A turbina hidráulica é uma turbomáquina do ramo das máquinas hidráulicas. Já por volta de 100 a.C., surgiu o protótipo da turbina hidráulica, a roda d'água. Naquela época, sua principal função era acionar máquinas para o processamento de grãos e irrigação. A roda d'água, como um dispositivo mecânico que utiliza o fluxo de água como força motriz, evoluiu para a turbina hidráulica moderna, e seu campo de aplicação também se expandiu. Mas onde as turbinas hidráulicas modernas são utilizadas principalmente?
As turbinas são utilizadas principalmente em usinas hidrelétricas de bombeamento. Quando a carga do sistema elétrico é inferior à carga básica, elas podem funcionar como bombas d'água, aproveitando o excesso de capacidade de geração de energia para bombear água do reservatório a jusante para o reservatório a montante, armazenando energia na forma de energia potencial. Quando a carga do sistema é superior à carga básica, elas podem funcionar como turbinas hidráulicas, gerando eletricidade para regular os picos de demanda. Portanto, uma usina hidrelétrica de bombeamento pura não aumenta a potência do sistema elétrico, mas pode melhorar a economia operacional das unidades geradoras de energia térmica e aumentar a eficiência geral do sistema. Desde a década de 1950, as usinas de bombeamento têm sido amplamente valorizadas e desenvolvidas rapidamente em países de todo o mundo.
A maioria das unidades de armazenamento por bombeamento desenvolvidas em estágios iniciais ou com alta queda d'água adota o tipo de três máquinas, ou seja, são compostas por um motor gerador, uma turbina hidráulica e uma bomba d'água em série. Sua vantagem reside no fato de a turbina e a bomba d'água serem projetadas separadamente, o que permite maior eficiência individual. Além disso, a unidade gira no mesmo sentido ao gerar eletricidade e bombear água, possibilitando a conversão rápida entre geração e bombeamento de energia. A turbina também pode ser utilizada para dar partida na unidade. Sua desvantagem é o alto custo e o grande investimento na usina.
As pás do rotor da turbina de bomba de fluxo oblíquo podem girar, mantendo um bom desempenho operacional mesmo com variações na altura da queda d'água e na carga. No entanto, devido às limitações das características hidráulicas e da resistência do material, no início da década de 1980, sua queda líquida era de apenas 136,2 metros (Usina Hidrelétrica Takagen First, Japão). Para quedas d'água maiores, são necessárias turbinas de bomba Francis.
A central hidrelétrica de bombeamento possui reservatórios superior e inferior. Mantendo-se a mesma quantidade de energia armazenada, o aumento da altura de elevação permite reduzir a capacidade de armazenamento, aumentar a velocidade de operação da unidade e diminuir o custo do projeto. Por isso, as centrais hidrelétricas de bombeamento com alta queda, acima de 300 metros, têm se desenvolvido rapidamente. A turbina-bomba Francis com a maior queda d'água do mundo está instalada na Usina Hidrelétrica de Baina Basta, na Iugoslávia, e entrou em operação há cerca de um ano. Desde o século XX, as unidades hidrelétricas têm se desenvolvido na direção de parâmetros elevados e grande capacidade. Com o aumento da capacidade de geração termelétrica no sistema elétrico e o desenvolvimento da energia nuclear, e visando solucionar o problema da regulação de pico, além do desenvolvimento e expansão vigorosos de grandes usinas em grandes sistemas hídricos, países ao redor do mundo têm construído ativamente usinas hidrelétricas de bombeamento, resultando no rápido desenvolvimento das turbinas-bomba.
Como uma máquina que converte a energia do fluxo de água em energia mecânica rotativa, a turbina hidráulica é uma parte indispensável de um conjunto hidrogerador. Atualmente, o problema da proteção ambiental está se tornando cada vez mais sério, e a aplicação e promoção da energia hidrelétrica, que utiliza energia limpa, estão aumentando. Para aproveitar ao máximo os diversos recursos hídricos, as marés, os rios de planície com pouca queda e até mesmo as ondas têm atraído grande atenção, resultando no rápido desenvolvimento de turbinas tubulares e outras unidades de pequeno porte.
Data da publicação: 23/03/2022
