Efeitos da inserção de protuberâncias no desempenho de uma turbina hidráulica do tipo Francis

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Matos Campos, Henrique
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD); Turbinas Francis; Dispositivos passivos; Protuberâncias no bordo de ataque; Francis-99; Computational Fluid Dynamics; Francis turbines (CFD); Passive devices; Leadingedge tubercles
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/238107

Atualmente, o setor hidrelétrico é responsável por 63,8% da geração de energia elétrica no Brasil. Porém, devido às questões socioambientais e ao impacto causado durante a instalação de hidrelétricas para o crescimento do setor, tem-se investido na implementação de pequenas centrais hidrelétricas e modernização do parque hidrelétrico . Neste contexto a aplicação de dispositivos passivos nas turbinas hidráulicas tem se destacado, sendo a inserção de protuberâncias no bordo de ataque das pás do rotor uma das alternativas a ser estudada para melhoria dos projetos destes equipamentos, pois os impactos da aplicação deste dispositivo em turbinas hidráulicas ainda são desconhecidos . Deste modo, buscou-se avaliar, através de uma metodologia de simulação numérica, se a inserção de protuberâncias nas pás do rotor de uma turbina hidráulica é uma alternativa para aumentar a eficiência e o torque em turbinas hidráulicas e se a variação dos parâmetros estruturais das protuberâncias impactaram a eficiência e o torque deste tipo de turbina. Para isso, utilizou-se o softwares Ansys Meshing para a geração de malhas computacionais e Ansys CFX para resolver o escoamento na turbina hidráulica Francis fornecida pelo "workshop" Francis-99. Durante o estudo foram comparados o escoamento no rotor sem protuberâncias com o escoamento no rotor com diferentes configurações de protuberâncias encontradas na literatura. Nas análises não se obteve impactos significativos na eficiência do equipamento para a maioria das configurações e condições de operação testadas. Porém, na avaliação do torque percebeu-se ganhos de até 0,34% com a inserção do dispositivo apenas na pá principal e de até 0,53% ao utilizar o dispositivo tanto na pá auxiliar quanto na pá principal, sendo os maiores ganhos encontrados no ponto de máxima eficiência da turbina. Ao testar a inserção do dispositivo em uma geometria adaptada do rotor da usina hidrelétrica de Ilha Solteira, os impactos das protuberâncias foram mais significativos, propiciando ganhos de torque de até 1,77%. Além do aumento do torque houve um aumento de altura líquida de até 0,75% para a geometria da Francis-99 com protuberâncias na pá auxiliar e na pá principal e de até 4,13 para a geometria adaptada do rotor da hidrelétrica de Ilha Solteira. Avaliando o escoamento, verificou-se, que os ganhos obtidos no torque e na altura líquida foram causados pelas alterações no campo de velocidade e pressão próximo ao bordo de ataque das pás da turbina, devido a redução da pressão na superfície de sucção e do retardamento do descolamento da camada limite na superfície de pressão.