Sumário1.Introdução............................................................................................................................2

2.Rotor.....................................................................................................................................3

2.1.O Rotor é composto de:...............................................................................................3

2.1.1.Cubo.........................................................................................................................3

2.1.2.Coroa.......................................................................................................................4

2.1.3.Polos........................................................................................................................5

2.2.1.Sistema de frenagem..............................................................................................6

3.Tipos De Rotor.....................................................................................................................6

3.1.Rotores De Polos Lisos E De Polos Salientes...........................................................8

3.2.Rotor Pelton Para Turbina Hidráulica.........................................................................8

3.3.Turbina Schiele (Rotor).................................................................................................9

3.4.Turbina Francis (Rotor)..............................................................................................10

3.5.Turbina Kaplan (Rotor)...............................................................................................10

3.6.Turbinas bolbo (Rotor)...............................................................................................11

4.Conclusão...........................................................................................................................11

5.Referências Bibliográficas:...............................................................................................11

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1.Introdução

Esse trabalho tem por objetivo descrever uma peça chamada rotor, usado em usinas

hidrelétricas, seus componentes, suas especificações técnicas, sua fabricação, seu

transporte e montagem no local de operação, bem como, sua associação com as

turbinas das usinas hidrelétricas, que são um dos principais agentes, na geração de

energia elétrica.

Também visa transmitir o entendimento da interação deste componente com outros,

como o estator, que entrelaçado por espiras de cobre eletrolítico, e fixo em relação

ao rotor, produzem um campo magnético hora de atração hora de repulsão, fazendo

com que os elétrons livres no interior das espiras se movimentem gerando assim a

corrente alternada, que sai do gerador da usina e chega em nossos lares, com uma

frequência de 60 HZ.

Também admoesta a respeito do sistema de frenagem, que diminui o tempo de

parada por inércia, em caso de emergência ou manutenção, devido ao uso de ar

comprimido, que é um fluído de rápida compressibilidade, o que suaviza a operação.

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2.Rotor

O rotor é uma peça que gira em torno de seu próprio eixo, produzindo movimentos

de rotação. O rotor é formado por um eixo que suporta um conjunto de bobinas

enroladas sobre um núcleo magnético que pode girar dentro de um campo

magnético criado tanto por um imã ou pela passagem de outro conjunto de bobinas,

enroladas sobre peças polares, que permanecem estáticas e que constituem o que

se denomina estator, de uma corrente contínua ou alternada. Em uma turbina

hidráulica o rotor é onde ocorre a conversão da potência hidráulica em potência

mecânica no eixo da turbina. O rotor é suportado axialmente por mancais de escora

e contra-escora e radialmente por mancais de guia. No rotor existe uma série de

grandes eletroímãs que rodam dentro de uma mola de fios de cobre de alta pressão,

chamada estator. O campo magnético entre a mola e os ímãs cria uma corrente

elétrica. 

2.1.O Rotor é composto de:

Cubo;

Coroa;

Polos;

Componentes de fixação e travamento.

2.1.1.Cubo

O cubo do rotor e os e os braços da aranha são componentes que formam a

estrutura central do rotor, do gerador, a qual para efeito de transporte entre a fábrica

e a usina está dividida em 11 braços para 50 Hz e 13 braços para 60 Hz. Estes

componentes quando soldados definitivamente na usina, constituem uma estrutura

de 4 discos paralelos, sustentados por chapas verticais, orientadas radialmente em

relação à linha de centro do rotor, as quais atuam como pás de um ventilador radial,

que imprime o ar absorvido pelas aberturas de ventilação do rotor, através da coroa,

dos polos, do enrolamento estatórico, núcleo do estator e dos trocadores de calor,

ar, água.

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2.1.2.Coroa

A coroa do rotor ou anel magnético é constituída por chapas uniformemente

empilhadas e prensadas por meio de tirantes e placas de pressão. Sustenta os polos

e os seguimentos do anel de frenagem. A coroa absorve as forças centrifugas

provenientes dos polos e fecha o circuito magnético criado por cada par de polos,

com uma parte do núcleo do estator. A coroa é composta de um anel de pressão

inferior, e um superior, entre os quais são empilhadas as chapas do núcleo,

constituídas de segmentos de chapas de aço com espessura de 3 mm e peso médio

de 30 kg, e comprimento tangencial de 1800 mm e 2200 mm. Após o completo

empilhamento a coroa é mantida em sua forma através de tirantes que junto com os

anéis de pressão inferior e superior comprimem axialmente as chapas e absorvem

as forças tangenciais que surgem entre as camadas. As chapas da coroa são

laminadas e estampadas com aço de alta qualidade, cujas características mecânicas

