Uma turbina hidráulica é uma máquina que transforma a energia de um jato d'água em energia mecânica por meio de um sistema de pás giratórias. Essa energia mecânica pode ser usada para alimentar outra máquina ou um gerador elétrico.
Uma turbina simples consiste em um único rotor com pás, que proporcionam troca de energia com o fluxo. As lâminas do impulsor desviam o fluxo da corrente para transformar a energia cinética e a energia de pressão ou para trocar o momento do fluido com um momento de força no eixo.
O momento das forças no eixo provoca a rotação da turbina gerando energia cinética rotacional. Se a turbina for conectada a um gerador elétrico, a eletricidade é obtida. Em outros casos, essa energia é usada diretamente para obter trabalho mecânico.
Na maioria das turbinas hidráulicas, o fluxo de água é axial ou radial. No entanto, em uma turbina de fluxo cruzado, a água passa pelas pás da turbina na direção transversal duas vezes, primeiro na direção do eixo e depois para longe dele.
Tipos de turbinas hidráulica
As turbinas hidráulicas, utilizadas em instalações hidrelétricas, podem ser classificadas de acordo com dois critérios.
Uma primeira classificação de acordo com sua forma de trabalhar e pode ser ação ou reação. As turbinas de ação tiram proveito apenas da velocidade do fluxo de água, enquanto as turbinas de reação também tiram proveito da perda de pressão da água dentro da turbina.
Dependendo de seu projeto, uma turbina pode ser:
1. Turbina Pelton
As turbinas Pelton são turbinas de entrada parcial e ação de fluxo cruzado. Um dos tipos mais eficientes de turbina hidráulica.
A turbina Pelton consiste em uma roda (impulsor ou rotor) equipada com colheres em sua periferia. Esses baldes são especialmente projetados para converter a energia hidráulica de um jato de água que cai sobre os baldes.
As turbinas Pelton são projetadas para explorar grandes saltos hidráulicos de baixo fluxo.
2. Turbina Francis
A turbina 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 se chama de turbina de "reação", uma vez que o elemento propulsor (geralmente água) é aplicado através dela, e é a própria circulação do elemento propulsor que a faz se mover.
É composto por uma parte fixa, com guias curvas denominadas defletores (ou distribuidor), e uma parte móvel com pás, também curvas, denominada rotor. A inclinação dos defletores pode ser ajustada para ajustar a vazão aplicada nas pás, regulando assim a velocidade da turbina.
É um tipo de turbina muito indicada para saltos de médio-alto com vazões médias, sendo capaz de produzir potências muito altas.
3. Turbina Tiger
As turbinas Kaplan são turbinas de água de reação de fluxo axial, com um rolo que funciona de forma semelhante à hélice de um navio.
Eles são usados em instalações com pequenas cachoeiras. As lâminas largas ou lâminas da turbina são acionadas por água de alta pressão liberada por uma comporta.
A água circula na mesma direção do eixo. Além de poder regular a inclinação dos defletores, também é possível ajustar a das pás do rotor. Desta forma, a turbina se adapta às necessidades de energia de cada momento. É utilizado em instalações com pequenas cachoeiras e grandes volumes de água, como reservatórios.
4. Turbina hélice
Como todas as turbinas hidráulicas, a turbina de hélice consiste em um anel guia com lâminas guia e um rotor. Dependendo da vazão, a turbina hélice pode ser feita com regulagem simples (ajuste das pás guia) ou dupla (ajuste das pás guia e velocidade de rotação do rotor).
As aletas-guia ajustam o volume do fluxo de água que entra no rotor. Ao mesmo tempo, eles mudam a direção do fluxo de modo que ele entre no rotor com seu próprio torque para que o rotor gire.
Do ponto de vista da eficiência, a turbina de hélice pode ser comparada a uma turbina Kaplan. Além disso, a regulação eletrônica de uma turbina de hélice permite que pontos operacionais de baixa água sejam alcançados, o que não pode ser alcançado com uma turbina Kaplan.