Resumo: Este trabalho tem como objetivo a análise da influência de parâmetros adimensionais e grandezas dimensionais no projeto de turbomáquinas operando em diferentes situações de pressão, temperatura e vazão mássica de vapor. O trabalho é divido em duas partes principais, sendo que inicialmente são analisados os parâmetros adimensionais e as grandezas dimensionais que influenciam diretamente o valor do rendimento interno das turbomáquinas térmicas que utilizam o vapor como fluido de trabalho. Na segunda parte do trabalho são abordadas as classes de pressão e rotação específica, e sua influência no comportamento de parâmetros adimensionais. A aplicação dos resultados está diretamente ligada a especificação de turbomáquinas em sistemas de cogeração para aproveitamento de fluxos térmicos provenientes de processos, queima de combustíveis ou gases de escape de uma máquina térmica, para os quais os projetistas necessitam estimar o rendimento de tais componentes por ocasião da análise de viabilidade econômica. / Abstract: This work has as objective the analysis of the influence of dimensionless parameters and dimensional greatness in the project of turbomachinery operating in different pressure situations, temperature and flow steam. This work is shared in two main parts, which are initially analyzed the dimensionless parameters and the dimensional greatness that directly influence the internal efficiency of the thermal turbomachinery that using steam as the working fluid. In the second part of the work are accosted the classes of pressure and specific rotation, and its influence on the behavior of dimensionless parameters. The application of the results is directly linked to the specification of turbomachinery in cogeneration systems for use of heat flows from processes, burning of fuel or the exhaust gases of a thermal machine, for which the designers needs to estimate the efficiency of such components at analysis of economic feasibility. / Orientador: Paulo Magalhães Filho / Coorientador: José Nédilo Carrinho de Castro / Banca: Carlos Daniel Ebinuma / Banca: José Rui Camargo / Mestre

Resumo: A turbina Michell-Banki é basicamente uma máquina de ação, sendo que a característica mais importante das turbinas de ação é a não existência do tubo de sucção. A instalação do tubo de sucção numa turbina causa o aumento da queda disponível e como conseqüência, aumenta a potência gerada e a rotação da turbina. No presente trabalho propõe-se a instalação de um tubo de sucção numa turbina Michell-Banki, visando alcançar as melhorias já indicadas acima, lembrando que ao colocar o tubo de sucção aparece um grau de reação na máquina. Foi feito uma análise mecânica-hidráulica da turbina Michell-Banki proposta, com o objetivo de encontrar as equações que permitem calcular os diversos elementos da turbina. Desta maneira o trabalho apresenta uma metodologia para projeto de uma turbina Michell-Banki com tubo de sucção. Também são apresentadas as formas de traçar o rotor, o injetor e a pá diretriz. Finalmente o trabalho apresenta ainda as recomendações para a execução de projeto e construção da turbina. / Abstract: The turbine Michell-Banki is basically an action machine, and the important characteristic of the action turbines is the no existence of the suction tube. The installation of the suction tube in a turbine increases the available fall and as consequence, it increases the generated power. The rotation of the turbine is also increased by increasing the available fall. In the present work it's proposed the installation of a suction tube in a Michell-Banki turbine, aiming to reach the improvements already indicated above, remembering that when placing the suction tube a reaction degree appears in the machine. It was done an mechanical and hydraulics analysis of the Michell-Banki turbine with the objective of finding the equations that allow to calculate the several elements of the turbine proposed, and thus presenting a methodology for project of a turbine. Finally I described the way of drawing the rotor, the injector and the guideline shovel, as well as it is also recommended the process that should be followed to build the turbine. / Orientador: Luiz Roberto Carrocci / Coorientador: Paulo Magalhães Filho / Banca: Petronio Masanobu Tanisho / Banca: José Carlos Cesar Amorim / Mestre

Resumo: Estudos têm sido realizados em relação à utilização de biodiesel em motores alternativos de ciclo Diesel, porém pouco material é encontrado quando se utiliza este combustível em turbinas a gás. Este trabalho analisou os parâmetros de desempenho e emissões de poluentes para várias misturas de biodiesel/querosene de aviação em um turboeixo Rover 1/S60. Os testes mostraram que não houve alterações significativas na operação do turboeixo. O estudo mostrou, também, que houve decréscimo de eficiência térmica e aumento de consumo de combustível com a utilização de misturas mais ricas em biodiesel. As emissões de poluentes também decresceram com o aumento de teor de biodiesel na mistura. / Abstract: Several tests have been performed comparing diesel and several kinds of esthers (biodiesel), most in reciprocating engines but also in micro-gas-turbines. This work studies a stationary turboshaft Rover 1/S60 performance and pollution emissions in the utilization of several blends of aviation kerosene and biodiesel. The tests also show that no significative changes occurred in turboshaft operation. This study also shows an increase of fuel consumption and a decrease in thermal efficiency and a decrease of pollutant species emission as the higher biodiesel proportion at blends are used at turboshaft operation. / Orientador: João Andrade de Carvalho Junior / Coorientador: Pedro Teixeira Lacava / Banca: Petronio Masanobu Tanisho / Banca: Luiz Daré Neto / Mestre

