a finite element model, that is included in the overall system using the component mode synthesis method. The numerical results yield significantly deviations between the model proposed here and the traditional, taking one to recommend that, when security factors are low or when calculated values accuracy is important, the generator rotor shall be modelled by the procedure described here.

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Rodrigues, Anna Paula de Sousa Parente. "Uma metodologia híbrida de otimização aplicada às pás de turbinas hidráulicas axiais." reponame:Repositório Institucional da UnB, 2012. http://repositorio.unb.br/handle/10482/13178.

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Abstract:

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2012.
Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2013-05-22T15:17:01Z No. of bitstreams: 1 2012_AnnaPauladeSousaParenteRodrigues.PDF: 6383616 bytes, checksum: 9b60bc89be69d6f650b784ecb59ea9d3 (MD5)
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Este trabalho apresenta uma metodologia de otimização para geometria de pás de turbinas hidráulicas axiais. O principal objetivo é determinar a geometria de pá que melhor se adaptará às condições de escoamento e funcionamento impostas, melhorando assim o desempenho dessa turbina. A motivação deste trabalho, decorre da necessidade cada vez maior do "melhor" projeto, em um curto período de tempo, fazendo com que esforços para a concepção de novas metodologias de otimização e ciclos de projeto, sejam desenvolvidos. A otimização se dará através da junção das técnicas de otimização heurísticas: Algoritmos Genéticos (AG) e Otimização por Enxame de Partículas (PSO- Particle Swarm Optimization). O principal objetivo dessa junção é a busca por um método de otimização mais robusto e eficiente na determinação da melhor geometria dessas pás. Dessa forma, o desempenho das pés é considerada como função objetivo. Métodos de dinâmica dos fluidos computacional (CFD- Computational Fluid Dynamics) são utilizados como ferramenta para o cálculo desse desempenho. Essa metodologia é aplicada para uma turbina hidrocinética e uma turbina do tipo bulbo. Os resultados provenientes da otimização da turbina hidrocinética são comparados, para diversos pontos de operação, com valores obtidos através de metodologias de otimizações anteriores. O que proporcionou a comprovação do melhor desempenho do algoritmo híbrido AG-PSO, sendo este posteriormente aplicado à otimização de forma das pás de uma turbina bulbo. Os resultados apresentam um ganho na potência (turbina hidrocinética) e rendimento (turbina bulbo) de saída do rotor otimizado via AG-PSO, além de uma melhora no tempo de processamento demonstrando assim a viabilidade do uso dessa metodologia para a geração de geometrias ótimas de pás de rotores axiais. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT
This thesis presents a methodology as optimization method for the blades of axial turbine runners. The aim is to determine the optimal shape for the blade, considering a specific flow condition and operation point, improving this turbine performance. The motivation behind this work is based on search of the "best"design, increasingly, in a short time, resulting in efforts to new optimization methods and design cycles. The optimization method combines two heuristic optimization techniques: Genetics algorithms (GA) and particle swarm optimization (PSO). The addition of these two techniques in one algorithm (GA-PSO) allows an optimization method more robust and efficient for the purpose of optimal runner's shape. The objective function to be optimized is the performance generated by the rotor. To computation of the performance by the turbine blades, a commercial CFD (Computational Fluid Dynamics) code is used. This methodology is applied to a hidrokinetic turbine and a bulb turbine. The performances of the hidrokinetic turbine, for different operating conditions, of the optimized rotor with GA-PSO were compared to results of previous optimization methods. Proving that the hybrid GA-PSO algorithm has the best performance, being applied to optimization of an bulb runner shape. The results showed a gain in power output (hidrokinetic turbine) and efficiency (bulb turbine), beyond a improvement in the the processing time, which demonstrated the viability of the use of GA-PSO algorithm as a good design procedure for shape optimization of axial hydraulic turbines.

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Musardo, Gustavo Borges. "Análise microestrutural de revestimentos usados no reparo de turbinas hidráulicas danificadas pela cavitação /." Ilha Solteira : [s.n.], 2006. http://hdl.handle.net/11449/94490.

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Orientador: Juno Gallego
Banca: Ruís Camargo Tokimatsu
Banca: Itamar Ferreira
Resumo: No Brasil, a maior parte da energia elétrica disponível é gerada por usinas hidrelétricas as quais contam com grande número de turbinas hidráulicas. Durante sua operação estas turbinas sofrem sérios danos provenientes tanto de natureza mecânica como também hidráulica. Fenômenos de perda de massa e também trincas e rachaduras são alguns dos principais problemas que ocorrem devido a um fenômeno chamado de erosão cavitacional, que comumente é recuperado por soldagem. Sendo assim, grandes níveis de resistência à cavitação vêm sendo obtidos com a deposição de aços inoxidáveis com a presença de cobalto pelo processo de soldagem a arco com proteção gasosa. Neste trabalho, seis amostras feitas de aço-carbono ASTM A36, as quais foram extraídas de retalhos de turbinas, foram usadas como metal de base para as amostras. Usando um processo a arco elétrico com proteção gasosa (GMAW) em posição plana, duas camadas de aço AWS E70-S6 (1,2 mm de diâmetro) foi depositada em todas as amostras, e, somente em três das amostras foram depositadas duas camadas de amanteigamento com o arame de aço inoxidável AWS E309-T1 (1,6 mm de diâmetro) usando o mesmo processo, onde foi utilizado como proteção gasosa uma mistura de 75% de dióxido de carbono e 25% de argônio. A energia de soldagem nominal nestes casos foi de 0,5 kJ/mm. Por final, mais duas camadas de aço inoxidável com cobalto, liga resistente à cavitação foram depositadas por arco pulsado, com energia de soldagem nominal de 0,5 a 0,8kJ/mm, com uma mistura de gases de 98% de argônio e 2% de oxigênio como proteção. Secções transversais das amostras foram preparadas, devidamente lixadas e depois polidas com alumina 1,0μm, seguido de ataque químico moderado com Villela para observação de microestruturas. Foi feito o estudo de microdureza Vickers com carga padrão de 0,4 N e espaçamento regular (0,4 mm) ...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)
Abstract: Nowadays most of the power supply used in Brazil is provided for a large number of hydraulic turbines. During its operation in hydroelectric power plants, these turbines usually have been damaged either mechanical or hydraulic reasons. So, catastrophic cracking and loss-of-mass due to cavitation erosion are main problems which are commonly repaired by welding. Higher levels of resistance to cavitation erosion have been attained with surface deposition of a cobalt-alloyed stainless steel coating by gas-protected arc welding techniques. In the present work six plates, which were machined from blades of hydraulic turbines made with ASTM A36 carbon steel grade, were used as base metal. Using manual gas-metal arc welding (GMAW) in flat weld position two layers of AWS E70-S6 carbon steel (1.2 mm diameter) were deposited on all samples. Only 3 samples two buttering layers were deposited with AWS E309-T1 flux-cored wire (1.6 mm diameter) using same processing, where were applied a 75% carbon dioxide - 25% argon mixture as protection gas. The nominal heat input used in all layers was approximately 0.5 kJ/mm. At the last welding deposition another two cobalt-alloyed, cavitation resistant, stainless steel cladding layers were deposited under pulsed arc with a nominal heat input of 0.5 to 0.8kJ/mm, being used for them a protective gas mixture of 98% argon - 2% oxygen. Transverse sections of weld deposit were prepared according standard grinding method (up to 1200-grit SiC paper) and final mechanical polishing using 1.0μm alumina, followed by moderate etching in Villela reagent for microstructural observation. Vickers microhardness measurements were carried out at standard load (0.4 N) and regular spacings (0,4mm) from surface to base metal. Light microscopy (LM) was used to determine average size of inclusions, which was measured from digitalized images using a freeware image analysis ...(Complete abstract, click electronic access below)
Mestre

