Abrasive effects of sediments on impellers of pumps used for catching raw water.

This study presents an analysis of the abrasive effects of sediments from the bed of the Acre River, Brazil, on the wear of three different ferrous materials employed in the manufacture of impellers of centrifuge pumps used to catch raw water. In order to evaluate the abrasive wear and specific wear coefficient (k) as a function of sediment concentration, tests were conducted in samples of SAE 8620 steel, nodular cast iron and gray cast iron by using a rotary-ball abrasion meter. These tests employed abrasive slurry with concentration of 1, 2, 3, 5 and 10 g L-1 of sediments in distilled water. The volume of worn material as a function of the relative velocity of water flow in relation to the impeller blades was mathematically estimated. The experimental results showed that: i) The semi-angular and semi-rounded shapes of the sediments from the Acre River produced evidence of micro-grooving and plastic deformation in the three metallic alloys; ii) SAE 8620 steel showed higher resistance to abrasive wear than samples of gray and nodular cast iron; iii) the increase in the volume of worn material due to increment in sediment concentration and the relative velocity of the mixture (water + sediment) to the rotor pads.Neste estudo analisou-se a capacidade abrasiva dos sedimentos do leito do Rio Acre, Brasil, no desgaste de 3 materiais ferrosos diferentes utilizados na fabrica??o de rotores de bombas centr?fugas, utilizados na capta??o de ?gua bruta. Para determinar o modo de desgaste e a rela??o do coeficiente de desgaste espec?fico do material (k), em fun??o da concentra??o de sedimentos, foram realizados ensaios em abras?metro de esfera rotativa em amostras de a?o SAE 8620, ferro fundido nodular e em ferro fundido cinzento, usando como suspens?es abrasivas as concentra??es de 1, 2, 3, 5 e 10 g L-1 de sedimento em ?gua destilada. O volume de desgaste em fun??o da velocidade relativa do fluxo da ?gua em rela??o ?s p?s do rotor foi estimado matematicamente. Os resultados mostraram que: i) As formas semiangulares e semiarredondadas dos sedimentos do Rio Acre produziram evidencias de microssulcamento e deforma??o pl?stica nas tr?s ligas met?licas; ii) O a?o SAE 8620 mostrou maior resist?ncia ao desgaste abrasivo do que as amostras de ferros fundidos cinzento e nodular; e iii) O aumento do volume de desgaste decorrente da aumento da concentra??o de sedimento e da velocidade relativa que a mistura (?gua + sedimento) para pelas p?s do rotor

Aferição de parâmetros de labirinto hidráulico em turbinas Francis: proposta de uma bancada de teste / Measurement of hydraulic maze parameters in Francis turbines: proposal for a test bench

A geração de energia elétrica no Brasil é fortemente dependente da hidroeletricidade. As turbinas hidráulicas são máquinas responsáveis em transformar a maior parte da energia do escoamento contínuo da água que a atravessa a usina hidrelétrica em trabalho mecânico. Os principais componentes das turbinas do tipo Francis são: o rotor, o distribuidor e a caixa espiral, e é no rotor onde estão localizados os anéis de desgaste superior e inferior, e entre os anéis de desgaste os labirintos inferior e superior. Contudo, a fuga de fluido que ocorre nos labirintos das turbinas hidráulicas um dos responsáveis pelas perdas de geração de energia elétrica, vislumbrou-se a necessidade de se desenvolver um aparato que permita simular um labirinto de uma turbina Francis, afim de obter parâmetros que poderão auxiliar na tomada de decisões de projetos nesse segmento.  

Estimativa do desgastes das pás do rotor de bomba centrífuga, decorrente da abrasão de sedimento: estudo de caso de rotores fabricados em aço SAE 8620 / Estimation of centrifugal pump rotor blade wear due to sediment abrasion: case study of steel made rotors SAE 8620

Apesar dos cuidados especiais quanto a escolha do material de fabricação das bombas, o desgaste por abrasão do rotor é praticamente impossível de ser totalmente evitado. Este trabalho analisa a dinâmica dos desgastes erosivo e abrasivo em pás de rotor de bombas centrífugas, utilizadas em Estação Elevatórias de Água Bruta (EEAB), instaladas em rios sedimentares. Sugere-se a realização de teste de desgastes em abrasometro de esfera rotativa, utilizando como abrasivo, sedimentos coletados do processo de bombeamento. Apresenta-se também uma descrição do abrasometro e dos procedimentos utilizados para se medir o desgaste causado pelo impacto dos sedimentos sobre as pás das bombas. A partir dos resultados obtidos nos testes, determinou-se possíveis reduções da velocidade rotacional que se deve aplicar a bomba com o objetivo de aumentar sua vida útil. Além disso, observou-se que o desgaste dos rotores de bombas centrífugas é intensificado com o aumento da concentração de sedimentos e que as formas semi-arredondadas dos sedimentos podem causar micro aração por sulcamentos

