Validação numérica-experimental do comportamento hidrodinâmico de uma turbina hélice em escala reduzida

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: AZEVEDO, Tiago Martins de
• Orientador(a): CAMACHO, Ramiro Gustavo Ramirez
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Itajubá
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica
• Departamento: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Turbina axial; CFD; k- SST; Vórtice potencial; Equilíbrio radial; Teoria de asa de sustentação
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::Engenharia Mecânica::Térmica, Fluídos e Máquinas de Fluxo
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2202

Azevedo, T. M. (2020): Sob a modalidade de máquinas motoras, as turbinas hidráulicas axiais possuem grande aplicação no Brasil e no mundo para geração de energia elétrica; desse modo, torna-se fundamental para o dimensionamento dessas máquinas, entender as características, os critérios de funcionamento e aplicação caso a caso. Assim, o objetivo deste trabalho tem por base desenvolver um projeto preliminar de uma turbina hidráulica axial, por meio das teorias de grade, de asa de sustentação, de vórtice potencial e equilíbrio radial, de modo a serem analisados sob os métodos numéricos e de ensaios experimentais. Desse modo, usando as teorias clássicas, desenvolveu-se um projeto preliminar do rotor considerando uma distribuição de energia específica constante desde o cubo até a ponta da pá resultando em diferentes ângulos de montagem de pás. O sistema diretor foi projetado para a velocidade relativa estar alinhada com a pá do rotor, baseando-se pela composição dos triângulos de velocidades na entrada do rotor, para todas as posições radiais do cubo até a ponta da pá. Com o uso da prototipagem, fabricou-se o modelo em plástico ABS, montado na bancada de ensaios do LHPCH, considerando as grandezas independes de H, Q e rotação, dentre os valores de nqA correspondentes a rotores axiais. Para as análises numéricas, foram feitas as discretizações dos domínios, inercial e não inercial, com malhas estruturadas, não estruturadas e híbridas. Para a solução das equações RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes) foi utilizado o modelo de turbulência k-ω SST. Assim, foram levantadas as curvas características de funcionamento da turbina atendendo critérios de convergência e independência de malha. Em contrapartida, foram feitas as análises experimentais utilizando um freio de cinta para manter a rotação constante, com variação da vazão e altura de queda, permitindo levantar as curvas características experimentais. Por fim, foram feitas as comparações entre as curvas características e as curvas de rendimento da máquina para ambas metodologias, e mesmo apresentando uma pequena divergência de valores, foi possível validar tanto o projeto preliminar, como as metodologias utilizadas neste trabalho.