Breve introdução aos equipamentos de turbina em usinas hidrelétricas

1. Princípio de funcionamento
A turbina hidráulica utiliza a energia do fluxo de água. Trata-se de uma máquina que converte a energia da água em energia mecânica rotativa. A água do reservatório a montante é conduzida até a turbina através de um tubo de desvio, que aciona o rotor da turbina, fazendo-o girar e, consequentemente, acionar o gerador, que por sua vez gera eletricidade.

A fórmula para o cálculo da potência de saída da turbina é a seguinte:
P = 9,81H·Q·η (P - potência do gerador hidrelétrico, kW; H - altura da queda d'água, m; Q - vazão através da turbina, m³/s; η - eficiência da turbina hidráulica)
Quanto maior a altura da queda d'água (h) e a vazão (Q), maior a eficiência da turbina (η). Quanto maior a potência, maior a potência de saída.

2. Classificação e altura de queda aplicável das turbinas hidráulicas
Classificação de turbinas
Turbina de reação: Francis, fluxo axial, fluxo oblíquo e turbina tubular
Turbina Pelton: Turbina Pelton, turbina de curso oblíquo, turbina de curso duplo e turbina Pelton
fluxo misto vertical
Fluxo axial vertical
Fluxo oblíquo
Cabeça aplicável

Turbina de reação:
Turbina Francis 20-700m
Turbina de fluxo axial 3 ～ 80m
Turbina de fluxo inclinado 25 ～ 200m
Turbina tubular de 1 a 25 m

Turbina de impulso:
Turbina Pelton 300-1700m (grande), 40-250m (pequena)
20 a 300 m para turbina de impacto oblíquo
Turbina de clique duplo 5 ～ 100m (pequena)
O tipo de turbina é selecionado de acordo com a altura de queda e a velocidade específica.

3. Parâmetros básicos de funcionamento da turbina hidráulica
Inclui principalmente altura manométrica h, vazão Q, potência de saída P e eficiência η, além da velocidade n.
Cabeça característica H:
Altura máxima de queda Hmax: a altura líquida máxima que a turbina pode atingir em operação.
Altura mínima de queda Hmin: a altura mínima líquida necessária para a operação segura e estável de uma turbina hidráulica.
Altura manométrica média ponderada (ha): valor médio ponderado de todas as alturas manométricas da turbina.
Altura de queda nominal (HR): a altura de queda líquida mínima necessária para que a turbina gere a potência nominal.
Vazão Q: volume de fluxo que passa por uma determinada seção de fluxo da turbina por unidade de tempo, sendo a unidade comumente usada m³/s.
Velocidade n: o número de rotações do rotor da turbina por unidade de tempo, geralmente expresso em R/min.
Potência de saída P: potência de saída na extremidade do eixo da turbina, unidade comumente usada: kW.
Eficiência η: A relação entre a potência de entrada e a potência de saída de uma turbina hidráulica é chamada de eficiência da turbina hidráulica.

4. Estrutura principal da turbina
Os principais componentes estruturais de uma turbina de reação são a voluta, o anel de sustentação, o mecanismo de guia, a tampa superior, o rotor, o eixo principal, o mancal de guia, o anel inferior, o tubo de sucção, etc. As imagens acima mostram os principais componentes estruturais da turbina.

5. Teste de fábrica da turbina hidráulica
Verificar, operar e testar as principais peças, como voluta, rotor, eixo principal, servomotor, rolamento guia e tampa superior.
Principais itens de inspeção e teste:
1) Inspeção de materiais;
2) Inspeção de soldagem;
3) Ensaios não destrutivos;
4) Teste de pressão;
5) Verificação das dimensões;
6) Montagem em fábrica;
7) Teste de movimento;
8) Teste de equilíbrio estático do corredor, etc.