foram escolhidas de acordo com as solicitações previstas. A coroa contraída pode

dilatar-se livremente quando aumenta a velocidade, sendo mantida absolutamente

centrada, ficando sujeita apenas aos esforços das tensões de tração tangencial. Os

seguimentos não são empilhados espiralmente, mas fazem em cada camada um

anel fechado, onde às junções das pilhas subsequentes estão deslocadas entre si, a

meia divisão dos polos, constituindo assim o procedimento de empilhamento de

sobreposição múltipla, que tem por objetivo diminuir o máximo possível as perdas

magnéticas e mecânicas de secção transversal, nas junções. A coroa tem canais e

rasgos para permitir a passagem de ar de resfriamento, movimentado pela aranha

do rotor. Estes canais e rasgos surgem em decorrência do uso de dois

comprimentos diferentes de chapas empilhadas conforme esquema especial. A

coroa é composta de pacotes parciais que são distanciados por chapas especiais de

modo que surgem entre estes, um rasgo de 20 mm a 22 mm. Os pacotes parciais de

aproximadamente 300 mm, são compostos de várias pilhas, para cada camada

inteira composta por um pacote de seguimentos de chapas grandes, seguem um

anel com seguimentos encurtados, criando canais dentro do pacote parcial,

possibilitando a passagem de ar. Na extremidade inferior da coroa encontra-se um

pacote parcial de aproximadamente 50 mm a 60 mm de altura, que sustenta a força

centrífuga do anel de frenagem. No diâmetro interno da coroa são previstas

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ranhuras para alojar as cunhas de guia radial que mantém a coroa centrada mesmo

quando a força de contração for anulada em caso de sobrevelocidade no gerador.

2.1.3.Polos

O polo tem a função de converter a corrente continua, fornecida pelo sistema de

excitação estática, em um fluxo magnético, que associado ao movimento do rotor,

induz a tensão dos enrolamentos da armadura instalados no estator do gerador.

2.1.3.1.Cada polo é constituído por:

Enrolamento principal;

Enrolamento de amortecimento;

Núcleo magnético.

2.1.3.1.1.Enrolamento principal

O enrolamento principal é do tipo concentrado, constituído por espiras de cobre

eletrolítico, de secção retangular, cada espira é isolada uma das outras, e do núcleo

polar. O enrolamento é fixado ao núcleo, por meio de quadros de pressão,

constituídos por chapas de aço soldadas no núcleo. Para uma boa dissipação de

calor, as espiras são fabricadas com aletas de contorno especial de modo a

aumentar e melhorar a refrigeração do polo. Nas laterais dos polos, são montados

dois calços, isolantes equidistantes do centro axial, para evitar deformação elástica

devido à força centrífuga do rotor. Os calços possuem a forma de cunha e compõem

um conjunto com placas isolantes, coladas na lateral da bobina de cada polo. As

cunhas são fixadas na coroa do rotor, por meio de tirantes e porcas com um torque

definido (10Kgf.m).

2.1.3.1.2.Enrolamento de amortecimento

O enrolamento de amortecimento tem função de reagir as oscilações

eletromecânicas, contribuindo para a estabilidade do gerador, e principalmente do

sistema elétrico interligado. O enrolamento de amortecimento é constituído por

barras cilíndricas de cobre eletrolítico trefilado, montadas em quatro dutos na parte

frontal do núcleo de cada polo, essas barras são interligadas por barras chatas de

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cobre que fecham o circuito elétrico no lado superior e inferior. A conexão do

enrolamento de amortecimento de um polo, para os adjacentes é através de

conexões flexíveis.

2.1.3.1.3.Núcleo magnético

No núcleo estão os ímãs permanentes que garantem uma grande redução nas perdas elétricas e consequentemente asseguram uma menor elevação da temperatura do gerador e potencializam o campo magnético do rotor.

2.2.1.Sistema de frenagem

A máquina está equipada com um sistema de freios para reduzir o tempo de parada

por inércia, ou para parar a máquina rapidamente em caso de emergência. O

equipamento de frenagem consiste de dois circuitos, independentes e iguais, sendo

que cada um aciona dezesseis cilindros de freios. Para o acionamento dos freios

utiliza-se ar comprimido, devido a sua compressibilidade, permitindo uma frenagem

suave. O ar comprimido é acumulado em dois reservatórios suficientes para três

operações de frenagem consecutivas na pressão nominal, a rotação para aplicação

dos freios na parada normal é de 20% da rotação nominal, ou seja, 18 rotações por

minuto (rpm).

