Montagem e instrumentação de uma bancada para turbina hidráulica

Abstract

A dissertação apresenta o desenvolvimento de uma bancada de ensaio de máquinas hidráulicas para avaliar diversos tipos e configurações de turbinas hidráulicas para dar apoio à formação profissional dos estudantes do curso de Engenharia de Energia. A primeira configuração que está sendo implementada é de uma turbina Indalma. A bancada é composta por uma bomba d'água com vazão regulável, circuito de entrada de água com altura da coluna d'água programável para quatro alturas preestabelecidas, circuito de entrada da turbina com medição de vazão, turbina Indalma, canal de saída da água com vertedouro para a medição de vazão e um reservatório de 1000 litros. A potência da turbina é medida com um sistema de medição de torque e rotação, executadopor um microcontrolador, freio de Prony com células de carga e medidor de velocidade de rotação da turbina. A bancada será usada para avaliar o comportamento dinâmico da turbina. Foi desenvolvido um modelo da turbinausando a instrumentação feita na bancada. Foi possível a coleta de dados eo modelo da turbina Indalmafoi elaborado, sendo útil ao projeto de controle do sistema,utilizando técnicas de análise lineares, a partir do modelolevantado. Dessa forma,será possível trabalhar desde os conceitos de mecânica e dinâmica dos fluidos até a instrumentação, controle e estabilidade dossistemas. Também se desenhou um controladorPID e um controlador com preditor de Smith, o qual manterá as revoluçõesda turbina no ponto de máxima operação, tendo em conta o atraso que sofre o sistema.A construção da bancada de ensaio permitiu avaliar o comportamento e funcionamento de uma picocentral hidrelétrica em condições reais de operação e ajudou naavaliação do modelo da turbina hidráulica Indalma e desenhar um controlador para o sistema. ____________________________________________________________________________________ ABSTRACT

This dissertation presents the development of a test bench for hydraulic machines to evaluate the various types and configurations of hydraulic turbines to support the professional training of students of the energyengineering course. The first configuration being implemented is that of an Indalma turbine. The bench consists of a water pump with adjustable flow rate, water inlet circuit with programmable height of the water columnto four pre-set heights, turbine input circuit with flow meter, Indalma turbine, water output channel with weirv-notch to measure flow, and a reservoir of 1000 liters. The turbine'spower is measured with a torque and rotation measuring system, implemented by a microcontroller, Prony brake withstrain gage and the turbine rotational speed meter. The bench will be used to assess the dynamic behavior of the turbine. A model turbine was developed using the instrumentation implementation on the bench. It was possible to collect data and thus develop the model of the Indalma turbine, thereby being useful to the project of the control system using linear analysis techniques from the model. It is possible to study the concepts of mechanics and fluid dynamics, instrumentation and control and stability of systemswith this bench. Also a PID controller and a Smith predictor control,where designed that will keep the turbine revolutions at its maximum operation point taking into account the retardation suffered by the system.The construction of the test bench allowed the assessment of the behavior and operation of a pico hydro power plant in actual operating conditions and helped in evaluating the model of hydraulic turbine Indalma and the design of a controller for the system.