Avaliação de desempenho e erosão por cavitação e sedimentos em turbinas axiais através de simulação numérica

dc.contributor.advisor1MESQUITA, André Luiz Amarante
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1331279630816662
dc.contributor.memberOLIVEIRA, Taygoara Felamingo de
dc.contributor.memberFURTADO, Maciel da Costa
dc.contributor.memberCOELHO, José Gustavo
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6275750472303225
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4062258417348910
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0250577148113150
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0003-2957-537X
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0001-7409-4554
dc.creatorWANZELER, Hermeson Conceição
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/5859418901953159
dc.creator.ORCIDhttps://orcid.org/0000-0001-5728-8541
dc.date.accessioned2026-04-30T13:18:26Z
dc.date.available2026-04-30T13:18:26Z
dc.date.issued2025-11-08
dc.description.abstractThis work presents an evaluation of the performance and the erosion effects caused by cavitation and sediments in an ultra-low head axial hydraulic turbine, using numerical simulation techniques. The study is based on design data and experimental results provided by Souza (1988), which served as a reference for building the computational model and validating the analyses. Initially, the fluid domain of the turbine was developed based on the geometry of the rotor and guide vane profiles, obtained from planar coordinates and later converted into cylindrical coordinates. Mesh generation was carried out using ANSYS TurboGrid software, following established quality criteria and subjected to a mesh independence study to ensure accurate representation of the computational model. Boundary conditions were defined according to the closed-loop flow regime, with flow and pressure controlled by a butterfly valve and sluice gate, along with the implementation of multiphase models to represent cavitation and particle-fluid interaction. The cavitation phenomenon was modeled using the Rayleigh-Plesset model, while the erosion caused by sand particles of varying diameters was assessed through the Finnie model. The results showed good agreement between the numerically obtained characteristic curves and the experimental data, validating the proposed flow field model. It was also observed that cavitation is concentrated on the suction side of the rotor blades, whereas particle erosion primarily affects the pressure side and the casing region. It is concluded that ultra-low head turbines should be designed to operate outside cavitating zones and, in environments with high sediment concentration, the use of abrasion-resistant materials and the adjustment of operating conditions are recommended to mitigate degradation.
dc.description.resumoEste trabalho apresenta uma avaliação do desempenho e dos efeitos de erosão por cavitação e sedimentos em uma turbina hidráulica axial de ultra-baixa queda, utilizando técnicas de simulação numérica. O estudo fundamenta-se em dados de projeto e resultados experimentais disponibilizados por Souza (1988), que serviram como referência para a construção do modelo computacional e para a validação das análises. Inicialmente, desenvolveu-se o domínio fluido da turbina com base na geometria dos perfis do rotor e das diretrizes, obtidos a partir de coordenadas planas e posteriormente convertidos em coordenadas cilíndricas. A geração de malha foi realizada no software ANSYS TurboGrid, obedecendo a critérios de qualidade estabelecidos e submetida a estudo de independência de malha, para boa representação do modelo computacional. As condições de contorno foram definidas conforme o regime de escoamento em circuito fechado, com controle de vazão e pressão por válvula borboleta e comporta, além da inserção de modelos multifásicos para representar a cavitação e a interação partícula-fluido. O fenômeno de cavitação foi descrito pelo modelo de Rayleigh-Plesset, enquanto a erosão por partículas de areia, com diferentes diâmetros, foi avaliada por meio do modelo de Finnie. Os resultados demonstraram boa concordância entre as curvas características obtidas numericamente e os dados experimentais, validando o modelo proposto do campo de escoamento. Observou-se ainda que a cavitação se concentra no extradorso das pás do rotor, enquanto a erosão por partículas afeta principalmente o intradorso e a região da carcaça. Conclui-se que turbinas de ultra-baixa queda devem ser projetadas para operar fora das zonas cavitantes e, em ambientes com alta concentração de sedimentos, recomenda-se o uso de materiais resistentes à abrasão e o ajuste de condições de operação para mitigar a degradação.
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
dc.identifier.citationWANZELER, Hermeson Conceição. Avaliação de desempenho e erosão por cavitação e sedimentos em turbinas axiais através de simulação numérica. Orientador: André Luiz Amarante Mesquita. 2025. 78 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Infraestrutura e Desenvolvimento Energético) – Núcleo de Desenvolvimento Amazônico em Engenharia, Universidade Federal do Pará, Tucuruí, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/handle/2011/18164. Acesso em:.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/18164
dc.languagept
dc.publisherUniversidade Federal do Parápt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentNúcleo de Desenvolvimento Amazônico em Engenharia - NDAE/Tucuruípt_BR
dc.publisher.initialsUFPApt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Infraestrutura e Desenvolvimento Energéticopt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.source.uriDisponível na internet via Sagittapt_BR
dc.subjectTurbinas axiais
dc.subjectCavitação
dc.subjectErosão por sedimentos
dc.subjectSimulação numérica
dc.subjectErosão por cavitação
dc.subjectAxial turbines
dc.subjectCavitation
dc.subjectSediment erosion
dc.subjectNumerical simulation
dc.subjectCavitation erosion
dc.subject.areadeconcentracaoTECNOLOGIAS SUSTENTÁVEIS
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
dc.subject.linhadepesquisaENERGIAS RENOVÁVEIS
dc.titleAvaliação de desempenho e erosão por cavitação e sedimentos em turbinas axiais através de simulação numérica
dc.title.alternativePerformance assessment and cavitation and sediment erosion in axial turbines through numerical simulation
dc.typeDissertaçãopt_BR

Arquivo(s)

Pacote Original

Agora exibindo 1 - 1 de 1
Carregando...
Imagem de Miniatura
Nome:
Dissertacao_AvaliacaoDesempenhoErosao.pdf
Tamanho:
4.1 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format

Licença do Pacote

Agora exibindo 1 - 1 de 1
Nenhuma Miniatura disponível
Nome:
license.txt
Tamanho:
1.85 KB
Formato:
Item-specific license agreed upon to submission
Descrição: