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Turbinas Hidráulicas
Caio Fraga da LuzRafael Araújo Lehmkuhl
EMC – CTC – UFSC – Introdução à Engenharia Mecânica – 2012-1
TurbinaTermo criado pelo professor de minas Claudie Burdin
Do latim "turbo" = Redemoinho
Para que servem?
• Transformar energia hidráulica em energia mecânica.
• Hoje em dia a energia mecânica produzida é principalmente utilizada para gerar eletricidade.
Como funcionam?
• Um fluxo de água passa por um conjunto de pás fixadas ao redor de um aparato circular, fazendo-o girar.
• Elas basicamente convertem a energia cinética do fluido em energia mecânica através do torque.
• Essa energia mecânica geralmente é convertida em energia elétrica para a sua utilização em diversas finalidades.
Quando surgiu?
• Século III – Chemtou, Roma
• Usadas para acionar moinhos
E as Modernas?
• Século XVIII - França e Inglaterra
• Energia Mecânica para as fábricas
• Instaladas em rios de rápida correnteza e quedas d’água• Fábricas perto das turbinas• Acionamento por eixos e correias
Potência
P = n.d.g.h.f
P = potência
n = eficiência da turbina (nas modernas é entre 85% e 99%)
d = densidade da água
g = aceleração da gravidade
h = queda da água (altura)f = fluxo de água
Classificação
• De Ação ou Impulsão
• Pelton, Michel Banki e Turgo
• De Reação
• Hélio-centrípeta (radial-axial) - Francis• Mista (diagonal)• Axial - Kaplan
Pelton (Ou Jato Livre)
• Utiliza-se um ou mais jatos de água tangenciais que colidem com conchas presas ao redor do eixo do rotor.
• As conchas possuem um vinco e formato característico para absorver o máximo possível de energia cinética. Isso a torna um dos modelos mais eficientes.
• Melhor aproveitadas para quedas altas (grande diferença de altura). Comparando-se com a vazão.
• O projeto é inadequado para vazões muito grandes.
Michell Banki (Ou Fluxo Cruzado)
• Interior vazado com palhetas nas bordas• Custo Relativamente Baixo• Jato retangular de água atravessa o rotor 2 vezes.
Francis
• Turbina Radial-Axial de fora para dentro• Água entra por duto decrescente e é desviada por pás até o
rotor central
• Rotor com 1 a 10 m de diâmetro• Velocidades de 80 a 10 rpm• Potência entre 10 e 750 MW• Utilizada em quedas d'água de pequeno a grande porte• Alta Eficiência
Controle de Fluxo
Pás estáticas "fechadas" Pás estáticas "abertas"
Kaplan
• Formato axial.
• A única diferença estrutural em relação a Francis é o rotor em forma de propulsor de navio
• Perde eficiência com fluxos pequenos de água
• Pás com ângulos ajustáveis
• Quedas entre 20 m e 50 m
Kaplan de Bulbo• É utilizada geralmente quando a turbina necessita ficar abaixo
da linha de água tanto do reservatório de entrada como no de saída
• Possui uma cápsula de proteção geralmente metálica que abriga o eixo e o gerador elétrico
Utilização
• Em geral, decide-se pela utilização de uma ou outra turbina em função da altura da queda d'água:
• Roda d'água: 0,2 < H < 4
• Parafuso de Arquimedes: 1 < H < 10
• Kaplan: 2 < H < 40
• Francis: 10 < H < 650
• Pelton: 50 < H < 1300
• Turgo: 50 < H < 250
(H = Diferença de Altura em metros)
Usinas Hidrelétricas
• Forma mais comum da utilização de Turbinas Hidráulicas• Utiliza quedas d'água e grandes correntezas para a
movimentação das turbinas• Principal forma de geração de energia no Brasil
• Principais no país:
o Usina Binacional de Itaipu - 14.000 MWo Usina Hidrelétrica de Tucuruí - 8.000 MWo Usina Hidrelétrica de Belo Monte (contrução) -11.000 MWo Usina Hidrelétrica São Luiz do Tapajós (projeto) - 8.000 MW