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 utilizados há mais de 135 anos para geração de energia industrial e, mais recentemente, para geração de energia hidrelétrica.
Para que são usadas as turbinas hidráulicas hoje em dia?
Atualmente, 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. Hoje em dia, elas são usadas para geração de energia elétrica e podem ser encontradas em barragens ou áreas com grande vazão de água.
Com a crescente demanda global por energia e fatores como as mudanças climáticas e o esgotamento dos combustíveis fósseis, a energia hidrelétrica tem o potencial de causar um grande impacto como forma de energia limpa em escala mundial. À medida que a busca por fontes de energia limpas e ambientalmente amigáveis continua, as turbinas Francis podem se provar uma solução muito popular e cada vez mais adotada nos próximos anos.
Como as turbinas hidráulicas geram eletricidade?
A pressão da água, criada por fluxos naturais ou artificiais, é a 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 para armazenar água. A água é então liberada em incrementos, fluindo através da 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 em que operam, as turbinas hidráulicas podem ser classificadas em alta, média e baixa queda. Os sistemas hidrelétricos de baixa queda são maiores, pois a turbina precisa ser grande para atingir uma alta vazão com baixa pressão da água aplicada às pás. Por sua vez, os sistemas hidrelétricos de alta queda não precisam de uma circunferência de superfície tão grande, já que são usados para aproveitar a energia de fontes de água com maior velocidade de movimento.
Diagrama explicando o tamanho das diferentes partes de um sistema hidrelétrico, incluindo a turbina hidráulica.
Um gráfico explicando o tamanho das diferentes partes de um sistema hidrelétrico, incluindo a turbina hidráulica.
A seguir, explicaremos alguns exemplos de diferentes tipos de turbinas hidráulicas utilizadas para diferentes aplicações e pressões da água.
Turbina Kaplan (Queda d'água de 0 a 60 m)
Essas turbinas são conhecidas como turbinas de reação de fluxo axial, pois alteram a pressão da água à medida que ela flui através delas. A turbina Kaplan se assemelha a uma hélice e possui pás ajustáveis para maximizar a eficiência em uma ampla gama de níveis de água e pressão.
Diagrama de turbina de Kaplan
Turbina Pelton (queda de pressão de 300m a 1600m)
A turbina Pelton — ou roda Pelton — é conhecida como uma turbina de impulso, pois extrai energia da água em movimento. Essa turbina é adequada para aplicações de alta queda, já que requer uma grande pressão da água para exercer força sobre as pás em forma de colher, fazendo com que o disco gire e gere energia.
Turbina Pelton
Turbina Francis (queda de pressão de 60m a 300m)
A turbina hidráulica Francis, a última e mais famosa, é responsável por 60% da energia hidrelétrica mundial. Funcionando como uma turbina de impacto e reação que opera em uma 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 de hoje a aprimorá-la ainda mais.
Mais especificamente, uma turbina Francis funciona com a água fluindo através de uma carcaça espiral até as pás guia (estáticas), que controlam o fluxo de água em direção às pás do rotor (móveis). A água força o rotor a girar através do impacto e da reação combinados das forças, saindo finalmente do rotor por um tubo de sucção que descarrega o fluxo de água no ambiente externo.
Como escolher um modelo de turbina hidráulica?
A escolha do projeto ideal de turbina geralmente se resume a um fator: a quantidade de queda d'água e a vazão disponíveis. Depois de determinar a pressão da água que você pode aproveitar, você poderá decidir se um projeto de turbina de reação fechada, como a turbina Francis, ou um projeto de turbina de impulso aberta, como a turbina Pelton, é mais adequado.
Diagrama de turbina hidráulica
Finalmente, você poderá determinar a velocidade de rotação necessária para o gerador elétrico proposto.
Data da publicação: 15 de julho de 2022
