OPTIMIZATION TESTS OF CLASSIC KAPLAN TURBINES

MEDIÇÕES DE EFICIÊNCIA DA MÁQUINA HIDRÁULICA
USANDO O MÉTODO GIBSON
MEDIÇÕES DE EFICIÊNCIA DA MÁQUINA HIDRÁULICA
USANDO O MÉTODO GIBSON
Palavras-chave: usina hidrelétrica, máquinas hidráulicas, as medições de eficiência, medições
de vazão, o método pressão-tempo, o método de Gibson
Cada unidade da usina hidrelétrica equipada com conduto forçado de comprimento de
mais de 4D (quatro vezes de seu diâmetro interno) é adequada para aplicação do método de
Gibson para medir a vazão através da turbina. Nas condições mais difíceis, sem acesso ao
carcaça de tubulação do lado de fora, colectores especiais podem ser preparados do lado
interior do conduto forçado para receber a pressão nas medidas secções transversais, após a
drenagem da tubulação.
Os valores de vazão são calculados dos sinais de pressão por meio do código GIBADAM, desenvolvido pelo Dr. A. Adamkowski, várias vezes validado em laboratório e em
condições in situ (nos anos 2003-2010 o método de Gibson foi aplicado com sucesso na
investigação da eficiência energética em muitas unidades hidrelétricas na Polónia: as usinas
hidrelétricas Zarnowiec, Solina, Dychow, Zydowo, Niedzica, Koronowo, Zur, Pilchowice,
bem como no México: usinas hidrelétricas Angostura, Infiernillo, Chicoasen, Aquamilpa,
Malpaso, Villita, Temascal, Villita, Cobano, Novillo Rosa, Santa, Bacurato.)
Pressões ou níveis de água são medidos através de transdutores de alta precisão, classe
0,2% ou melhor.
Potência ativa, gerada por uma unidade hidreléctrica testada é medida por meio dos
transdutores de potência, classe 0,2%. Potência mecânica (no eixo da turbina) é calculada do
valor medido de potência ativa considerando a eficiência do gerador.
Os valores medidos de incerteza de eficiência da turbina, determinados para as condições
de teste, são geralmente contidos entre 1,2% e 1,5%.
Medição de diferença de
pressão
p = p2 – p1
2-2
1-1
z1
z2
colector
Fig. 1 Segmento de tubulação com marcadas secções de medição utilizadas
no método de Gibson.
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Fig. 2 Esquema do sistema de fluxo das turbinas testadas com marcadas
secções hidrométricas utilizadas pelo método de Gibson.
60º
10 m
Secção 1-1 e 2-2
tomada de pressão
colector
Fig. 3 Distribuição das tomadas de pressão nas secções hidrométricas 1-1 e 2-2 do conduto
forçado.
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Fig. 4 Esquema da tira de medição de pressão montado no lado interno da parede de conduto
forçado, paralelamente à direção do fluxo de água
tomada de
pressão
colector
tubo de impulso a um
transdutor
Fig. 5 Vista de vários componentes do sistema de medição de pressão na secção hidrométrica 1-1:
Colector de pressões de seis tomadas em uma secção e uma das tomadas de pressão.
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válvula de
ventilação
tubo de colector
na secção 2-2
tubo de
colector na
secção 1-1
tubo com cabo de sinal
elétrico no interior
Y [%]
Fig. 6 Hermética caixa com o transdutor de pressão differential instalado dentro de conduto
forçado
100
80
60
40
20
0
abertura registada
YY- -recorded
wicket gate
das palhetas guias
opening
60
80
100
120
140
160
p1-2,Pf [kPa]
16
P
calculated
pressure
Pff - -calculada
queda
de
drop
caused
by pela
friction
in
pressão
causada
fricção
em conduto
forçado entre as
penstock
between
seções 1-1 e 2-2
sections 1-1 and 2-2
12
8
4
∆p1-2
pressão
p
pressurededifference
1-2- -diferença
medida entrebetween
secções 1-1
measured
penstock
e 2-2 de conduto forçado
sections 1-1 and 2-2
0
-4
Q [m3/s]
60
210
180
150
120
90
60
30
0
80
100
120
140
160
120
140
160
Q - vazão calculada de
Q - discharge
calculated
acordo com método de
according Gibson
Gibson method
60
80
100
tempo tt[s]
time
[s]
Fig. 7 A mudança no tempo das variações registadas e calculadas dos parâmetros utilizados
para medição de vazão por meio do método de Gibson
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o
turbina
turbineN.
no.11
(não modernizada)
200
(not upgraded)
3
descarga Qt Q
[mt /s]
[m3/s]
discharge
240
160
o
turbinano.
N. 22
turbine
(modernizada)
(upgraded)
120
80
eficiência
de turbina h
ŋ t[%]
efficiency
[%]
turbine
30
40
50
60
70
80
potência
mecânica
P
[MW]
mechanical power Pm m [MW]
90
94
o
turbina
turbine N.
no.22
(modernizada)
(upgraded)
89
84
o
turbina
turbine
no.N.1 1
(não
modernizada)
(not upgraded)
79
74
30
40
50
60
70
80
Pmm[MW]
potência mecânica
mechanical
power P
[MW]
90
Fig. 8 Um exemplo de características de turbina, determinados por um valor líquido de pressão
baseando-se nos testes utilizando o método de Gibson.