Orientador: Nelson Miguel Teixeira / Banca: José Angelo Cagnon / Banca: Isidoro Casal Caminha Junior / Resumo: O Brasil é o país que possui uma das maiores reservas mundiais de hidroenergia, em razão da quantidade imensa de rios em seu território. Em diversas áreas isoladas, tais como grupos populacionais dispersos em áreas rurais, a mais importante alternativa de produção e utilização de energia renovável é representada pelas Micro, Mini e Pequenas Centrais Hidrelétricas, que promovem oferta de energia elétrica utilizando pequenos aproveitamentos hidroenergéticos. Para pequenos aproveitamentos, o projetista de uma central hidrelétrica deve, ao definir o tipo de turbina hidráulica, fixar-se nos rotores Pelton, Francis e Kaplan e nas turbinas Banki, por serem os mais freqüentemente encontrados na prática usual. O projeto destes aproveitamentos hidroenergéticos requer muitos detalhes, regras e cálculos matemáticos que exigem tempo e conhecimento do assunto, tornando desejável uma ferramenta que forneça, de forma rápida e clara, a informação sobre os dados envolvidos no dimensionamento de equipamentos. Na sociedade moderna, tal necessidade de informação é constantemente suprida pela informática, com o uso de softwares específicos para o assunto em foco. Com esta idéia, foi desenvolvido o presente trabalho, considerando-se que a criação de um software que atende aos requisitos dos projetos de aproveitamentos hidroenergéticos executa o papel importante de ser uma ferramenta de desenvolvimento da eletrificação rural. Este trabalho pretende, especificamente para geração de energia elétrica através de pequenas centrais hidrelétricas, estabelecer um roteiro completo para pré-dimensionar turbinas hidráulicas, implementar este roteiro em sistema computacional, e criar uma interface de software de fácil uso. A partir das variáveis: vazão do rio, altura de queda do rio, e altitude local, as quais são fornecidas pelo usuário... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Brazil is the country that possesses one of the largest world reservations of hydraulic power, in reason of the immense amount of rivers in its territory. In diverse isolated areas, such as dispersed population groups in rural areas, the most important alternative of production and use of renewable energy is represented by the Micro, Mini and Small Hydroelectric Power Stations, that promote offer of electric energy using small uses hydroelectric power. For small uses, the planner of hydroelectric power plants, when defining the type of hydraulic turbine, to fix itself in the Pelton, Francis and Kaplan rotors and in the Banki turbines, for they be more frequently the found in the usual practice. The project of these uses hydroelectric power requests many details, rules and mathematical calculations that demand time and knowledge of the subject, turning desirable a tool that supplies, in a fast and simple form, the information on the data involved in the sizing of equipment. In the modern society, such need of information constantly is supplied by computer science, with the use of specific software for the subject in focus. With this idea, the present work was developed, being considered that the creation of a software that assists to the requirements of the projects of uses hydroelectric power executes the important paper of being a tool of development of the rural electrification. This work intends, specifically for generation of electric energy through small Hydroelectric Power Stations, to establish a complete guide of orientation for to make initial calculations of the dimensions of hydraulic turbines, to implement this guide of orientation in computational system, and to create an interface of software of easy use. Starting from the variables: outflow of the river, height of fall of the river, and local altitude, which is supplied by the user... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: José Luz Silveira / Banca: José Nédilo Carrinho de Castro / Banca: José Rui Camargo / Resumo: Para iniciar os estudos técnicos e econômicos para instalação de uma pequena central hidrelétrica (PCH), vários fatores devem ser analisados, sendo estes dependentes das condições e conveniências locais, juntamente com a cojuntura econômica do país em que será implantada a PCH. Na complexidade do mercado, em que todos os setores são influenciados, deve-se atentar para os principais pontos que podem interferir no resultado da viabilidade do projeto de uma usina gerador, analisando a taxa de juros para o financiamento, os preços praticados no mercado por fabricantes de equipamentos e serviços, entre outros fatores. O objetivo desta dissertação é elaborar diagramas de custos de geração de energia em função da altura de queda e vazão liquídas, disponibilizadas no diagrama de utilização do catálogo fornecido pelo fabricante de turbinas com experiência no mercado de PCH. A construção dos diagramas tem o suporte de um programa denominado "PB", elaborado para determinar