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Hidalgo, Erick Miguel Portugal. "Modelo para diagnose de falhas em regulador de velocidade de turbinas hidráulicas." Universidade de São Paulo, 2010. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-20102010-162737/.

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O regulador de velocidade tem a função principal de atuar no sentido de aumentar ou diminuir a potência gerada pela turbina quando a velocidade ou freqüência se afasta do valor de referência. Em função da demanda do sistema, o sistema regulador da turbina atua sobre a posição das pás do distribuidor controlando a abertura e conseqüentemente a vazão que chega ao rotor, gerando apenas a energia elétrica necessária para o consumo. O presente trabalho tem como objetivo desenvolver um método para diagnosticar falhas em reguladores de velocidade de turbinas hidráulicas. Baseando-se nas ferramentas de confiabilidade selecionou-se os componentes críticos do sistema para elaborar políticas de manutenção que visam obter maior disponibilidade do sistema. Este trabalho apresenta uma metodologia com as seqüências das atividades que permitem fazer uma análise detalhada e confiável, pois são utilizadas numa ordem lógica e organizada, de forma que o método seja desenvolvido corretamente. A metodologia proposta utiliza as ferramentas de análise de confiabilidade como: Análise de Modos e Efeitos de Falha (FMEA) e Análise de Árvore de Falhas (FTA). O FMEA parte da definição das funções dos sistemas e subsistemas analisados, verificando em seguida as falhas que afetam cada função e todos os modos de falha que levam a cada falha. O FTA é basicamente um método dedutivo que visa identificar as causas ou combinações de causas que possam levar ao evento topo definido.
The speed governing system has the primary function of acting to increase or decrease the power generated by the turbine when the speed or frequency deviation from reference value. According to the system demand, the speed governing system turbine operates on the position of the blades of the distributor controlling the opening and therefore the flow that reaches the rotor, generating only the power required for consumption. This work aims at to develop a method to diagnose faults in speed governing system of hydraulic turbines. The tools of reliability selected critical components of the system to develop policies aimed at keeping achieve greater system availability. This work presents a methodology with a sequence of activities allowing one to make a detailed and reliable analysis, because they are used in a logical order and organized so that the model is developed properly. The proposed methodology uses tools such as reliability analysis: Analysis of Failure Modes and Effects (FMEA) and Fault Tree Analysis (FTA). The FMEA part of the definition of the functions of systems and subsystems analyzed, then verifying that the flaws affect every function and all modes of failure that led to each failure. The FTA is basically a deductive method that aims at identifying the causes of combinations of causes that could lead to top event defined.

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Lorenzi, Rodolfo Savaris De. "Estudo da aplicação de materiais compósitos em palhetas diretrizes de turbinas hidráulicas." Instituto Tecnológico de Aeronáutica, 2015. http://www.bd.bibl.ita.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=3288.

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Abstract:

A viabilidade de utilização de materiais compósitos de matriz orgânica em turbinas hidráulicas é abordada no decorrer deste trabalho. A abordagem específica é voltada à aplicação dos materiais compósitos em palhetas diretrizes dos distribuidores das turbinas. O trabalho descreve os parâmetros de projeto, operação e fabricação das palhetas diretrizes de acordo com as tecnologias atuais. Adicionalmente são exploradas as potencialidades dos materiais compósitos levando-se em consideração as propriedades mecânicas, físicas e químicas destes materiais para a aplicação em palhetas diretrizes. Sob esta ótica, foi explorada a resistência dos materiais compósitos quanto à umidade, ao desgaste e ao impacto identificando as potencialidades e limitações referentes a estes aspectos comparando-os por sua vez com os requisitos de projetos das palhetas diretrizes. Na fase de desenvolvimento do trabalho foi escolhido um projeto de referência de palheta diretriz que foi utilizado para a realização das análises comparativas das propostas de materiais compósitos apresentadas neste trabalho. As comparações das análises estruturais foram realizadas através do método de elementos finitos com o software ANSYS e módulo específico de materiais compósitos ACP. Basicamente foram realizadas análises globais quanto ao comportamento mecânico focando-se essencialmente na deformação do perfil e rotação dos mancais das palhetas como critério de comparação entre os projetos. Os resultados das análises mecânicas foram comparados entre as diferentes propostas analisadas, juntamente com as análises quanto às propriedades físicas e químicas dos materiais compósitos bem como o comparativo econômico das soluções mais promissoras. Por sua vez, as conclusões do trabalho ponderam as potencialidades e limitações dos materiais compósitos de matriz orgânica na aplicação de palhetas diretrizes e em turbinas hidráulicas de uma forma geral.