Scale model study of the velocities field in a vertical slot fishway

A implantação de barramentos sejam eles para geração de energia, abastecimento de água, irrigação, dentre outros, tem promovido o impedimento da migração de peixes de piracema. No intuito de minimizar os efeitos negativos, causados por esses empreendimentos, surge em Minas Gerais a Lei 12.488, que obriga a construção de mecanismos para transposição de peixes (MTP) em barramentos, caso sejam necessários. Entretanto, a construção destes mecanismos em nosso país se baseia em modelos americanos, canadenses e europeus. No intuito de se conhecer o escoamento no mecanismo de transposição de peixes construído na UHE de Igarapava, realizaram-se testes em um modelo reduzido desse sistema na escala de 1:20. O mapeamento foi realizado com o auxilio de um Anemômetro LASER Doppler. Fez-se um conjunto de medidas em oito diferentes planos, e estes planos foram subdivididos em áreas de 10 x 10mm. Após o mapeamento foi possível “desenhar”, com auxílio do Matlab, os mapas representativos das iso-velocidades e vetores que ocorrem no MTP. Para isso utilizou-se de uma escala em cores nos contornos das iso-velocidades, onde as cores correspondem a magnitude das velocidades medidas, e o mapa de setas o direcionamento do escoamento, para verificação do comportamento do mesmo.Building a dam for hydropower, water supply, irrigation, and other purposes has an impact on fish migration. In order to solve this, the state of Minas Gerais introduced Law 12,488 law, which makes it mandatory to build a fishway in the dam when necessary. However the fishways built in Brazil, are similar to American, Canadian and European fishways. In order to know the flow in Igarapava Dam fishway, the system was tested on a 1:20 scale model. The test was performed using a LASER Doppler Anemometer on various planes. Then velocity color contours and arrow maps were drawn using MatLab, to find out the velocity field and flow behaviour in this fishway

Mapping of the velocities field in the vertical slot fishway built at the Igarapava hydropower plant

A crescente demanda de energia elétrica no Brasil tem alavancado a implantação de usinas hidrelétricas. Entretanto, a construção dessas estruturas promove impactos sobre o meio ambiente, especialmente no que diz respeito à migração de peixes. A partir do final dos anos 90 surgiram dispositivos legais que obrigam a construção de mecanismos para transposição de peixes (MTP), quando necessários. O desconhecimento sobre as características bio-hidráulicas dos peixes, a serem transpostos, tem obrigado os projetistas a utilizarem dados internacionais, de peixes do hemisfério Norte. Além disso, inexiste na literatura um estudo mais aprofundado sobre o campo de velocidades dentro dos MTP. Este trabalho apresenta um estudo sobre o escoamento em um MTP construído na UHE de Igarapava. O mapeamento de velocidades foi realizado utilizando-se um fluxímetro (molinete) com saída digital. Fez-se um conjunto de medidas em planos distantes entre si de 200mm. Estes planos foram subdivididos em áreas de 200 X 200mm. Após o mapeamento em campo foi possível “desenhar”, com auxílio do Matlab, os mapas representativos das velocidades que ocorrem no MTP. Para isso utilizou-se de uma escala em cores e setas, onde as cores correspondem a magnitude das velocidades medidas e as setas o direcionamento do escoamento, para verificação do comportamento do escoamento.The growing demand for electric power in Brazil has prompted the construction of new hydroelectric power plants. However, these new plants have had a strong impact on the environment, mainly on fish migration. Since the end of 1990s, strict new environmental laws have forced the design and installation of fishways in hydroelectric plants that have significantly affected the fish populations. Lack of information on the biohydraulic characteris- tics of several fish species which are in need of transposition systems for spawning and survival has forced the transposition system designers to use international technical data based on the characteristics of fish found in the Northern hemisphere. Moreover, the technical literature lacks studies on velocity fields in the fishway. This work deals with an experimental and analytical study about flow within a fishway built at the hydroelectric plant of Igarapava (UHE Igarapava). The flow velocity field is experimentally esti- mated by using a digital flowmeter. Velocity measurements are performed on planes 200m distant from each other. The area of each plane is about 200 mm x 200 mm. Afterwards, from the experimental velocity field data, the more representative flow velocity maps are graphically obtained by using Matlab software. The flow velocity maps are plotted using colors and arrows. The colors indicate the measured velocity magnitudes, while the arrows show the flow direction, providing a means to analyze flow behavior within the fishway