os custos de geração, com base nos valores obtidos no diagrama de custos de investimento em PCH. Os principais componentes de uma PCH, juntamente com as características dos equipamentos são abordados. / Abstract: To begin the technical and economic studies for installation of a Small Hidroelectric Plant, several factors should be analyzed, being these dependents of the conditions and local conveniences, togheter with the economic conjuncture of the country in that the Small Hidroelectric Plant will be implanted. In the complexity of the market, in that all the sections are influenced, it should be attempted for the main points tha can interfere in the result of the viability of the project of a generating power plant, analyzing the interest rate for the financing, the prices practiced in the market by suppliers of equipments and services, among other factors. The objective of this dissertation is to elaborate diagrams of energy generation costs in function of the fall height and liquid flow, showed in the user diagram from the catalog supplied by the manufacturer of turbines with experience in the market of PCH. The construction of the diagram has the support of a denominated "program PB" elaborated to determine the generation costs, with base in the values obtained in the diagram of investment cost in PCH. The main components of a PCH, togheter with the characteristics of the equipments they are approached. / Mestre

Orientador: Juno Gallego / Banca: Ruís Camargo Tokimatsu / Banca: Itamar Ferreira / Resumo: No Brasil, a maior parte da energia elétrica disponível é gerada por usinas hidrelétricas as quais contam com grande número de turbinas hidráulicas. Durante sua operação estas turbinas sofrem sérios danos provenientes tanto de natureza mecânica como também hidráulica. Fenômenos de perda de massa e também trincas e rachaduras são alguns dos principais problemas que ocorrem devido a um fenômeno chamado de erosão cavitacional, que comumente é recuperado por soldagem. Sendo assim, grandes níveis de resistência à cavitação vêm sendo obtidos com a deposição de aços inoxidáveis com a presença de cobalto pelo processo de soldagem a arco com proteção gasosa. Neste trabalho, seis amostras feitas de aço-carbono ASTM A36, as quais foram extraídas de retalhos de turbinas, foram usadas como metal de base para as amostras. Usando um processo a arco elétrico com proteção gasosa (GMAW) em posição plana, duas camadas de aço AWS E70-S6 (1,2 mm de diâmetro) foi depositada em todas as amostras, e, somente em três das amostras foram depositadas duas camadas de amanteigamento com o arame de aço inoxidável AWS E309-T1 (1,6 mm de diâmetro) usando o mesmo processo, onde foi utilizado como proteção gasosa uma mistura de 75% de dióxido de carbono e 25% de argônio. A energia de soldagem nominal nestes casos foi de 0,5 kJ/mm. Por final, mais duas camadas de aço inoxidável com cobalto, liga resistente à cavitação foram depositadas por arco pulsado, com energia de soldagem nominal de 0,5 a 0,8kJ/mm, com uma mistura de gases de 98% de argônio e 2% de oxigênio como proteção. Secções transversais das amostras foram preparadas, devidamente lixadas e depois polidas com alumina 1,0μm, seguido de ataque químico moderado com Villela para observação de microestruturas. Foi feito o estudo de microdureza Vickers com carga padrão de 0,4 N e espaçamento regular (0,4 mm) ...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Nowadays most of the power supply used in Brazil is provided for a large number of hydraulic turbines. During its operation in hydroelectric power plants, these turbines usually have been damaged either mechanical or hydraulic reasons. So, catastrophic cracking and loss-of-mass due to cavitation erosion are main problems which are commonly repaired by welding. Higher levels of resistance to cavitation erosion have been attained with surface deposition of a cobalt-alloyed stainless steel coating by gas-protected arc welding techniques. In the present work six plates, which were machined from blades of hydraulic turbines made with ASTM A36 carbon steel grade, were used as base metal. Using manual gas-metal arc welding (GMAW) in flat weld position two layers of AWS E70-S6 carbon steel (1.2 mm diameter) were deposited on all samples. Only 3 samples two buttering layers were deposited with AWS E309-T1 flux-cored wire (1.6 mm diameter) using same processing, where were applied a 75% carbon dioxide - 25% argon mixture as protection gas. The nominal heat input used in all layers was approximately 0.5 kJ/mm. At the last welding deposition another two cobalt-alloyed, cavitation resistant, stainless steel cladding layers were deposited under pulsed arc with a nominal heat input of 0.5 to 0.8kJ/mm, being used for them a protective gas mixture of 98% argon - 2% oxygen. Transverse sections of weld deposit were prepared according standard grinding method (up to 1200-grit SiC paper) and final mechanical polishing using 1.0μm alumina, followed by moderate etching in Villela reagent for microstructural observation. Vickers microhardness measurements were carried out at standard load (0.4 N) and regular spacings (0,4mm) from surface to base metal. Light microscopy (LM) was used to determine average size of inclusions, which was measured from digitalized images using a freeware image analysis ...(Complete abstract, click electronic access below) / Mestre