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Portocarrero, Aguilar Carlos Enrique. "Diseño de una turbina propeller utilizando plásticos reciclados reforzados con madera recuperada." Bachelor's thesis, Pontificia Universidad Católica del Perú, 2012. http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/handle/123456789/1215.

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Abstract:

El tema del calentamiento global es un gran debate entre políticos, científicos, la industria y la sociedad en general. Se discute desde su existencia hasta su severidad, sus potenciales causas, así como sus efectos en los sistemas globales tales como el clima, la ecología y particularmente en la vida de las personas. En este contexto, es indiscutible que las emisiones de dióxido de carbono y otras que intensifican el efecto invernadero han aumentado dramáticamente, a la par de nuestro consumo energético. Para revertir esta situación, por un lado, es impostergable el desarrollo de tecnologías que permitan aprovechar fuentes de energía renovable como la fluvial o la marítima que, por cierto, son abundantes en el Perú y, por otro, la utilización de materiales reciclados se hace cada vez más exigente para contribuir con el cuidado del medio ambiente. Una aplicación que sintetiza ambas soluciones, es la fabricación de rodetes de turbinas con materiales reciclados de bajo peso para garantizar el aprovechamiento eficiente de la energía de los ríos y mares. El objetivo de este trabajo es el diseño de una turbina de corriente libre tipo propeller utilizando plásticos reciclados reforzados con madera recuperada. El diseño de la turbina propeller realizado en el presente trabajo comprende las siguientes etapas: En primer lugar, se identificaron los parámetros necesarios para el diseño. Luego de un análisis energético, se procedió a realizar el dimensionamiento inicial del rotor de la turbina y mediante un análisis mecánico se determina el diseño final de la geometría y los materiales de los álabes. A continuación se diseñan los demás componentes y accesorios de la turbina. Por último, se realizan los planos y costos de fabricación. Se ha diseñado una turbina tipo propeller de eje inclinado a 30° con el plano horizontal, 2m de diámetro y tres álabes con perfil NACA 4412 en su sección transversal; capaz de desarrollar una potencia máxima en el eje de 1,1 kW. Para el diseño de los álabes se ha considerado que éstos serán fabricados en dos etapas: inicialmente el núcleo de los álabes se obtendrá por moldeo de un material compuesto de matriz de polipropileno reciclado reforzado con partículas de madera capirona recuperada y, finalmente, recubiertas con dos capas de material compuesto de fibra de vidrio y resina poliéster; reduciendo considerablemente los costos y tiempos de fabricación en comparación a los álabes fabricados en su totalidad con este último material compuesto.
Tesis

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Sousa, Fernanda de Oliveira Soares e. "Análise dinâmica de anel distribuidor de turbina kaplan : abordagem multicorpos e estocástica." reponame:Repositório Institucional da UnB, 2011. http://repositorio.unb.br/handle/10482/10405.

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Abstract:

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Programa de Pós-Graduação em Ciências Mecânicas, 2011.
Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2012-04-25T14:35:07Z No. of bitstreams: 1 2011_FernandadeOliveiraSoaresSousa.pdf: 3248121 bytes, checksum: 58bc29b0278c716de89adb751f65a73e (MD5)
Rejected by Jaqueline Ferreira de Souza(jaquefs.braz@gmail.com), reason: Falta o abstract. on 2012-04-27T13:58:54Z (GMT)
Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2012-05-08T11:30:27Z No. of bitstreams: 1 2011_FernandadeOliveiraSoaresSousa.pdf: 3254273 bytes, checksum: bb493c12c1f70a2c12ad26ddfee7aaf5 (MD5)
Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2012-05-10T12:10:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_FernandadeOliveiraSoaresSousa.pdf: 3254273 bytes, checksum: bb493c12c1f70a2c12ad26ddfee7aaf5 (MD5)
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Este trabalho tem como objetivo introduzir uma metodologia para estimar cargas em pinos de cisalhamento de uma turbina Kaplan e relacionar eventos de falha de pinos a sobrecargas com origem hidrodinâmica. O estudo foi realizado na Usina Hidrelétrica Coaracy Nunes, situada no estado do Amapá. Existem muitos aspectos que podem ser considerados como causa de falhas em pinos de cisalhamento, como fratura por fadiga, cargas estáticas excessivas devido a problemas de alinhamento e montagem. O principal fator considerado nesta análise é o estudo de carregamentos hidrodinâmicos causados pela passagem do escoamento pelas pás do distribuidor e transmitidos ao restante da estrutura. Isto pode causar uma sobrecarga cíclica, levando, em consequência disso, a danos no pino de cisalhamento. Para investigar este fenômeno, uma análise da estrutura do distribuidor foi realizada para estimar as cargas transientes atuantes em cada componente do sistema de controle direcional das pás do mecanismo. Como resultado, as cargas com origem hidrodinâmica atuantes nos pinos de cisalhamento serão conhecidas. Uma análise complementar foi necessária para avaliação da influência da componente aleatória da velocidade do escoamento no comportamento dinâmico da pá do distribuidor. Para isso, considerando as restrições de movimento nas pás do distribuidor, é proposto um modelo estocástico de um grau de liberdade para o estudo da influência da velocidade incidente nos principais parâmetros regentes do movimento da pá quando submetida ao escoamento. Estudos de CFD do escoamento em Caixas Espirais das unidades Kaplan instaladas na Usina Hidrelétrica Coaracy Nunes foram usados como base para estimar o perfil estocástico de velocidade. O método da perturbação foi aplicado para solução do problema estocástico. Este trabalho é importante para determinar a relação entre instabilidades fluido induzidas e os eventos de quebras de pinos de cisalhamento. _____________________________________________________________________________ ABSTRACT
This work has the objective of introducing a methodology to estimate loads on wicket gates‟ shear pins of a Kaplan turbine and relate its failure events to overloads with hydrodynamic origin. The study was held on the Hydro Power Unit of Coaracy Nunes, situated in Amapá. There are many aspects that may be considered as causes of the shear pins failures such as fatigue failure, excessive static loads due to bad alignment and assembly problems. The main factor that is considered in this research is the study of hydrodynamic loads caused by the flow passage through distributor‟s vanes and transmitted to the remaining of its structure. This could cause cyclic overload and, consequently, lead to the shear pin damage. To investigate this phenomenon, an analysis of the distributor structure was performed in order to estimate the acting transient loads on each component of its drive system caused by the flow. As result, the loads acting on the shear pins originated by the flow passage will be known. A complementary analysis was performed in order to evaluate the influence of this randomness inherent to the incident velocity. Considering the movement restrictions on the distributor blades, it is proposed a one degree of freedom stochastic model to study the dynamical stall induced by the flow acting on blades of a Kaplan turbine distributor, which is modelled considering its randomness. CFD studies on the flow inside the spiral cases of the Kaplan units in hydro power plant of Coaracy Nunes were used as basis to estimate the stochastic profile of velocity. The perturbation method was applied to solve the stochastic problem. This research is important to determine the relation between hydro-induced instabilities and the shear pins failure events.