3.Tipos De Rotor

Quando a máquina primária (do gerador) é essencialmente um acionador de baixa

velocidade, como no caso de uma turbina hidráulica (usada em usinas hidrelétricas),

requerer-se-á um grande número de polos. Como a ventilação não é um problema a

baixas velocidades, pode-se utilizar um rotor de pólos salientes. Da mesma forma,

se a máquina primária for um motor a gasolina, óleo diesel, gás ou vapor, ou seja,

numa máquina primária de velocidade essencialmente moderada, utilizar-se-ão

polos lisos (ou não salientes) em número de 4 a 12. No caso de máquinas primárias

de velocidade elevada, como turbinas a vapor ou a gás (o vapor podendo ser obtido

a partir de caldeiras convencionais a carvão ou a óleo, ou a partir de reatores

nucleares), usualmente utilizam-se polos lisos. Em grande parte, a determinação do

tipo de construção de campo do gerador CA a ser utilizado é feita a partir da espécie

de combustível ou fonte de energia disponível no local geográfico onde se irá gerar

eletricidade.7

Geradores CA de baixa velocidade e de polos salientes requerem um estator de

grande circunferência, no qual possam ser inseridos muitos condutores. Tais

estatores requerem condutores, para os enrolamentos de campo e da armadura,

que tenham pequeno comprimento axial. Por outro lado, geradores CA de alta

velocidade e de polos lisos (ranhurados) têm uma pequena circunferência,

requerendo condutores para os enrolamentos de campo e da armadura de grande

comprimento axial.

Assim, pela diferença marcante na aparência externa, podemos distinguir facilmente

as máquinas síncronas de polos salientes e de polos lisos, mesmo sem observar o

seu rotor como mostra a figura a seguir.

Rotor de polos não salientes

(rotor ranhurado), alta velocidade

(axial).

Rotor de polos salientes,

baixa velocidade (Radial).

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3.1.Rotores De Polos Lisos E De Polos Salientes

Os geradores síncronos são construídos com rotores de polos lisos ou salientes.

Polos lisos: São rotores nos quais o entreferro é constante ao longo de toda a

periferia do núcleo de ferro.

Polos salientes: São rotores que apresentam uma descontinuidade no

entreferro ao longo da periferia do núcleo de ferro. Nestes casos, existem as

chamadas regiões interpolares, onde o entreferro é muito grande, tornando visível a

saliência dos polos.

Rotor de polos lisos. Rotor de polos salientes.

3.2.Rotor Pelton Para Turbina Hidráulica

O rotor Pelton é utilizado em usinas hidroelétricas com três características: alta

queda, baixa queda e baixa vazão. Instaladas em rios de baixa vazão, obtém-se a

força necessária para geração de energia devido à altura de queda da água. O rotor

Pelton, também chamado de roda Pelton, é o que mais se assemelha às antigas

rodas d´água. Roda Pelton é uma turbina hidráulica, dotada de movimento giratório,

construída para funcionar em desníveis d'água de até mais de 1.000 metros de

altura. Atua como unidade geradora de energia, acoplada a eixos de geradores

elétricos. A roda Pelton pode ser acoplada em micro turbinas, micro usinas e usinas

hidrelétricas com função de acionar os geradores.

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Roda Pelton

Muito usada em pequenas centrais

hidrelétricas (PCH).

3.3.Turbina Schiele (Rotor)

Turbina Schiele é feita apenas pelo Poder Companhia de Engenharia de Água,

Cambridge, Inglaterra, é apresentado como um tipo interessante de turbina de

reação. O modelo de rotor aberto com fluxo paralelo opera submerso abaixo do

nível do rio. Seu escopo é a cair de 1 a 10 m, as taxas de fluxo, 095-1,7 m3 / s,

gerando energia 1,7-58 kW. De acordo com as informações fornecidas pelo

fabricante especifica o rotação adotado é de cerca de 60 rpm. Esta é uma tal turbina

Michell-Banki turbina, e sua janela é de diâmetros menores e, consequentemente,

as rotações mais altas para impulsionar a turbina.

