Bacia hidráulica.
Potência hidráulica.

Dam.
Energia hidráulica.

Turbinas hidráulicas

Turbinas hidráulicas

Uma turbina é uma turbomáquina que converte a energia do fluxo de um fluido (líquido ou gás) em energia mecânica por meio de um sistema de lâminas rotativas. Essa energia mecânica pode ser usada para alimentar outra máquina ou um gerador elétrico.

O nome da turbina foi proposto por Claude Burdin durante um concurso de engenharia em 1828. Este nome vem da turbina latina, que significa corrente de Foucault.

Uma turbina simples consiste em um único rotor com palhetas, que proporcionam troca de energia com o fluxo. Os primeiros exemplos de turbinas são turbinas eólicas e moinhos de água (energia eólica e hidrelétrica).

Turbinas a gás, vapor e água geralmente têm um alojamento ao redor do rotor. Esta carcaça impulsiona o fluxo na direção desejada, o que beneficia a eficiência As turbinas a vapor são usadas em certas instalações de geração de energia solar térmica. Este tipo de turbinas também é usado em usinas térmicas que usam combustíveis fósseis ou em usinas nucleares.

A parte de trás de uma turbina é um compressor. Os compressores são usados em algumas turbinas a gás e estão disponíveis em duas configurações: o compressor radial e o compressor axial, que recebem o nome da direção na qual o fluido flui durante a compressão.

Tipos de turbinas hidráulicas

As turbinas hidráulicas, usadas em instalações de energia hidráulica, podem ser classificadas de acordo com dois critérios. Uma primeira classificação de acordo com o funcionamento e uma segunda classificação de turbina dependendo do projeto.

Quanto à forma como funciona, a turbina hidráulica pode ser classificada em dois grupos:

  • Turbinas de ação hidráulica: elas só aproveitam a velocidade do fluxo de água.
  • Turbinas de reação hidráulica: aproveite a velocidade e a perda de pressão da água dentro da turbina.

Dependendo do projeto do rotor da turbina, os seguintes tipos de turbina podem ser diferenciados:

  • Turbina de hélice: turbinas de reação do tipo axial, como uma hélice colocada no pólo horizontal.
  • Turbina tipo Kaplan: turbinas de reação de tipo axial, são como turbinas de hélice que também podem variar o ângulo e as pás da hélice durante sua operação. Eles são mais eficientes com grandes fluxos e pequenas cachoeiras.
  • Turbina Pelton: turbinas com ação de fluxo transversal (turbina vertical) e admissão parcial. Eles são uma evolução dos moinhos de água. Eles são projetados para trabalhar com cachoeiras muito grandes, mas com pequenas taxas de fluxo.
  • Turbina Francis: turbina de reação e fluxo misto. Projetado para cachoeiras e vazões médias.

Turbina de Pelton

Um dos tipos mais eficientes de turbina hidráulica é a turbina Pelton. A turbina Pelton consiste de uma roda (impulsor ou rotor) equipada com colheres em sua periferia. Essas colheres são especialmente projetadas para converter a energia hidráulica de um jato de água que atinge as colheres.

As turbinas Pelton são projetadas para explorar grandes saltos hidráulicos de baixo fluxo. As usinas hidrelétricas equipadas com esse tipo de turbina têm, em sua maior parte, um longo duto chamado de galeria de pressão para transportar o fluido de grandes alturas.

No final da galeria de pressão, a água é fornecida à turbina por meio de uma ou várias válvulas de agulha, também chamadas de injetores, que são em forma de bocal para aumentar a velocidade do fluxo que atinge as colheres.

Turbina Francis

A turbina Francis foi desenvolvida por James B. Francis. É uma turbina de reação de fluxo interno que combina os conceitos de fluxo radial e fluxo axial.

A turbina Francis é o que é chamado de turbina "reação", já que o elemento impulsor (geralmente água) é aplicado através dela, e é a mesma circulação do impulsor que faz com que ela se mova. É uma das três principais famílias de turbinas ( Pelton, Francis e Kaplan).

Consiste em uma parte fixa, com guias curvas chamadas defletores (ou distribuidor), e uma parte móvel com lâminas, também curvas, chamada de rotor. A inclinação dos defletores pode ser ajustada para ajustar a vazão aplicada às pás, regulando a velocidade da turbina.

É um tipo de turbina muito apropriado para saltos médio-altos com fluxo médio, podendo produzir potências muito altas.

Turbina Kaplan

As turbinas Kaplan são turbinas hidráulicas de reação de fluxo axial, com um rolo que funciona de forma semelhante à hélice de um navio. Eles são usados em instalações de energia hidráulica com pequenos saltos de altura. As lâminas ou pás largas da turbina são acionadas por alta pressão de água liberada por um portão.

A água circula na mesma direção do eixo. Além de poder regular a inclinação dos defletores, as palhetas do rotor também podem ser ajustadas, para que a turbina se adapte às necessidades de potência de cada momento. É usado em instalações de energia renovável de tipo hidráulico para pequenos saltos e grandes fluxos, como os de reservatórios.

Turbina de hélice

Como todas as turbinas hidráulicas, a hélice da turbina consiste de um volante com palhetas guia e um rotor. turbina de fluxo dependente pode ser realizado com hélice simples regulação (-Adjustment de palhetas guia) ou duplo (-Adjustment de palhetas de orientação e velocidade do rotor).

As palhetas de guia ajustam o volume de fluxo que entra no rotor. Ao mesmo tempo, eles mudam a direção do fluxo para que o rotor entre na própria torção para que o rotor gire.

O rotor de uma hélice de turbina tem de 3 a 5 lâminas conectadas ao eixo do rotor. Segundo a teoria do fluxo de uma palheta há um fluxo ideal da eficiência ideal de uma palheta. Como o fluxo e a altura da queda da água que entra na turbina não são constantes, as pás do rotor devem ser ajustadas ao fluxo real. O fluxo real é caracterizado pela pressão (energia potencial) e velocidade (energia cinética) que variam de acordo com o volume do rio, os tempos ou a regulação das barragens rio abajao. Para maximizar a eficiência da turbina, a rotação de rotação do rotor é adaptada à característica do fluxo. Este princípio requer um gerador síncrono e uma conversão de corrente para ajustá-lo para o fornecimento da rede.

Ao contrário, o princípio de regulação de uma turbina Kaplan é o ajuste das pás do rotor (regulagem mecânica).

A partir do ponto de eficiência, a hélice da turbina pode ser comparada a uma turbina Kaplan. Além disso, o controlo electrónico de uma hélice da turbina (regulação da velocidade do rotor) pode atingir pontos de funcionamento com pouco de água não pode ser alcançado com uma turbina Kaplan. Isso porque a turbina Kaplan opera com velocidade constante e quando não há água suficiente você não consegue manter a alta velocidade de rotação. A hélice da turbina ainda fornece baixa velocidade de rotação.

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Última revisão: 25 de outubro de 2018