O documento apresenta uma empresa que fornece soluções e conceitos para pequenas centrais hidrelétricas (PCHs), incluindo turbinas hidráulicas, equipamentos hidromecânicos, condutos forçados, equipamentos elétricos, automação e montagens eletromecânicas. A empresa discute os tipos de turbinas mais adequados para diferentes configurações de queda d'água e fornece detalhes técnicos e econômicos sobre turbinas Francis, Kaplan e de eixo vertical.

1. Robert Fink
Luiz Antonio Valbusa
Soluções e Conceitos para PCH´s

2. SEMI Engenharia SEMI Sistemas SEMI Industrial
•Automação de Centrais •Turbinas Hidráulicas
•Reguladores de •Hidromecânicos
• Montagens
Velocidade e Tensão •Condutos Forçados
Eletromecânicas
•Projetos Elétricos •Válvulas borboleta
•Pacotes Elétricos •Pacotes turn-key
Soluções e Conceitos para PCH´s

3. Produtos
• Turbinas hidráulicas (Kaplan,
Produtos
Francis e Pelton)
• Equipamentos
hidromecânicos (comportas,
grades /limpa grades)
• Condutos forçados em aço
• Equipamentos elétricos e
subestações
• Automação de centrais
hidrelétricas
• Montagens eletromecânicas
• Pacotes turn-key para PCHs
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4. Tecnologia
Tecnologia
Acordo de cooperação técnico-científica
firmado o departamento UNIGE-DIMSET
da Universidade de Genova, para o
projeto hidráulico das turbinas
Dezenas de projetos fornecidos para
PCHs no Brasil, com total êxito na
comprovação dos rendimentos
Soluções Integradas para PCH´s

5. Seleção de turbinas
QUEDA TURBINA Layout
Queda 1,0 m a 15,0 m Kaplan: S de
Soluções
muito Jusante e Vertical
baixa
Queda 6,0 m a 40,0 m Kaplan: S de
Baixa Montante e Vertical
Queda 10 m a 400 m Francis (Horizontal
Média ou Vertical)
Queda Alta 80 m a 1.000 m Pelton (Horizontal
ou Vertical)
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6. Seleção de turbinas
Seleção
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7. Tamanho de turbinas
Tamanhos
Item Tipo Turbina Diâmetro Rotor (mm)
1 Francis Espiral Rotor Simples Horizontal 1.750
2 Francis Espiral Rotor Duplo Horizontal 1.300
3 Francis Espiral Rotor Simples Vertical 3.000
4 Kaplan – S de Montante 2.500
5 Kaplan – S de Jusante 3.000
6 Kaplan - Vertical 2.700
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8. Turbinas Francis
Na sua grande maioria as PCH’s construídas até o momento têm
instaladas turbinas do tipo Francis de eixo horizontal.
• Relação queda x vazão propícia
Tipos
• Menor custo da turbina e gerador
• Facilidade de manutenção
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9. Kaplan S de Jusante
Nos últimos anos, as PCH’s passaram a ser construídas em quedas
mais baixas e com maiores vazões. Com estas características, as
turbinas Kaplan na versão S de Jusante estão sendo largamente
aplicadas.
Tipos
Sua capacidade de turbinar grandes vazões e operarem com bons
rendimentos em uma grande faixa de variação de queda e vazão é
um ponto interessante para sua aplicação.
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10. Kaplan S de Montante
Além das vantagens já apontadas nas turbinas Kaplan – S de
jusante, temos adicionalmente nas Kaplan S de montante as
seguintes vantagens:
• menor escavação e por conseqüência menores custos civis.
Tipos
• melhor rendimento devido à geometria horizontal do seu
tubo de sucção, que proporciona uma melhor recuperação de
energia.
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11. Ponderação de Conceito
• Nos últimos anos os projetos de PCH’s de baixa queda têm se
caracterizado por:
Conceito
– Um número menor de unidades.
– Redução da queda e aumento significativo da vazão turbinada
por unidade.
• Qual será a melhor solução técnica e econômica para estas usinas
considerando a opção de máquinas do tipo Francis ou Kaplan ?
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12. Ponderação de Conceito
– Rotores Francis horizontais com diâmetros superiores a 1,80 m
só podem ser construídos mediante o aumento da folga de
entreferro rotor/tampa, e aumento do perfil das pás pois se
Conceito
exige uma rigidez maior do conjunto do rotor para evitar uma
deformação excessiva do mesmo. Com estas medidas haverá
uma redução do rendimento da turbina.
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13. Ponderação de Conceito
– Rotores Kaplan horizontais com diâmetros superiores a 3,0 m
resultam em eixos longos que apresentam problemas de
deflexão excessiva e em conseqüência de rotação crítica. Outro
Conceito
ponto a ressaltar é a grande variação de pressão entre a borda
superior e inferior do rotor gerando uma instabilidade hidráulica
além de exigir um aumento no afogamento da máquina para
garantir a mínima segurança em relação a cavitação.
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14. Dimensões Eixo Árvore
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15. Comparação
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16. Ponderação de Conceito
– Uma das soluções técnicas mais viáveis é a opção por turbinas
de eixo vertical, seja com rotor Francis ou Kaplan.
Conceito
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17. Vantagens das Turbinas
Verticais
Técnicas:
Solução clássica adotada há mais de 50 anos no mundo o que já
consolidou as soluções técnicas necessárias a um desempenho
confiável.
Operação mais estável da turbina
Econômicas:
Menor custo da turbina.
Redução da área da casa de força podendo chegar ~40/50%.
Redução da escavação no sentido horizontal comparado a solução de
KS Horizontais, Open Pit ou Francis Duplas.
Facilidade de implementar inércia necessária no gerador.
Até ~32 m de queda pode se optar pela espiral em concreto o que
reduz o custo do equipamento.
Redução do custo global de implantação
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18. Layout Típico
Para um rotor Francis D = 2.160 mm a Casa de Máquinas tem 9,0 x 20,0 m
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19. Comercial: Av. Cidade Jardim, 427 Conj. 84 - São Paulo – SP
Fone (11) 3079-7343
Contatos
Contato: Eng. Luiz Antonio Valbusa – Dir. Comercial
Fábrica: Rua Leozir Ferreira dos Santos, 455 - São José dos Pinhais – PR
Fone (41) 3556-4851
Contato: Eng. Robert Fink - Dir. Técnico
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