Uma turbina hidráulica, sendo as turbinas Kaplan, Pelton e Francis as mais comuns, é uma grande máquina rotativa que converte energia cinética e potencial em energia hidrelétrica. Esses equivalentes modernos da roda d'água são usados há mais de 135 anos para geração de energia industrial e, mais recentemente, para geração de energia hidrelétrica.
Para que são utilizadas as turbinas hidráulicas hoje em dia?
Hoje, a energia hidrelétrica contribui com 16% da geração de energia mundial. No século XIX, as turbinas hidráulicas eram predominantemente utilizadas para geração de energia industrial, antes da disseminação das redes elétricas. Atualmente, elas são utilizadas para geração de energia elétrica e podem ser encontradas em represas ou áreas com grande fluxo de água.
Com o rápido aumento da demanda global por energia e fatores como as mudanças climáticas e o esgotamento dos combustíveis fósseis, a hidreletricidade tem o potencial de causar um grande impacto como forma de energia verde em escala global. À medida que a busca por fontes de energia limpas e ecologicamente corretas continua, as turbinas Francis podem se tornar uma solução muito popular e cada vez mais adotada nos próximos anos.
Como as turbinas hidráulicas geram eletricidade?
A pressão da água, criada a partir do fluxo natural ou artificial de água, serve como fonte de energia para turbinas hidráulicas. Essa energia é capturada e transformada em energia hidrelétrica. Uma usina hidrelétrica geralmente utiliza uma barragem em um rio ativo para armazenar água. A água é então liberada em quantidades crescentes, fluindo pela turbina, girando-a e acionando um gerador que, por sua vez, produz eletricidade.
Qual o tamanho das turbinas hidráulicas?
Com base na queda d'água sob a qual operam, as turbinas hidráulicas podem ser classificadas em alta, média e baixa queda d'água. Os sistemas hidrelétricos de baixa queda d'água são maiores, pois a turbina hidráulica precisa ser grande para atingir uma alta vazão enquanto a baixa pressão da água é aplicada nas pás. Por sua vez, os sistemas hidrelétricos de alta queda d'água não precisam de uma circunferência de superfície tão grande, pois são usados para aproveitar a energia de fontes de água com fluxo mais rápido.
Gráfico explicando o tamanho das diferentes partes do sistema hidrelétrico, incluindo a turbina hidráulica
Um gráfico explicando o tamanho das diferentes partes do sistema hidrelétrico, incluindo a turbina hidráulica
Abaixo, explicaremos alguns exemplos de diferentes tipos de turbinas hidráulicas usadas para diferentes aplicações e pressões de água.
Turbina Kaplan (queda de pressão de 0-60 m)
Essas turbinas são conhecidas como turbinas de reação de fluxo axial, pois alteram a pressão da água à medida que ela flui. A turbina Kaplan assemelha-se a uma hélice e possui pás ajustáveis para maximizar a eficiência em uma variedade de níveis de água e pressão.
Um diagrama de turbina Kaplan
Turbina Pelton (queda de pressão de 300 m-1600 m)
A turbina Pelton — ou roda Pelton — é conhecida como turbina de impulso, pois extrai energia da água em movimento. Essa turbina é adequada para aplicações com grande altura manométrica, pois requer uma alta pressão de água para aplicar força nos baldes em forma de colher e fazer com que o disco gire e gere energia.
Turbina Pelton
Turbina Francis (queda de pressão de 60 m a 300 m)
A última e mais famosa turbina hidráulica, a turbina Francis, é responsável por 60% da energia hidrelétrica mundial. Funcionando como uma turbina de impacto e reação que opera em queda média, a turbina Francis combina os conceitos de fluxo axial e radial. Dessa forma, a turbina preenche a lacuna entre as turbinas de alta e baixa queda, criando um projeto mais eficiente e desafiando os engenheiros atuais a aprimorá-lo ainda mais.
Mais especificamente, uma turbina Francis opera com água fluindo através de uma carcaça espiral para palhetas-guia (estáticas) que controlam o fluxo de água em direção às pás do rotor (em movimento). A água força o rotor a girar através do impacto e da reação combinados de forças, saindo finalmente do rotor por um tubo de sucção que descarrega o fluxo de água para o ambiente externo.
Como escolher um projeto de turbina hidráulica?
A escolha do projeto ideal de turbina geralmente se resume a um fator: a altura manométrica e a vazão disponíveis. Depois de determinar o tipo de pressão de água que você pode aproveitar, você pode decidir se um "projeto de turbina de reação" fechado, como a turbina Francis, ou um "projeto de turbina de impulso" aberto, como a turbina Pelton, é mais adequado.
Diagrama de turbina hidráulica
Por fim, você pode estabelecer a velocidade de rotação necessária do seu gerador elétrico proposto.
Data de publicação: 15 de julho de 2022
