A turbina Pelton (também traduzida como roda d'água Pelton ou turbina Bourdain, em inglês: Pelton wheel ou Pelton Turbine) é um tipo de turbina de impacto, desenvolvida pelo inventor americano Lester W. Alan Pelton. As turbinas Pelton utilizam o fluxo de água para gerar energia ao atingirem a roda d'água, diferentemente das rodas d'água tradicionais, que são acionadas pelo próprio peso da água. Antes da publicação do projeto de Pelton, existiam diversas versões de turbinas de impacto, porém menos eficientes que o projeto de Pelton. Após a água sair da roda d'água, ela geralmente ainda possui velocidade, desperdiçando grande parte da energia cinética. A geometria das pás da turbina Pelton é tal que a água sai da roda a uma velocidade muito baixa, após atingir metade da velocidade do jato d'água; portanto, o projeto de Pelton captura quase que totalmente a energia de impacto da água, resultando em uma turbina hidráulica de alta eficiência.
Após o fluxo de água de alta velocidade e alta eficiência entrar na tubulação, a forte coluna de água é direcionada para as pás do ventilador em forma de concha na roda motriz através da válvula de agulha, acionando-a. Essas pás, também conhecidas como pás de impacto, circundam a periferia da roda motriz e, em conjunto, são chamadas de roda motriz. (Veja a foto para detalhes, Turbina Pelton Vintage). À medida que o jato de água incide sobre as pás do ventilador, a direção do fluxo de água muda devido ao formato da concha. A força do impacto da água exerce um momento sobre a concha e o sistema da roda motriz, que por sua vez gira a roda motriz; a direção do fluxo de água é "irreversível", e a saída do fluxo de água fica localizada fora da concha, reduzindo a velocidade do fluxo para um valor muito baixo. Durante esse processo, o momento do jato de fluido é transferido para a roda motriz e, desta, para a turbina hidráulica. Assim, o "choque" de fato realiza trabalho para a turbina. Para maximizar a potência e a eficiência do trabalho da turbina, o sistema rotor-turbina é projetado para dobrar a velocidade do jato de fluido sobre a pá. Uma pequena proporção da energia cinética original do jato de fluido permanece na água, o que faz com que a pá se encha e esvazie na mesma velocidade (ver conservação de massa), permitindo que o fluido de alta pressão continue sendo injetado sem interrupção. Não há desperdício de energia. Normalmente, duas pás são montadas lado a lado no rotor, o que permite que o fluxo de água seja dividido em dois tubos iguais para o jato (ver figura). Essa configuração equilibra as forças laterais sobre o rotor e ajuda a garantir a suavidade, enquanto a energia cinética dos jatos de fluido também é transferida para o rotor da turbina hidráulica.
Como a água e a maioria dos líquidos são praticamente incompressíveis, quase toda a energia disponível é capturada no primeiro estágio, após o fluido entrar na turbina. As turbinas Pelton, por outro lado, possuem apenas uma seção de roda móvel, diferentemente das turbinas a gás, que operam com fluidos compressíveis.
Aplicações práticas: As turbinas Pelton são um dos melhores tipos de turbinas para geração de energia hidrelétrica e são as mais adequadas para ambientes com fontes de água de grande queda e baixa vazão. Portanto, em ambientes com alta queda e baixa vazão, a turbina Pelton é a mais eficiente, mesmo que a água seja dividida em dois fluxos, mantendo, em teoria, a mesma energia. Além disso, os condutos utilizados para os dois fluxos de injeção devem ser de qualidade comparável, sendo um deles um tubo longo e fino e o outro um tubo curto e largo. As turbinas Pelton podem ser instaladas em locais de todos os tamanhos. Já existem usinas hidrelétricas com turbinas Pelton de eixo vertical hidráulicas na classe de toneladas. Sua maior unidade instalada pode chegar a 200 MW. As menores turbinas Pelton, por outro lado, têm apenas alguns centímetros de diâmetro e podem ser usadas para extrair energia de fluxos que chegam a poucos litros por minuto. Alguns sistemas hidráulicos residenciais utilizam turbinas Pelton para distribuição de água. Essas pequenas turbinas Pelton são recomendadas para uso em alturas de queda de 9,1 m (30 pés) ou mais para gerar energia significativa. Atualmente, de acordo com a vazão e o projeto, a altura de queda do local de instalação da turbina Pelton está preferencialmente na faixa de 14,9 a 1.799,8 metros (49 a 5.905 pés), mas não há limite teórico definido no momento.
Data da publicação: 02/04/2022