Calibration method for a cole pilor tube using Laser anemometry

A determinação da vazão aduzida em sistemas de condutos forçados, por exemplo, em uma usina hidrelétrica, é uma tarefa difícil de ser executada. Isto se deve a fatores como as dimensões físicas da instalação, as dificuldades de implementação de sensores no sistema e a existência de trechos fisicamente adequados para se executar a medição, etc. Dentre os diversos métodos existentes para a medição de grandes vazões o método de Pitot apresenta uma série de vantagens. Entretanto, a medição depende da calibragem do equipamento, que nem sempre é uma tarefa fácil de ser executada. Neste trabalho, apresenta-se uma metodologia para a calibragem de tubos de Pitot utilizando-se anemometria LASER. Assim, descreve-se o princípio de funcionamento do tubo de Pitot, a bancada de testes utilizada para a realização dos ensaios, incluindo os principais acessórios que permitem a variação da vazão na seção de teste, o anemômetro LASER Doppler utilizado e o arranjo físico adotado nos ensaios de calibragem do tubo de Pitot, que no caso foi o Pitot Cole. Com os dados obtidos foi possível determinar o coeficiente do Tubo de Pitot. Foi possível também fazer o levantamento da influência do bocal do equipamento no campo de velocidade em volta do tubo de Pitot. Posteriormente, fez-se uma análise comparativa da expressão obtida nos ensaios com outra expressão extraída da literatura. Apresenta-se a metodologia desenvolvida para a análise das incertezas das medições de velocidades e vazões determinadas em laboratório.To measure the inlet flow in closed systems, such as the inlet flow of a turbine in an electrical power plant, is a typically difficult task. There are several reasons for this, ranging from the size of the piping involved to the difficulty of finding an adequate position to install measuring devices (sensors) and the installation itself. Among several flow measurement methods, the Pitot tubes present a number of advantages. Calibration of this device, however, is far from trivial. The main goal of this work is to describe a framework to calibrate Pitot tubes using a LASER Doppler anenometer as a standard. The aforementioned description details the main parts of the laboratory setup and also the procedures followed during the calibration tests. The results discussed concern a Cole Pitot tube. The main coefficient of this device was estimated from test data. A major concern throughout the work was how the presence of the Pitot tube would influence the velocity vector field in the neighborhood of the stagnation pressure point. The results obtained are compared and discussed in the light of well-known results established in the literature. Preliminary results on confidence intervals for the measured velocity and flow are also presented and discussed

Modelo hidráulico reduzido da barragem de rejeitos Forquilha IV

This paper presents the development of a reduced hydraulic model (RHM) for the outflow operating system at the Forquilha IV (scale 1:10) tailings dam, owned by Vale S.A. The studies were performed by Centro de Pesquisas Hidráulicas e Recursos Hídricos (CPH) of Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) and the company Vogbr Recursos Hídricos & Geotecnia Ltda. We present here a brief description of the model construction and the test battery set for the structure’s hydraulic analysis. RHM involves the hillside culvert, the dissipation box and the exit to the restitution tunnel. The RHM project represents an essential step in the first analysis of the hydraulic behavior of the prototype, considering the designed flood station (ten thousand-year flood flow), as well as the analysis of its operation with more frequent flows.Esse trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo hidráulico reduzido (MHR) do sistema extravasor operacional da barragem de rejeitos Forquilha IV (escala 1:10), de propriedade da Vale S.A. Os estudos foram conduzidos pelo Centro de Pesquisas Hidráulicas e Recursos Hídricos (CPH) da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e pela empresa Vogbr Recursos Hídricos & Geotecnia Ltda. É apresentada, nesse trabalho, uma breve descrição da construção do modelo, bem como a bateria de ensaios prevista para análise hidráulica da estrutura. O MHR representa a galeria de encosta, a caixa de dissipação e a saída para o túnel de restituição. O projeto do MHR representa uma etapa vital na análise preliminar do comportamento hidráulico do protótipo frente à passagem da cheia de projeto (vazão decamilenar), assim como a análise de seu funcionamento para vazões mais frequentes

Modelo hidráulico reduzido da barragem de rejeitos Forquilha IV

This paper presents the development of a reduced hydraulic model (RHM) for the outflow operating system at the Forquilha IV (scale 1:10) tailings dam, owned by Vale S.A. The studies were performed by Centro de Pesquisas Hidráulicas e Recursos Hídricos (CPH) of Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) and the company Vogbr Recursos Hídricos & Geotecnia Ltda. We present here a brief description of the model construction and the test battery set for the structure’s hydraulic analysis. RHM involves the hillside culvert, the dissipation box and the exit to the restitution tunnel. The RHM project represents an essential step in the first analysis of the hydraulic behavior of the prototype, considering the designed flood station (ten thousand-year flood flow), as well as the analysis of its operation with more frequent flows.Esse trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo hidráulico reduzido (MHR) do sistema extravasor operacional da barragem de rejeitos Forquilha IV (escala 1:10), de propriedade da Vale S.A. Os estudos foram conduzidos pelo Centro de Pesquisas Hidráulicas e Recursos Hídricos (CPH) da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e pela empresa Vogbr Recursos Hídricos & Geotecnia Ltda. É apresentada, nesse trabalho, uma breve descrição da construção do modelo, bem como a bateria de ensaios prevista para análise hidráulica da estrutura. O MHR representa a galeria de encosta, a caixa de dissipação e a saída para o túnel de restituição. O projeto do MHR representa uma etapa vital na análise preliminar do comportamento hidráulico do protótipo frente à passagem da cheia de projeto (vazão decamilenar), assim como a análise de seu funcionamento para vazões mais frequentes