Pesquisa articleDesign e implementação de uma turbina de fluxo cruzado, para o Pico de hidrelétricas para a geração de electricidade

Este estudo abrangeu o design, a implementação e a avaliação do desempenho de uma turbina de fluxo cruzado, em várias posições de bocais. O material da lâmina escolhida foi analisado usando ANSYS para o grau de tensão e deformação sob o impacto de jatos hidráulicos para verificar sua adequação durante a operação. O eixo foi analisado em condições estáticas e dinâmicas usando ANSYS, a fim de garantir uma deformação não-plástica do eixo em ambas as condições. O resultado desta análise foi empregado na análise de resposta harmônica do eixo corredor. Testes convergentes foram feitos para a análise da lâmina e do eixo do corredor. Um experimento foi projetado para a avaliação do desempenho da turbina de fluxo cruzado usando a ferramenta de design ideal (custom) da metodologia da superfície de resposta e 69 simulações/rodagens foram obtidas. Os factores considerados na concepção experimental são:: distância do bocal do eixo, altura do bocal e ângulo de ataque. A turbina de fluxo cruzado foi construída usando valores de projeto computados para todas as partes da máquina. As lâminas de corredor foram posicionadas especificamente a 28° de ângulo exterior da lâmina e a 90° de ângulo interno da lâmina. A turbina foi testada com uma cabeça de água e um caudal de 6,4 m e 0.0042m3/s, respectivamente. A potência e eficiência do eixo foram avaliadas usando sua respectiva fórmula. As respostas foram otimizadas a fim de obter a posição ideal do bocal que daria o melhor desempenho das respostas usando os dois modelos matemáticos de interação fator (2F1) em fatores codificados, desenvolvidos para cada uma das respostas. Os resultados obtidos, provaram que o material de aço de baixo carbono era adequado para a turbina blading e o veio é seguro em condições estáticas e dinâmicas, uma vez que as tensões induzidas e deformações nunca excederam a gama admissível. Além disso, cada uma destas posições de bico consideradas teve um efeito significativo nas respostas com a altura do bico e ângulo de ataque tendo um efeito combinado sobre o desempenho da turbina. O melhor desempenho da turbina foi obtido em um ângulo de ataque mais baixo, a distância do bocal muito perto do eixo do corredor e em uma altura do bocal que irá realizar maior transmissão de energia para os perfis superior e inferior da lâmina. Os modelos matemáticos desenvolvidos para cada resposta têm maior valor de correlação, sugerindo que os modelos são adequados para prever as respostas nos níveis de fatores considerados. Obteve-se uma distância óptima do bocal, altura e ângulo de ataque de 102mm, 413mm e 5°, respectivamente. Nesta posição de bocal, o alternador deu uma saída de 35watts e 6V. quando dois transformadores de tensão foram empregados, deu 200Volts CA. A turbina pode ser comercializada em grande escala para maior potência de saída usando as posições de bocal ótimas determinadas.

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