Turbinas Hidráulicas são equipamentos projetados para transformar força e pressão da água em energia elétrica. Existem diversos tipos de turbinas, sendo os principais: Turbina Francis, Turbina Pelton e Turbina Kaplan. Esses três modelos e suas variações podem ser aplicados em quase todos os projetos de usinas.
Veja neste artigo a descrição e as características de cada tipo de turbina hidráulica.
Classificações das turbinas hidráulicas:
Existem duas classificações para turbinas hidráulicas: (1) Turbinas de Impulso e (2) Turbinas de Reação.
- Como exemplo de Turbina de Ação ou Impulso temos a Turbina Pelton (ou Roda Pelton).
- As Turbinas de Reação ou Sobrepressão são divididas em duas principais categorias: Turbina de Escoamento Radial ou Misto; e Turbina de Escoamento Axial.
- Turbina Radial: a Turbina Francis é um exemplo desta categoria.
- Turbina Axial: as turbinas Kaplan representam este tipo de turbina.
Turbina Francis
Turbina Francis
A turbina tem este nome em homenagem ao seu criador: James Bicheno Francis. Ele a criou em 1847, inspirado na turbina patenteada por Samuel Dowd nove anos antes, em 1838. Francis aprimorou o modelo e assim nascia a Turbina Francis.
A adaptabilidade é uma das principais características deste tipo de turbina, essencial para garantir bons rendimentos. Isso porque queda e vazão são as duas características determinantes na geração de energia hidrelétrica e elas variam muito de acordo com a época do ano. Há períodos chuvosos e períodos de estiagem.
O distribuidor da Turbina Francis possui um conjunto de pás móveis, cujo objetivo é ajustar o ângulo de entrada da água, dando maior rendimento à turbina em uma grande faixa de operação.
A faixa de operação a qual essa turbina funciona com eficiência fica entre 45 e 400m de queda e 10 a 700m³/s de vazão.
Esta adaptabilidade faz com que ela seja a mais versátil e a mais utilizada em Pequenas Centrais Hidrelétricas. Seu rendimento chega a mais de 90%.
Se você não sabe o que é uma PCH, confira o nosso artigo sobre o assunto
Elas podem apresentar as seguintes configurações:
- Turbina Francis Horizontal Simples
- Turbina Francis Horizontal Dupla
- Turbina Francis Vertical
- Turbina Francis de Dupla Regulação
Rotor Francis
Turbina Kaplan
Turbina Kaplan
A história da Turbina Kaplan inicia em 1912 com o austríaco Victor Kaplan. Assim como no caso da Turbina Francis, a Kaplan surgiu pelo aperfeiçoamento de outra turbina.
A turbina anterior era a Turbina Hélice, que possuía pás fixas. Victor Kaplan criou então um modelo com as pás móveis.
A Turbina Kaplan é projetada para situações onde têm-se uma pequena queda, mas um grande volume de água. Assim, ela opera com maior eficiência em quedas de até 60 metros.
Existem algumas variações da Turbina Kaplan:
- Kaplan Vertical
- Kaplan “S”: de montante, de jusante ou Saxo;
- Turbina Bulbo;
- Turbina Open Pit;
Rotor Kaplan
Turbina Pelton
Turbina Pelton com gerador acoplado
A Turbina Pelton, também chamada de Roda Pelton, foi registrada por Lester Allen Pelton, um engenheiro norte americano, em 1880, recebendo seu nome.
O modelo é um tanto diferente dos mais tradicionais. O rotor possui pás em forma de concha e o distribuidor é formado por bocais com jatos de água direcionados para as pás.
Elas podem ter um, dois, quatro ou seis jatos e o bocal possui uma agulha com ajuste da vazão.
As Turbinas do tipo Pelton são utilizadas em situações onde existe uma pequena vazão e uma grande queda. A faixa de operação é entre 350m e 1100m de queda.
Rotor Pelton
Aqui vai um gráfico para ficar mais fácil de visualizar qual o tipo de turbina ideal para cada caso:
Tipo de turbina por faixa de operação
Discharge = Vazão em metros cúbicos por segundo.
Head = Altura da queda em metros
A direita do gráfico, a potência gerada de acordo com a queda e vazão.
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