Estudo de repotenciação de uma turbina francis de uma pequena central hidrelétrica - PCH

Abstract

O presente estudo tem o objetivo de avaliar, através da dinâmica dos fluidos computacional (CFD), o escoamento de água em uma turbina Francis de 5,9 MW de potência, instalada em uma pequena central hidrelétrica, buscando identificar pontos passíveis de melhoria em seu funcionamento, visando à sua repotenciação. Para tanto, foram pesquisados aspectos relacionados aos principais componentes do equipamento e os métodos mais utilizados para análises e modificações na busca por aumento de eficiência. A partir disso, uma modelagem computacional foi desenvolvida e implementada no software Ansys CFX 19. Utilizou-se como base as equações de conservação da massa e de quantidade de movimento para um escoamento turbulento transiente e incompressível, utilizando as médias de Reynolds e o modelo k-ω SST para modelar a turbulência no escoamento, desenvolvido para modelar a turbulência de escoamentos com gradientes de pressão adversos e descolamento da camada limite. Buscando identificar a influência de alterações geométricas na turbina, duas alterações na curvatura do tubo de extração foram investigadas. A partir de uma análise qualitativa dos resultados, foi possível identificar melhorias na distribuição de velocidades e pressões ao longo do tubo de extração, o que impacta significativamente no desempenho da turbina, elevando o torque do rotor em até 30%, o que promove um aumento na potência mecânica do equipamento.