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Santos, Ronaldo Pellicer Duarte dos. "Analise dos parametros do regulador de uma turbina hidraulica." [s.n.], 2004. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/257791.

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Abstract:

Orientador: Jose Geraldo Pena de Andrade
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo
Made available in DSpace on 2018-08-04T00:15:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_RonaldoPellicerDuartedos_M.pdf: 2165396 bytes, checksum: 1323ec5890bf8ef8aae8ad9214a8943a (MD5) Previous issue date: 2004
Resumo: Neste trabalho são apresentadas diretrizes para simulação operacional de turbinas hidráulicas através de um modelo matemático-computacional, no qual as características dos elementos são representadas por séries de Fourier segundo proposta de Suter, Marchal&Flesh. Com base neste modelo foram simulados, segundo o método de Ziegler-Nichols, diversos arranjos buscando estabelecer correlações matemáticas entre os parâmetros do regulador e os tempos característicos da água e da máquina. O método de Ziegler-Nichols estabelece uma rotina para a obtenção dos valores adequados das constantes proporcional,integral e derivativa.Ao se estabelecer correlações obter-se-á diretamente os parâmetros adequados. Seguindo esta diretrizes simulações foram feitas e as suspeições se confirmaram com o estabelecimento, para uma dada rejeição de carga, de uma equação cujo resultado são os parâmetros obtidos diretamente. Dado o resultado positivo este trabalho evidencia um caminho a ser seguido para o equacionamento dos parâmetros para todas as condições operacionais de aceitação e rejeição de carga... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital
Abstract: Hereby are presented directions to simulate the operation of hydraulic turbine by the mathematic-computational model, whereby the characteristics are presented by Fourier Series and proposal by Suter. The simulations realized by Ziegler-Nichols method in several models to find relationship between governor parameters and characteristics times of water and machine (Tw and Tm). The Ziegler-Nichols method establishes a routine to obtain adequate values of proportional, integral and derivative constants. With this direction, the simulations were accomplished and the suspicious were confirmed by the establishment, by one load rejection, of an equation where the parameters were obtained directly. This results show that all range of operational conditions must be investigated to offer better conditions to operators and to optimize results... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations
Mestrado
Recursos Hidricos
Mestre em Engenharia Civil

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Fedumenti, Natália. "Efeito da cavitação sobre a corrosão em aços inoxidáveis utilizados em turbinas hidráulicas." reponame:Repositório Institucional da UFSC, 2012. http://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/94548.

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Abstract:

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2010
Made available in DSpace on 2012-10-25T11:50:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 283350.pdf: 12488391 bytes, checksum: 9e45023e00031f5dff764197484e6293 (MD5)
Equipamentos industriais como turbinas hidráulicas são suscetíveis ao desgaste por erosão-cavitação, que se traduz na perda progressiva de material superficial causada pelo impacto das bolhas de vapor formadas em um líquido à pressão e temperaturas críticas. Como a cavitação está sendo conduzida em um meio fluido poderá ocorrer um processo de corrosão associado ao fenômeno puramente mecânico. Este trabalho apresenta os resultados de um estudo de cavitação-corrosão para o aço inoxidável martensítico CA-6NM, tomado como referência por ter desempenho conhecidamente satisfatório do ponto de vista da erosão-cavitação, em comparação com o material cavitalloy no estado "como soldado", como representante típico dos aços inoxidáveis austeníticos ricos em cobalto, atualmente empregados em reparos de turbinas hidroelétricas. O objeto desta investigação foi, essencialmente, verificar a representatividade da corrosão no sistema cavitação-corrosão. Para tal, foram levantadas curvas de polarização potenciodinâmicas em meio de NaCl 3,5% não-desaeradas em condições estáticas e associadas à cavitação. A caracterização das amostras foi feita através de análises da microestrutura, medidas de microdureza e análise por dispersão de energia via microscopia eletrônica de varredura. De acordo com os resultados obtidos constatou-se que, o material ensaiado "como soldado" Cavitalloy não apresentou tranformação de fase austenítica para martensítica associada à deformação a frio devido ao curto período de tempo que foi submetido à cavitação. Observou-se que as avarias provocadas pelo rompimento do filme passivo no ensaio de corrosão para ambas as amostras assumiram uma distribuição menos densa em comparação com a densidade dos defeitos verificada nos materiais submetidos à cavitação-corrosão. As condições de formação do filme passivo são modificadas quando o ensaio de corrosão é conduzido junto à cavitação. Os resultados experimentais mostram que, na busca do aumento da vida útil dos materiais, deve-se levar em conta que o fenômeno mecânico contribui em mais de 90% no processo de cavitação-corrosão.

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Lopes, Rafael Emilio. "Estudo de barreiras elétricas para impedimento de entrada de peixes em turbinas hidráulicas." Universidade Federal de Minas Gerais, 2009. http://hdl.handle.net/1843/REPA-84GFX2.

