A turbina hidráulica é um tipo de turbina pertencente ao setor de máquinas hidráulicas. Seu protótipo – a turbina de água – surgiu por volta de 100 a.C. Naquela época, sua principal função era acionar máquinas para o processamento de grãos e irrigação. A turbina hidráulica, como um dispositivo mecânico movido pela força da água, evoluiu até se tornar a turbina hidráulica moderna, e seu campo de aplicação também se expandiu. Mas onde as turbinas hidráulicas modernas são utilizadas principalmente?
A turbina hidráulica é utilizada principalmente em usinas hidrelétricas de bombeamento. Quando a carga do sistema elétrico é inferior à carga básica, ela pode ser usada como uma bomba d'água para aproveitar a capacidade excedente de geração de energia, bombeando água do reservatório a jusante para o reservatório a montante e armazenando energia na forma de energia potencial. Quando a carga do sistema é superior à carga básica, ela pode ser usada como uma turbina hidráulica para gerar eletricidade e compensar a demanda de pico. Portanto, uma usina hidrelétrica de bombeamento pura não aumenta a potência do sistema elétrico, mas pode melhorar a economia operacional das unidades de geração de energia térmica e aumentar a eficiência geral do sistema elétrico. Desde a década de 1950, as unidades de bombeamento têm sido amplamente valorizadas e desenvolvidas rapidamente em todo o mundo.
As unidades de armazenamento por bombeamento desenvolvidas em estágios iniciais ou com alta queda d'água geralmente adotam o tipo de três máquinas, ou seja, são compostas por motor gerador, turbina hidráulica e bomba d'água em série. Sua vantagem reside no fato de a turbina hidráulica e a bomba d'água serem projetadas separadamente, o que permite alta eficiência, e o sentido de rotação da unidade ser o mesmo tanto na geração quanto no bombeamento, possibilitando a conversão rápida entre geração e bombeamento de energia. Além disso, a turbina pode ser utilizada para dar partida na unidade. Suas desvantagens são o alto custo e o grande investimento necessário para a usina.
As pás do rotor da turbina da bomba de fluxo inclinado podem girar e ainda apresentar bom desempenho operacional mesmo com variações na altura da queda d'água e na carga. No entanto, devido às limitações impostas pelas características hidráulicas e pela resistência do material, sua altura máxima de queda d'água era de apenas 136,2 m no início da década de 1980 (Usina Hidrelétrica Kogen nº 1, no Japão). Para alturas de queda d'água maiores, são necessárias turbinas de bomba Francis.
A central hidrelétrica de bombeamento é equipada com reservatórios superior e inferior. Mantendo-se a mesma quantidade de energia armazenada, o aumento da queda d'água pode reduzir a capacidade de armazenamento, aumentar a velocidade da unidade e reduzir o custo do projeto. Portanto, usinas hidrelétricas de bombeamento com alta queda d'água, acima de 300 metros, estão se desenvolvendo rapidamente. A turbina-bomba Francis com a maior queda d'água do mundo está instalada na usina de Beinabashta, na Iugoslávia. Sua potência unitária é de 315 MW e a queda d'água da turbina é de 600,3 metros; a bomba tem uma queda de 623,1 m e uma velocidade de rotação de 428,6 rpm. Ela entrou em operação em 1977. Desde o século XX, as unidades hidrelétricas têm se desenvolvido em direção a parâmetros elevados e grande capacidade. Com o aumento da capacidade de geração no sistema elétrico e o desenvolvimento da energia nuclear, a fim de solucionar o problema do nivelamento de pico, países de todo o mundo estão construindo ativamente usinas hidrelétricas de bombeamento, além de desenvolver ou expandir vigorosamente usinas de grande escala em grandes sistemas hídricos. Portanto, as turbinas-bomba têm se desenvolvido rapidamente.
Como uma máquina que converte a energia do fluxo de água em energia mecânica rotativa, a turbina hidráulica é uma parte indispensável do conjunto gerador de turbina hidráulica. Atualmente, o problema da proteção ambiental está se tornando cada vez mais sério. A energia hidrelétrica, um método de geração de energia limpa, está aumentando sua aplicação e promoção. Para aproveitar ao máximo os diversos recursos hídricos, as marés, rios de planície com baixa queda e até mesmo ondas têm atraído grande atenção, o que levou ao rápido desenvolvimento de turbinas tubulares e outras unidades de pequeno porte.
Data da publicação: 06/04/2022
