Predição teórica das características hidrodinâmicas de turbinas Francis - JIMENEZ, Ruth Katiuska Granja (2004)
Este trabalho apresenta uma metodologia para a predição teórica das características hidrodinâmicas de turbinas Francis com base na linha de corrente média. A predição teórica considera apenas os parâmetros geométricos principais da turbina Francis bem como as correlações de perdas para cada componente hidromecânico principal da turbina. Não há necessidade de se considerar qualquer parâmetro de funcionamento no ponto de rendimento total máximo para realizar tal predição. A predição teórica é feita para uma ampla faixa de funcionamento normal da turbina Francis e não somente para o ponto de projeto. Diversas correlações empíricas de perdas disponíveis na literatura técnica são apresentadas. A análise das perdas leva em consideração a rugosidade das superfícies da caixa espiral, pré-distribuidor, distribuidor, rotor, tubo de sucção, labirintos e recintos laterais entre o rotor e as partes fixas da turbina Francis. Algumas correlações empíricas apresentadas se referem a um mesmo tipo de perda que são testadas e avaliadas. Da comparação entre essas correlações, verifica-se que elas podem melhorar substancialmente os resultados obtidos da predição teórica, não só no ponto de projeto como fora do ponto de projeto. A metodologia também permite predizer o efeito da rugosidade e do número de Reynolds sobre os diversos rendimentos da turbina Francis. Uma rotina computacional foi desenvolvida por meio de módulos e funções permitindo a sua modificação e a inclusão de novas correlações de perdas. Nos cálculos iniciais, algumas grandezas de funcionamento não são conhecidas ou dependem de grandezas iv que ainda devem ser calculadas em cálculos posteriores. Um procedimento é apresentado para ilustrar todas as seqüências de cálculos efetuados pela rotina computacional para obter o ponto de rendimento total máximo e todas as grandezas necessárias para a predição teórica em uma ampla faixa de funcionamento da turbina Francis. Diversos resultados teóricos são apresentados para alguns modelos de perdas e para diferentes rugosidades dos componentes hidromecânicos da turbina Francis. Esses resultados permitem avaliar o ganho no rendimento total da turbina Francis quando a rugosidade da superfície é reduzida e em quais componentes da turbina os esforços devem ser concentrados para a melhoria do acabamento superficial. Esse efeito é esperado ser dependente da rotação específica da turbina Francis. Os resultados teóricos são comparados com os resultados experimentais obtidos para uma turbina Francis de nqA = 266 . Uma boa concordância foi observada entre os valores medidos e calculados, para uma ampla faixa de funcionamento da turbina Francis.