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Abstract:

The barrages of the hydroelectric powers consist in obstacle for the movement of the fish that inhabit the rivers. These tend to join in the channel of escape in the fetching of a way to exceed it. Many penetrate for the tubing of suction of the machines, attracted by the water flow. The fish suffer serious physical harms, frequently fatal injuries, observed during certain operations of the turbines. Theoretically, this problem can be solved hindering that the fish enter in the tubing of suction with the use of a barrier. In this work, we present experiments and results of a prototype of an electric barrier as a not intrusive solution to hinder the input of fish in the suction tubs. The evacuation of the restitution channel after the break for maintenance of the generating group turbine is also presented.
As barragens das usinas hidrelétricas constituem-se em obstáculo para o deslocamento dos peixes que habitam os rios. Esses tendem a aglomerar-se no canal de fuga na busca de uma via para ultrapassá-la. Muitos penetram pela tubulação de sucção das máquinas, atraídos pelo fluxo d'água. Os peixes sofrem lesões físicas graves e, freqüentemente fatais, observadas durante certas operações das turbinas. Teoricamente, esse problema pode ser solucionado impedindo que os peixes entrem na tubulação de sucção com o uso de uma barreira. Apresnta-se nesse trabalho experimentos e resultados de um protótipo de uma barreira elétrica como uma solução não intrusiva para impedir a entrada de peixes nas tubulações de sucção. Essa solução também pode ser utilizada para a evacuação do canal de restituição após a parada para manutenção do grupo turbina gerador.

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Gomide, Danilo Antônio. "Análise microestrutural de revestimentos aplicados para o reparo de turbinas hidráulicas erodidas por cavitação." Ilha Solteira, 2018. http://hdl.handle.net/11449/157119.

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Abstract:

Orientador: Juno Gallego
Resumo: A cavitação ocorre inerente ao processo de produção de energia elétrica nas Usinas Hidrelétricas, ocasionando perda progressiva de massa, afetando o desempenho e potência obtidos das turbinas hidráulicas, sendo necessário o seu reparo. Visando minimizar desgaste utiliza-se uma técnica de engenharia de superfície que é aplicar uma camada de material resistente a cavitação. Dentre esses materiais destacam-se os aços inoxidáveis com cobalto, por causa de sua dureza, baixa energia de falha de empilhamento e capacidade de endurecimento por deformação. As deposições desses materiais são realizadas por processos de soldagem, como a soldagem a arco elétrico com atmosfera gasosa ou por soldagem com arame tubular, devido ao baixo custo, elevada taxa de deposição, qualidade de acabamento superficial e baixa taxa de diluição. Diante deste contexto, esse trabalho foi realizado para analisar a camada de aço inoxidável austenítico com cobalto e verificar a influência da camada de amanteigamento. Sendo assim, foram produzidas duas séries de amostra, cada uma composta por três corpos de provas, sendo diferenciadas pela energia de soldagem utilizadas no processo, obtidas pela variação da corrente de soldagem, 98 A, 143 A e 198 A. Na primeira série foi simulado uma condição de reparo das turbinas hidráulicas, utilizando como metal base o aço ASTM A36, sendo depositado sobre ele o arame AWS E70-S6, como camada de preenchimento, posteriormente foi aplicado o arame AWS E309-T1, camada de amanteiga... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)
Abstract: Cavitation occurs inherently to the process of production of electric power in the Hydroelectric Power Plants, causing progressive loss of mass, affecting the performance and power obtained from the hydraulic turbines, being necessary its repair. In order to minimize wear, a surface engineering technique is used to apply a layer of cavitation resistant material. Among these materials stand out the cobalt stainless steels, because of their hardness, low stacking failure energy and strain hardenability. The depositions of these materials are carried out by welding processes, such as Gas Metal Arc Welding or by Flux Cored Arc Welding, due to the low cost, high deposition rate, surface finish quality and low dilution rate. Considering this context, this work was carried out to analyze the austenitic stainless steel layer with cobalt and to verify the influence of the buttery layer. Therefore, two series of samples, each composed of three test bodies, were differentiated by the welding energy used in the process, obtained by the variation of the welding current, 98 A, 143 A and 198 A. In the first group, a hydraulic turbine repair condition was simulated using ASTM A36 steel as the base metal. The AWS E70-S6 wire was deposited on it as a fill layer, after which the AWS E309-T1 wire was applied. and finally the austenitic stainless steel with cobalt was deposited as a coating. In the second group of samples were produced without the buttery layer. The microstructure was analyzed by... (Complete abstract click electronic access below)
Mestre

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Macedo, Ricardo Vechin de [UNESP]. "Recuperação de turbinas hidráulicas danificadas por erosão cavitacional por soldagem com aço inoxidável/cobalto." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2014. http://hdl.handle.net/11449/124479.

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Abstract:

