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Title in Portuguese: Desenvolvimento teórico-experimental de um modelo de turbina Tesla aplicado à geração descentralizada por fontes renováveis
Title: Theoretical and experimental development of a tesla turbine model applied to decentralized generation through renewable sources
Author: Couras, Daut de Jesus Nogueira Peixoto
Advisor(s): Barcellos, William Magalhães
Co-advisor(s): Bezerra, Roberto de Araújo
Keywords: Engenharia mecânica
Recursos naturais renováveis
Energia - Fontes alternativas
Energia renovável
Geração distribuída de energia elétrica
Issue Date: 31-Aug-2009
Citation: COURAS, D. J. N. P . Desenvolvimento teórico-experimental de um modelo de turbina Tesla aplicado à geração descentralizada por fontes renováveis. 2009. 145 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica)–Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2009.
Abstract in Portuguese: A presente dissertação de mestrado trata do desenvolvimento teórico-experimental de um novo modelo da Turbina Tesla, também conhecida como turbina de discos, em que o foco da pesquisa foi estudar esse dispositivo de propulsão visando sua aplicação em sistemas de geração de energia distribuída a partir de fontes renováveis de biomassa. Um protótipo da turbina foi desenvolvido, em escala de laboratório, para determinar os parâmetros de projeto através de estudos teórico e experimental, a fim de interpretar os fenômenos presentes nos processos internos desse tipo de máquina de fluxo. A pesquisa foi direcionada à análise dos efeitos do espaçamento entre discos sobre o torque e a potência, como uma função da camada limite fluidodinâmica do escoamento, correlacionando os regimes de velocidades de escoamento às propriedades do fluido de trabalho. A metodologia para cálculo das eficiências isentrópicas e exergéticas é estabelecida a partir de dados experimentais e da análise teórica por simulação (apoiada pelo software ANSYS-CFX), a qual determina o perfil de distribuição de pressão dentro da câmara de expansão, caracterizando as linhas de escoamento e os gradientes de pressão. Complementarmente, uma análise modal dos sinais de vibração da turbina foi realizada, estudando o comportamento dinâmico da estrutura com o propósito de detectar as freqüências naturais e investigando a influência do espaçamento dos discos sobre o nível de vibraçãodesse dispositivo. Este estudo aponta a robustez e a versatilidade operacional desse tipo de turbina, pelo fato dela admitir ampla faixa de rotação e por sua fácil adaptação a geradores comerciais, sugerindo sua aplicação em sistemas de geração e co-geração tanto para o meio rural como para a indústria.
Abstract: The current master’s dissertation treats the experimental and theoretical development of a new model of Tesla turbine, also known as disk turbine, in which the research focus was to study this propulsion device viewing its application in distributed energy generation systems from biomass renewable resources. A turbine’s prototype was developed, in laboratory scale, to determine the design parameters through the theoretical and experimental studies in order to interpret the phenomena present in the internal processes of this kind of flux machine. The research was directed toward the effect analysis of the gap between disks on the torque and the power, as a function of the flow’s fluidynamic boundary layer, correlating the flow velocity regimes with the working fluid properties. A methodology for isentropic and exergetic efficiency calculation is taken from experimental data and theoretical analyses through simulation (supported by the software ANSYS-CFX), which determines the pressure distribution profile inside the expansion chamber, characterizing flow lines and pressure gradients. Complementarily, a modal analysis of turbine’s vibration signals is performed, studying the dynamic behavior of the structure with the purposes of detecting the natural frequencies and investigating the influence of the disk’s gap on the vibration level of this device. This study points out the robustness and the operational versatility of this kind of turbine by the fact of it allows a wide rotation range and by its easy adaptation to commercial generators, suggesting its application into generation and co-generation systems for the rural area as well as for the industry.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/15917
metadata.dc.type: Dissertação
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