Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Submitted by Fabiana Santos (fabianacamargo@bce.unb.br) on 2018-09-03T21:12:42Z No. of bitstreams: 1 2018_PedroHenriqueDiasdeVérasSousa.pdf: 62381558 bytes, checksum: f9982aa5b8a627c1c3c7ca6ccc2f9325 (MD5) / Approved for entry into archive by Fabiana Santos (fabianacamargo@bce.unb.br) on 2018-09-11T17:01:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_PedroHenriqueDiasdeVérasSousa.pdf: 62381558 bytes, checksum: f9982aa5b8a627c1c3c7ca6ccc2f9325 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-11T17:01:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_PedroHenriqueDiasdeVérasSousa.pdf: 62381558 bytes, checksum: f9982aa5b8a627c1c3c7ca6ccc2f9325 (MD5) Previous issue date: 2018-09-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). / O objetivo deste trabalho foi investigar numericamente o efeito de diversos parâmetros de modelagem da extensão posicionada na saída do tubo de sucção de uma turbina bulbo nas características do escoamento nessa região e no desempenho da máquina. As simulações do tipo RANS foram realizadas no software comercial ANSYS CFX e a turbulência foi modelada utilizando o modelo k − ω SST. Inicialmente, foram avaliadas três condições de entrada para o tubo de sucção, empregando um domínio reduzido da turbina para isso. Os resultados foram validados com base em dados experimentais e serviram para as simulações principais deste trabalho. Ao todo, foram estudadas quatro geometrias de extensão para o tubo de sucção da turbina bulbo e, além das condições de operação da máquina, também foram analisadas a influência das condições de contorno na extensão e a interação entre os escoamentos de turbinas adjacentes. Os perfis de velocidade dentro do tubo de sucção foram validados com base em dados experimentais, e os resultados de perda de carga, eficiência e campo de velocidade foram comparados para determinar o impacto das diferentes extensões. De forma geral, a geometria na saída do tubo de sucção influenciou a expansão do escoamento e, consequentemente, a distribuição de velocidades e pressão nessa região. Outro fator importante foi a rotação do escoamento, que introduziu assimetrias no campo de velocidade e aumentou a interação das turbinas. Contudo, os resultados mostraram pouca influência dos parâmetros estudados no desempenho previsto da máquina. / In this work, the goal was to numerically investigate the effect of many different modeling parameters of the extension placed at the exit of the draft tube of a bulb turbine in the flow characteristics in this region and the performance of the machine. RANS simulations were carried in the commercial code ANSYS CFX and the turbulence modeled using the k − ω SST model. Initially, three inlet conditions for the draft tube were evaluated in a reduced domain of the turbine. The results were validated with the available experimental data and served as an input for the main simulations in this work. Four extension geometries were studied in total and, besides the inlet conditions, the influence of the boundary conditions in the extension and the interaction between adjacent turbines has also been analyzed. The velocity profiles inside the draft tube were validated using experimental data and the results for the head losses, efficiency and velocity field were compared to determine the impact of using different extensions. Overall, the geometry of the extension influenced the expansion of the flow and, therefore, the velocity and pressure distribution in this region. Another important factor was the flow rotation, which introduced asymmetries in the velocity field and increased the interaction among the turbines. However, the results showed a small influence of the studied parameters in the machine’s predicted performance.

O planejamento da fabricação de peças de caldeiraria para hidrelétricas tais como caixa espiral, tubo de sucção e conduto forçado, necessita de bons conhecimentos em caldeiraria e muita experiência na área devido à complexidade dos cálculos, tornando-se uma tarefa trabalhosa e com muitas possibilidades de erros. A seqüência de operações, no entanto, é altamente repetitiva facilitando o desenvolvimento de um sistema computacional de apoio. O trabalho proposto a seguir tem como objetivo apresentar um sistema desenvolvido como um aplicativo em software CAD para auxiliar as tarefas de projetar e fabricar caixa espiral, tubo de sucção e conduto forçado. O sistema colocou o conhecimento técnico da engenharia industrial de hidrogeradores de uma empresa de bens de capital ao alcance de projetistas desta área, de forma a aumentar a produtividade nestas, e em outras atividades similares, minimizando as possibilidades de erro e padronizando os procedimentos de cálculos. Os resultados foram, entre outros, diminuição do tempo de geração das informações para o processo de fabricação, tais como croquis de delineamento e desenhos de montagem, acima de 90% e perda zero de peças na fabricação. / The manufacturing process of hydroelectric weld parts, such as spiral cases, draft tubes and penstocks, demands good knowledge and experience in the area due to the calculations needed, revealing to be a difficult work with a high risk of errors. However, the operation sequence is highly repetitive which enables the development of a computational support system. This thesis has the purpose to present a system developed as an application in CAD software to aid the projecting and manufacturing activities of the spiral boxes, draft tubes and penstocks. Such system was disposed to the technical body of an industrial engineering department maintained by a heavy equipment company which manufactures hydro generators, so professionals were able to increase their productivity, being the system also used in similar areas, minimizing possibilities of mistakes and standardizing calculations procedures. Results were, among others, decrease of time needed to develop process information, such as sketch outlines and assembly drawings, above 90% and zero losses on parts production.

O planejamento da fabricação de peças de caldeiraria para hidrelétricas tais como caixa espiral, tubo de sucção e conduto forçado, necessita de bons conhecimentos em caldeiraria e muita experiência na área devido à complexidade dos cálculos, tornando-se uma tarefa trabalhosa e com muitas possibilidades de erros. A seqüência de operações, no entanto, é altamente repetitiva facilitando o desenvolvimento de um sistema computacional de apoio. O trabalho proposto a seguir tem como objetivo apresentar um sistema desenvolvido como um aplicativo em software CAD para auxiliar as tarefas de projetar e fabricar caixa espiral, tubo de sucção e conduto forçado. O sistema colocou o conhecimento técnico da engenharia industrial de hidrogeradores de uma empresa de bens de capital ao alcance de projetistas desta área, de forma a aumentar a produtividade nestas, e em outras atividades similares, minimizando as possibilidades de erro e padronizando os procedimentos de cálculos. Os resultados foram, entre outros, diminuição do tempo de geração das informações para o processo de fabricação, tais como croquis de delineamento e desenhos de montagem, acima de 90% e perda zero de peças na fabricação. / The manufacturing process of hydroelectric weld parts, such as spiral cases, draft tubes and penstocks, demands good knowledge and experience in the area due to the calculations needed, revealing to be a difficult work with a high risk of errors. However, the operation sequence is highly repetitive which enables the development of a computational support system. This thesis has the purpose to present a system developed as an application in CAD software to aid the projecting and manufacturing activities of the spiral boxes, draft tubes and penstocks. Such system was disposed to the technical body of an industrial engineering department maintained by a heavy equipment company which manufactures hydro generators, so professionals were able to increase their productivity, being the system also used in similar areas, minimizing possibilities of mistakes and standardizing calculations procedures. Results were, among others, decrease of time needed to develop process information, such as sketch outlines and assembly drawings, above 90% and zero losses on parts production.