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Tipos de Turbinas Hidráulicas: Conheça os principais modelos

Postado em: 21 de junho de 2018

Tipos de Turbina - Hidroenergia

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.

  1. Como exemplo de Turbina de Ação ou Impulso temos a Turbina Pelton (ou Roda Pelton).
  2. 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

Entre os modelos de turbinas hidráulicas existentes está a Turbina Francis, exposta através da imagem destacando cada parte

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 é um dos modelos das turbinas hidráulicas expostas na imagem

Rotor Francis

Turbina Kaplan

Turbina Kaplan exposta na imagem representando uma  das turbinas hidráulicas

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 na imagem de perfil como um dos modelos de turbinas hidráulicas

Rotor Kaplan

Turbina Pelton

Imagem de uma 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.

Foto randerizada de um Rotor Pelton

Rotor Pelton

Aqui vai um gráfico para ficar mais fácil de visualizar qual o tipo de turbina ideal para cada caso:

Turbinas por Faixa de Operação

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.

Saiba como aplicar as turbinas hidráulicas na geração de energia

A Hidroenergia é fabricante de Turbinas Hidráulicas e tem experiência de mais de 30 anos na geração de energia.

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