O rotor, fabricado em diâmetros padronizados: 200, 300, 400, 600 mm, está

equipado com eixo vertical, no interior de um invólucro em espiral, por sua vez, está

ligada à água de um tubo de PVC. A água que sai do rotor é dividida, com saídas

de ambas as partes superior e inferior do rotor para, finalmente, a saída através do

canal de fluxo por meio de uma linha de sucção. Devido à utilização de polímeros na

fundição do rotor não é necessário rever a sua mecânica após o fabrico. Com uma

integridade extremamente alta e acabamento liso, o polímero para ser flexível, a

turbina apresenta uma elevada resistência à erosão por passagem de resíduos

através da grade.

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3.4.Turbina Francis (Rotor)

Neste tipo de turbina, a água sob pressão entra por um duto circular de secção

decrescente, onde é desviada por um conjunto de pás estáticas para un rotor

central. A água atravessa a parede lateral do rotor, empurrando outro conjunto de

pás fixas no mesmo, e sai pela base do rotor com pressão e velocidade muito

reduzidas. A potência mecânica extraída da água é transmitida pelo rotor a um eixo

fixado na base oposta. As pás estáticas podem ser ajustáveis.

Turbinas Francis são as mais comuns em usinas hidrelétricas for sua fexibilidade e

eficiência O rotor geralmente tem entre 1 e 10 m de diâmetro. São usadas com

quedas de água de 10 até 650 m, a velocidades de 80 a 1000 rpm; sua potências

varia de menos de 10 a 750 MWs. Uma turbina Francis bem projetada pode extrair

até 90% da energia potencial da água. Em geral, turbinas de tamanho médio ou

grande são instaladas com o eixo vertical.

3.5.Turbina Kaplan (Rotor)

A turbina Kaplan é uma turbina hidráulica. É adequada para operar entre quedas

até 60 m. A única diferença entre as turbinas Kaplan e a Francis é o rotor. Este

assemelha-se a um propulsor de navio (similar a um hélice). Um servomotor

montado normalmente dentro do cubo do rotor, é responsável pela variação do

ângulo de inclinação das pás. O óleo é injetado por um sistema de bombeamento

localizado fora da turbina, e conduzido até o rotor por um conjunto de tubulações

rotativas que passam por dentro do eixo. O acionamento das pás é conjugado ao

das palhetas do distribuidor, de modo que para uma determinada abertura do

distribuidor, corresponde um determinado valor de inclinação das pás do rotor.

As Kaplans também apresentam uma curva de rendimento "plana" garantindo bom

rendimento em uma ampla faixa de operação. A Usina Hidroelétrica de Três Marias

e Usina Hidrelétrica Engenheiro Sergio Motta utilizam turbinas Kaplan.

3.6.Turbinas bolbo (Rotor)

Turbinas bolbo são geralmente usadas em usinas hidrelétricas com quedas de água

abaixo de 20 m e fluxo rápido, onde elas apresentam vantagens sobre outros tipos;

mas exigem uma vedação cuidadosa do gerador e sua manutenção é mais difícil.

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Os primeiros exemplares foram construídos pela empresa Escher Wyss em 1936. A

maior unidade tipo bolbo construída, com rotor de 6,70 metros de diâmetro e 65,8

MW de potência, encontra-se na usina hidrelétrica de Tadami, no Japão, que tem

queda de 19,8 m. No Brasil as usinas hidrelétricas planejadas de Santo Antônio e

Jirau terão 44 turbinas do tipo bolbo com 73 e 75 MW, respectivamente, que

passarão a ser as maiores do mundo.

4.Conclusão

Para concluir, pode-se destacar a importância do rotor, como sendo um dos

principais e mais importantes agentes no interior de um gerador e de uma turbina, e

como esse componente é tão fundamental para o bom funcionamento de uma usina

hidrelétrica com um todo.

Também é importante ressaltar que os modelos de rotores apresentados nesse

trabalho, embora sejam usados na maioria das usinas, ainda são objeto de

pesquisa das grandes corporações, que com o intuito de aumentar a sua eficiência,

diminuir as perdas estão em constante investimento no campo da pesquisa para

aumentar o seu desempenho, e diminuir os custos de manutenção em sua área de

operação.

5.Referências Bibliográficas:http://www.furnas.com.br/

https://www.itaipu.gov.br/energia/sites-do-setor-eletrico

http://docente.ifrn.edu.br/heliopinheiro/Disciplinas/maquinas-e-acionamentos-

eletricos/apostila-de-geradores-de-ca

http://www.alterima.com.br/index.asp?InCdSecao=24

http://www.youtube.com

http://pt.wikipedia.org/wiki/Rotor

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