Referencias:
Adamkowski A., Lewandowski M., Lewandowski St., Cicholski W.: Calculation of the cycle
efficiency coefficient of pumped storage power plants units basing on measurements of water
level in the head (tail) water reservoir [Cálculo do coeficiente de eficiência do ciclo nas
usinas hidrelétricas de armazenamento bombeado baseado em medição do nível de água no
reservatório de água frontal e traseiro], Proc. 13. Inter. Seminar on Hydropower Plants,
Vienna, Austria, 24-26 Nov. 2004, pp.239-248. – pdf version
Adamkowski A., Janicki W., Steller J.: Comparison between results of flowrate measurement
by means of current-meter, pressure-time and ultrasonic methods [Comparação entre os
resultados da medição de vazão, por meio dos métodos: ultra-sônico, pressão-tempo, de
medidor de corrente], Proc. of Conf. HYDROFORUM’2005, Kliczków, December 7-9, 2005
(in Polish). – pdf version
Sierra E.F., Adamkowski A., Urquiza B.G., Kubiak J., Lara H., Janicki W.: The Effect of
Boundary Layer Separation on Accuracy of Flow Measurement Using the Gibson Method,
[O Efeito da Separação da Camada Limite na Precisão da Medição de Fluxo Usando o
Método de Gibson], Forum Paper FEDSM2007-37564, Proc. of 5th Joint ASME/JSME Fluids
Engineering, July 30 – August 2, 2007, San Diego, California, USA, pp. 1-8. – pdf version
Adamkowski A., Janicki W.: Influence of some components of pressure-time method
instrumentation on flow rate measurement results, [Influência de alguns componentes de
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USANDO O MÉTODO GIBSON
instrumentação de método pressão-tempo sobre os resultados da medição de vazão], Proc. of
Inter. Confer. HYDRO2007, Granada, Spain, 15-17 Oct. 2007. – pdf version
Adamkowski A., Janicki W., Urquiza G. Kubiak J., Basurto M., Discharge measurements
using the classic Gibson method with instrumentation installed inside a pipeline [Medições de
vazão utilizando o método de Gibson clássica com instrumentação instalada no interior de
uma tubulação], Proc. of FEDSM’2008, ASME Fluid Engineering Conference, August 1014, 2008, Jacksonville, Florida USA, FEDSM2008-55309, pp. 1-7. – pdf version
Adamkowski A., Janicki W.:”A new approach to using the classic Gibson method to measure
discharge” [Uma nova abordagem para usar o método de Gibson clássico para medir a
descarga], 15th International Seminar on Hydropower Plants, Vienna, 26-28 November, 2008,
pp. 511-522. – pdf version
Adamkowski A., Kubiak J., Sierra Fernando Z., Urquiza G.,Janicki W., Fernández J. M.,
An Innovative Approach to Applying the Pressure-Time Method to Measure Flow
[Abordagem Inovadora para a Aplicação do Método Pressão-Tempo, para Medir o Fluxo],
HRW (Hydraulic Review Worldwide), Volume 16, number 6 December 2008, pp. 40-49 –
pdf version.
Adamkowski A., Krzemianowski Z., Janicki W. 2009, Improved Discharge Measurement
Using the Pressure-Time Method in a Hydropower Plant Curved Penstock [Melhorada
Medição da Descarga Usando o Método Pressão-Tempo em Conduto Forçado Curvo de
Usina Hidrelectrica], ASME Journal of Gas Turbines and Power, SEPTEMBER 2009, Vol.
131, pp. 053003-1 - 053003-6. – pdf version
Adamkowski A. Janicki W., A method for measurement of leakage through closed turbine
wicket gates [Um método para a medição de fugas através palhetas guias fechadas],
Proceedings of the HYDRO2009, International Conference and Exhibition, Lyon, France 2628 October 2009, pp. 1-8. – pdf version.
Adamkowski A.: Essential methods of SHP efficiency testing [Meios indispensáveis para
testar eficiência SHP], Keynote address at the SHP Research&Development Actors Network
Meeting, The Szewalski Institute of Fluid-Flow Machinery, Gdansk, September 10-11th, 2009
– pdf version.
Adamkowski A., Janicki W., Selected problems in calculation procedures for the Gibson
discharge measurement method [Problemas selecionados em procedimentos de cálculo para
o método Gibson de medição de descarga], 8th International Conference on Hydraulic
Efficiency Measurement - IGHEM 2010, Rookie, India, pp. 1-9. – pdf version
Para mais informações entre em contato com:
Adam Adamkowski, DSc., Ph.D.
The Szewalski Institute of Fluid-Flow Machinery, PASci (IMP PAN)
[O Instituto Szewalski de Máquinas de Fluxo]
Centre for Mechanics of Liquids, Department of Hydraulic Machinery
[Centro de Mecânica dos Líquidos, Departamento de Máquinas Hidráulicas]
ul. Fiszera 14;
80-952 Gdańsk, Poland
Phone: +48 58 69 95 212
Fax: +48 58 341 61 44
Mobile: +48 606 571 642
E-mail: [email protected]