Engenharia mecanica

APS – 3º. semestre/2014
Usina de Energia Elétrica

Introdução teórica

Os cálculos devem começar pelo final, ou seja, pelo gerador.
O gerador deve produzir uma tensão de 12 VCC (volts em corrente contínua). Para tanto ele deverá girar a uma velocidade angular ( ω) específica, pois demonstra-se que a tensão máxima gerada ( 𝜀 ) é dada por:

  NAB onde: N é o número de espiras da bobina do gerador; A é a área das espiras, e B é a intensidade do campo magnético que atravessa a bobina.
Todos esses fatores são intrínsecos do seu gerador, ou seja, você não pode manipulá-los, exceto a velocidade angular ω.
Você terá que determinar experimentalmente (medir) qual é a velocidade angular necessária para produzir uma voltagem suficiente para acender seus quatro LED’s em série.
Sabendo a velocidade angular necessária então você pode calcular a velocidade tangencial periférica que deverá ter a sua polia menor (ligada ao gerador), pois esta velocidade dependerá do diâmetro dessa polia. O cálculo é baseado na relação:



v
Rg



v  .Rg

onde Rg é o raio de sua polia conectada ao gerador.

𝜔t

v

𝜔

Rt
Rg
Esta velocidade assim calculada é também aquela que sua correia de transmissão terá, e, portanto, será também a velocidade tangencial de sua polia-turbina (Rt).

Para que esta polia-turbina atinja a velocidade desejada, é preciso que a turbina receba um jato de água de intensidade adequada para produzir e manter tal velocidade.
Aqui temos que dividir o problema em dois. Primeiro, a turbina estará inicialmente parada e precisará receber um impulso rotacional para ser colocada em movimento; em segundo lugar, após estabelecer a velocidade angular requerida, será necessário regular o fluxo de água para tão somente manter essa rotação. Ou seja, primeiro é preciso ‘dar a partida’ na turbina e fazê-la alcançar a velocidade rotacional desejada; este é o chamado Regime ou Fase Transitória ou
Transiente. Na sequência, após