Made available in DSpace on 2015-07-13T12:10:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-11-22. Added 1 bitstream(s) on 2015-07-13T12:25:20Z : No. of bitstreams: 1 000836546.pdf: 6808625 bytes, checksum: 764bf6b60c1ced9815654e070e7b2d47 (MD5)
No atual cenário energético, torna-se cada vez mais imperiosa a necessidade de produzir energia com maior eficiência. Dessa forma, o ganho de eficiência através de processos que permitam um maior tempo entre as manutenções, gera também uma redução nos custos destinados à produção de energia. Entretanto, um dos grandes problemas enfrentados pelas Usinas Hidrelétricas, é o fenômeno da cavitação, que gera como consequência a erosão de partes da turbina, com perda de material e desempenho. Os estudos indicam como forma de minimizar essa situação, um melhor projeto hidrodinâmico das turbinas e a utilização de materiais mais nobres e resistentes a erosão cavitacional. Em turbinas novas, a melhoria do projeto e a utilização de materiais mais nobres, como o ASTM A743 Gr CA6- MN, reduzem os efeitos da cavitação e prolongam a necessidade de recuperação das máquinas. Entretanto, para atenuar esses efeitos nas turbinas que já se encontram em operação, principalmente as com mais de 30 anos de vida, é necessário a aplicação de revestimentos com características que permitam a atenuação desse fenômeno. Nesse sentido, ocorreu o desenvolvimento das ligas austeníticas com cobalto, que em função das dificuldades operacionais existentes na época, inicialmente se mostraram ineficientes para o aumento da resistência a cavitação e dos intervalos entre as recuperações. Visando garantir a operacionalidade dessas ligas foi desenvolvido em 2000, pelo LABSOLDA, o processo MIG/MAG com pulsação térmica, ou bi-pulsado, que proporcionou, junto às usinas hidrelétricas, uma popularização dessa liga na recuperação de erosão cavitacional e uma efetiva melhoria da resistência a cavitação das áreas revestidas das turbinas hidráulicas, como consequência a redução no período de parada e de deposição de material. Entretanto, nos últimos 10 anos, houve uma significativa...
In the current energy scenario, it becomes increasingly imperative to produce energy more efficiently. Thus, the gain in efficiency through processes that allow a greater time between maintenance, also generates a reduction in costs for the production of energy. However, a major problem faced by hydropower plants, is the phenomenon of cavitation, which generates as a result of erosion turbine parts, with loss of material and performance. Studies indicate as to minimize this situation, a better hydrodynamic design of the turbines and the use of materials noblest and resistant to cavitation erosion. In the new turbines, design improvement and the use of noble materials such as ASTM A743 Gr CA6-MN, reduce the effects of cavitation and prolong the need for recovery of machinery. However, to mitigate these effects in turbines that are already in operation, especially with more than 30 years, is necessary the application of coatings with features that enable mitigation of this phenomenon. In that sense, occurred the development of austenitic alloys with cobalt, which due to operational difficulties that existing at the time, initially proved ineffective for increasing the resistance against cavitation and the intervals between recoveries. To ensure the operability of these alloys was developed in 2000 by LABSOLDA, MIG / MAG welding with thermal pulse, or bi-pulsed, which provided, along with hydroelectric plants, one popularization of this alloy in the recovery of cavitation erosion and an effective improvement cavitation resistance of coated areas of hydraulic turbines, the effect of reducing the period of arrest and deposition of material. However, in the last 10 years, significant developments in conventional soldering machines, including the incorporation of electronic controls welding, which also reduces interference welder during welding. In this study, a comparison was made of an stainless steel ...

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Macedo, Ricardo Vechin de. "Recuperação de turbinas hidráulicas danificadas por erosão cavitacional por soldagem com aço inoxidável/cobalto /." Ilha Solteira, 2014. http://hdl.handle.net/11449/124479.

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Orientador: Ruis Camargo Tokimatsu
Banca: Vicente Afonso Ventrella
Banca: Cassius Olivio Figueiredo Terra Ruchert
Resumo: No atual cenário energético, torna-se cada vez mais imperiosa a necessidade de produzir energia com maior eficiência. Dessa forma, o ganho de eficiência através de processos que permitam um maior tempo entre as manutenções, gera também uma redução nos custos destinados à produção de energia. Entretanto, um dos grandes problemas enfrentados pelas Usinas Hidrelétricas, é o fenômeno da cavitação, que gera como consequência a erosão de partes da turbina, com perda de material e desempenho. Os estudos indicam como forma de minimizar essa situação, um melhor projeto hidrodinâmico das turbinas e a utilização de materiais mais nobres e resistentes a erosão cavitacional. Em turbinas novas, a melhoria do projeto e a utilização de materiais mais nobres, como o ASTM A743 Gr CA6- MN, reduzem os efeitos da cavitação e prolongam a necessidade de recuperação das máquinas. Entretanto, para atenuar esses efeitos nas turbinas que já se encontram em operação, principalmente as com mais de 30 anos de vida, é necessário a aplicação de revestimentos com características que permitam a atenuação desse fenômeno. Nesse sentido, ocorreu o desenvolvimento das ligas austeníticas com cobalto, que em função das dificuldades operacionais existentes na época, inicialmente se mostraram ineficientes para o aumento da resistência a cavitação e dos intervalos entre as recuperações. Visando garantir a operacionalidade dessas ligas foi desenvolvido em 2000, pelo LABSOLDA, o processo MIG/MAG com pulsação térmica, ou bi-pulsado, que proporcionou, junto às usinas hidrelétricas, uma popularização dessa liga na recuperação de erosão cavitacional e uma efetiva melhoria da resistência a cavitação das áreas revestidas das turbinas hidráulicas, como consequência a redução no período de parada e de deposição de material. Entretanto, nos últimos 10 anos, houve uma significativa...
Abstract: In the current energy scenario, it becomes increasingly imperative to produce energy more efficiently. Thus, the gain in efficiency through processes that allow a greater time between maintenance, also generates a reduction in costs for the production of energy. However, a major problem faced by hydropower plants, is the phenomenon of cavitation, which generates as a result of erosion turbine parts, with loss of material and performance. Studies indicate as to minimize this situation, a better hydrodynamic design of the turbines and the use of materials noblest and resistant to cavitation erosion. In the new turbines, design improvement and the use of noble materials such as ASTM A743 Gr CA6-MN, reduce the effects of cavitation and prolong the need for recovery of machinery. However, to mitigate these effects in turbines that are already in operation, especially with more than 30 years, is necessary the application of coatings with features that enable mitigation of this phenomenon. In that sense, occurred the development of austenitic alloys with cobalt, which due to operational difficulties that existing at the time, initially proved ineffective for increasing the resistance against cavitation and the intervals between recoveries. To ensure the operability of these alloys was developed in 2000 by LABSOLDA, MIG / MAG welding with thermal pulse, or bi-pulsed, which provided, along with hydroelectric plants, one popularization of this alloy in the recovery of cavitation erosion and an effective improvement cavitation resistance of coated areas of hydraulic turbines, the effect of reducing the period of arrest and deposition of material. However, in the last 10 years, significant developments in conventional soldering machines, including the incorporation of electronic controls welding, which also reduces interference welder during welding. In this study, a comparison was made of an stainless steel ...
Mestre

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Quinteros, Panesi Andre Ricardo. "Estudo experimental de uma bomba de solução rica em refrigerador por absorção operando pela diferença de pressão do refrigerador." [s.n.], 2005. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/265395.

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Orientador: Jose Ricardo Figueiredo
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica
Made available in DSpace on 2018-08-04T09:31:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 QuinterosPanesi_AndreRicardo_M.pdf: 5200860 bytes, checksum: 50a776e6a73c01814b4bfb64919bb6d7 (MD5) Previous issue date: 2005
Resumo: Foi projetada e construída uma bomba de diafragma para um sistema de refrigeração por absorção de água-amônia que opera empregando vapor expandido entre os mesmos níveis de pressão de bombeamento. Através de uma bancada experimental, verificaram-se as condições de funcionamento da bomba que simula um sistema de absorção nas fases de sucção e recalque da solução água-amônia do absorvedor para o gerador através de um nível de baixa pressão para um nível de alta pressão. No teste utilizou-se um recipiente contendo água sujeito a baixa pressão no reservatório representando o absorvedor, um cilindro hermético a alta pressão com entradas e saídas necessárias para a tomada de ar e água representando o gerador, um compressor de ar para pressurização do sistema e dispositivos de controle e comando para a automação do sistema. Foi demonstrada a viabilidade de operação do equipamento como também as limitações encontradas do protótipo
Abstract: Was projected and constructed one diaphragm pump for one system of refrigeration for water-ammonia absorption that operates using expanded vapor it enters the same levels of pump action pressure. Through an experimental group of benches, the conditions of functioning of the pump had been verified that simulates a system of absorption in the suction phases and stresses of the solution water-ammonia of the absorber for the generator through an leveI of low pressure for an high-pressure leveI. In the test one container was used contains water subject to lowers pressure in the reservoir representing the absorber, an air-tight cylinder the high pressure with entrances and necessary exits for the water and air scoop representing the generator, an air compressor for pressurization of the system and devices of control and command for the a automation of the system. The viability of operation of the equipment was demonstrated as also the joined limitations of the archetype
Mestrado
Termica e Fluidos
Mestre em Engenharia Mecânica

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Lázaro, Plata José Luis. "Preenchimento de cavidades provenientes de remoção de trinca em turbinas hidráulicas por meio do processo GMAW-P." reponame:Repositório Institucional da UnB, 2016. http://repositorio.unb.br/handle/10482/20829.

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Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016.
Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-06-24T16:53:11Z No. of bitstreams: 1 2016_JoséLuisLázaroPlata.pdf: 23585258 bytes, checksum: 52df83be985d83e09983d0ecc5d5c575 (MD5)
Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-06-29T19:53:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_JoséLuisLázaroPlata.pdf: 23585258 bytes, checksum: 52df83be985d83e09983d0ecc5d5c575 (MD5)
Made available in DSpace on 2016-06-29T19:53:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_JoséLuisLázaroPlata.pdf: 23585258 bytes, checksum: 52df83be985d83e09983d0ecc5d5c575 (MD5)
Este trabalho apresenta um estudo sobre a estratégia de planejamento de deposição dos cordões de solda, a fim de permitir a utilização de soldagem robotizada para a tarefa de preenchimento da cavidade resultante da remoção de uma trinca. Portanto, quando se pensa em definir a estratégia necessária e a distribuição dos cordões de solda para o preenchimento da cavidade mediante o processo robotizado, surgem alguns problemas relacionados com a dependência da geometria da seção transversal do cordão em relação aos parâmetros e à posição de soldagem. Tal geometria influencia fortemente o número de cordões formadores de uma camada, assim como o número de camadas necessárias, tendo em conta que o processo de preenchimento é efetuado em camadas. Neste caso, o primeiro problema a ser enfrentado é a definição da distância entre os cordões laterais necessários para depositar uma camada de solda plana. O segundo problema é a altura da camada que resulta da distância selecionada entre os cordões paralelos dentro de uma camada. Nesse contexto, o presente trabalho aborda os dois problemas citados anteriormente através do desenvolvimento de um modelo estatístico que pode mapear as variações da seção geométrica do cordão em função dos parâmetros de soldagem no processo GMAW pulsado. A seguir, esta metodologia define a estratégia para determinar a trajetória dos cordões de solda de cada camada com a finalidade de realizar a avaliação geométrica da recuperação e qualidade do preenchimento. Resultados práticos do ponto de vista geométrico da estratégia de preenchimento, aplicada a uma cavidade semelhante àquela resultante da remoção de uma trinca passante, são apresentados com o objetivo de validar a metodologia proposta. _______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT
This work presents a study on the bead deposition planning strategy in order to allow the use of robotic welding on the task of filling the crack removal cavity. Therefore, when thinking about defining the necessary sequence and the distribution of weld beads to fill the cavity with metal, such that the deposition process can be robotized, some problems arise related to the bead section geometry dependence on the welding parameters and on the welding position. Such geometry will strongly influence the number of layers of weld beads needed, considering that the filling process is carried out in layers. In this case, the first problem to be faced is the definition of the distance between parallel beads necessary for the deposition of a flat weld layer. The second problem is the layer thickness that results from the selected distance between parallel beads within a layer. This work, therefore, addresses the two previously cited problems by developing statistical models that can map the bead section geometry variations due to changes in welding parameters for the pulsed GMAW process. Then this methodology defines the strategy to determine the trajectory of weld beads of each layer in order to perform the geometric evaluation of the recovery and quality of the filling. Practical results of geometric point of view of the strategy of filling, applied to a cavity such as the one resulting from the removal of a crack are presented in order to validate the proposed methodology.

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Melnick, D'Etigny Gabriel. "Identificación de variables mecánicas de condición y de operación para el monitoreo de centrales hidroeléctricas." Tesis, Universidad de Chile, 2017. http://repositorio.uchile.cl/handle/2250/144657.

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Abstract:

Ingeniero Civil Mecánico
Alrededor de 20% de la energía del mundo es generada por turbinas hidroeléctricas. Como el mercado energético y la disponibilidad de los recursos hídricos son muy variables, las turbinas suelen funcionar con rangos de operación amplios. Sin embargo, estas son diseñadas sólo para un punto óptimo. La operación fuera de las condiciones de diseño puede causar perdida de eficiencia, cavitación o vibraciones excesivas, dañinas para la instalación. Los fenómenos antes mencionados son los que motivan este estudio: Generalmente el operador de una unidad hidroeléctrica ajusta el caudal para cumplir con los requerimientos de potencia impuestos por el ente regulador, dentro de lo que el recurso permite, manteniendo la velocidad de giro de la turbina constante para generar a 50Hz. Este tipo de control pasa por alto el deterioro que puede sufrir la unidad al operar en ciertos rangos de caudal o altura. El objetivo de este trabajo es detectar mediante análisis de vibraciones, la ocurrencia de eventos de cavitación o vibraciones excesivas que acortan el tiempo medio entre fallas de la unidad. Para lograrlo se estudió una instalación de laboratorio en múltiples condiciones de carga para obtener patrones. Luego, en base a estos se tomaran datos en una central hidroeléctrica y se evaluará su condición. El resultado final del trabajo es definir una forma de detectar incipientemente episodios de cavitación en la central, pudiendo evitar los regímenes de carga responsables de ellos y así prevenir la acumulación de daños o desgaste prematuro. El trabajo comprendió: pruebas en una turbina de laboratorio, cambiando carga, caudal y RPM de operación. Posteriormente, para aplicar este modelo se tomaron datos, siguiendo el mismo protocolo, en la Central Chiburgo del grupo Colbún. A partir de los datos de laboratorio se observa que, comparando medidas a distintas condiciones de operación, la cavitación es claramente identificable. No obstante, para establecer un patrón que permita determinar en base a una sola medida la condición del flujo, se requiere analizar diferentes variables y parámetros estadísticos como: Skewness, Kurtosis, aceleración global o crest-factor. El análisis de emisiones acústicas permite de igual manera -y directamente en tiempo real- detectar problemas. Los parámetros que permiten identificar cavitación son monitoreables en tiempo real y permiten realizar un diagnóstico por parte del operador. La Kurtosis resultó ser una herramienta potente ya que permite detectar la aparición de cavitación incipientemente, antes de que los otros parámetros la revelen. La variación de RPM permite mejorar una condición de cavitación cuando se trabaja con caudal cercano al mínimo técnico, y podría permitir generar de forma segura aunque no se alcancen las condiciones establecidas por el fabricante.

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Ruiz, Quispe Paul. "Aprovechamiento eléctrico a partir de la energía undular en la zona próxima a la costa de la bahía de Miraflores." Bachelor's thesis, Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2018. https://hdl.handle.net/20.500.12672/8796.

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Abstract:

Publicación a texto completo no autorizada por el autor
Busca mostrar la factibilidad de generar electricidad a partir de la energía undular. Ubica el área adecuada para cada uno de los dispositivos generadores de electricidad en la zona de costa. Selecciona el sistema más adecuado para cada dispositivo: turbina o motor hidráulico en cada zona de costa. Concluye que a pesar de disponer de múltiples tecnologías para diferentes dispositivos de conversión de energía de olas en energía eléctrica, los dispositivos basados en columna de agua oscilante mediante turbinas y los que se obtienen mediante conversión hidráulica son los que concentran un nivel más alto de desarrollo tanto en su fase de investigación como en su fácil de explotación comercial.
Tesis

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Capanni, Orams Renzo Tomás Eduardo Rodolfo. "Diseño de un grupo hidroeléctrico de 8 a 20 Kw." Bachelor's thesis, Pontificia Universidad Católica del Perú, 2007. http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/handle/123456789/968.

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Abstract:

En el Perú el 24% de la población nacional carece de acceso al servicio eléctrico; esto significa que alrededor de 6.5 millones de peruanos permanecen al margen del desarrollo y la modernidad. En el sector rural la situación es más grave pues solamente un 32% posee suministro eléctrico. La electrificación rural en el país se viene desarrollando, en base a los Pequeños Sistemas Eléctricos; a la extensión de las Líneas de Transmisión y Subestaciones asociadas a la construcción de Pequeñas Centrales Hidroeléctricas. Se presenta el diseño de un grupo hidráulico utilizando una turbina Michell Banki de 8 a 20 kW de potencia para ser instalado en diversas localidades de la zona rural del país. El trabajo ha abarcado el diseño de un grupo de generación para el rango de potencias establecido incluyendo el diseño de la turbina, el sistema de transmisión para la transformación de energía mecánica a eléctrica, la selección del generador eléctrico y los instrumentos de control, además de la confección de la carta de trabajo de la turbina y los manuales de uso, instalación y mantenimiento. El grupo se encuentra diseñado para operar a 1800 revoluciones por minuto, con un caudal de diseño de 85.8 l/s y un salto neto necesario de 45.9 metros. El rotor esta compuesto por 24 álabes con un diámetro exterior de 149 milímetros y un ancho de 160 milímetros. Para regulación del caudal de entrada y con ello de la potencia de salida cuenta con un álabe directriz ubicado en el inyector de la turbina y regulable a través de una manivela exterior. La turbina estará conectada a un motor asíncrono trifásico de 4 polos operando como generador. Se podría hacer un paralelo entre este equipo y un grupo electrógeno. Mientras que en la parte técnica no se observará gran diferencia si la habrá en la parte económica, pues si bien el grupo hidroenergético presenta una inversión inicial mucho mayor que la del grupo electrógeno, prácticamente no tiene costo de operación. Por lo que para proyectos a largo plazo se presenta como una excelente opción. El costo del proyecto esta alrededor de los US$ 42 000 sin incluir el impuesto general a las ventas. El equipo en cuestión será capaz de trabajar en una amplia zona de trabajo. Pudiendo operar en múltiples combinaciones de salto y caudal que cumplan con la relación que se muestra en el desarrollo del trabajo. Con esto se logra un equipo con una alta flexibilidad de utilización. Con ello es posible tener una producción en masa de este equipo y destinarlo a ser utilizado en la electrificación de pequeños poblados en zonas alejadas del país que se ajusten a los requerimientos de caudal y salto neto del equipo. Con esto se logra también un equipo estandarizado y con ello bajar costos de reparación y de repuestos, además de tener técnicos especializados en el equipo.
Tesis

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Dissertations / Theses on the topic 'Turbina hidráulica'

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