Tipos de usinas e turbinas

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A grande vantagem da energia provinda do sol, térmica ou fotovoltaica, é que é uma energia limpa, isto é, não ocasiona a poluição, além de dispensar a utilização das turbinas e geradores, no entanto, os custos para a realização desses processos ainda se encontram elevados.

- Tipos de turbinas:

Turbinas Francis, Kaplan, Pelton,

Turbina Francis: é um tipo de turbina hidráulica com fluxo radial de fora para dentro, Neste tipo de turbina, a água sob pressão entra por um duto circular de secção decrescente, onde é desviada por um conjunto de pás estáticas para um rotor central. A água atravessa a parede lateral do rotor, empurrando outro conjunto de pás fixas no mesmo, e sai pela base do rotor com pressão e velocidade muito reduzidas. A potência mecânica extraída da água é transmitida pelo rotor a um eixo fixado na base oposta. As pás estáticas podem ser ajustáveis.

Turbinas Francis são as mais comuns em usinas hidrelétricas for sua flexibilidade e eficiência O rotor geralmente tem entre 1 e 10 m de diâmetro. São usadas com quedas de água de 10 até 650 m, a velocidades de 80 a 1000 rpm; sua potências varia de menos de 10 a 750 MWs. Uma turbina Francis bem projetada pode extrair até 90% da energia potencial da água. Em geral, turbinas de tamanho médio ou grande são instaladas com o eixo vertical.

Figura 1: Turbina Francis[pic 2]

Turbina Kaplan: É adequada para operar entre quedas até 60 m. A única diferença entre as turbinas Kaplan e a Francis é o rotor. Este assemelha-se a um propulsor de navio (similar a um hélice). Um servomotor montado normalmente dentro do cubo do rotor, é responsável pela variação do ângulo de inclinação das pás. O óleo é injetado por um sistema de bombeamento localizado fora da turbina, e conduzido até o rotor por um conjunto de tubulações rotativas que passam por dentro do eixo.

O acionamento das pás é conjugado ao das palhetas do distribuidor, de modo que para uma determinada abertura do distribuidor, corresponde um determinado valor de inclinação das pás do rotor.

As Kaplans também apresentam uma curva de rendimento "plana" garantindo bom rendimento em uma ampla faixa de operação. A Usina Hidroelétrica de Três Marias e Usina Hidrelétrica Engenheiro Sergio Motta utilizam turbinas Kaplan.

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Figura 2: Turbina Kaplan

Turbinas Pelton: É uma turbina hidráulica de ação, isto é, funciona à pressão atmosférica. É constituída por uma roda e um ou mais injetores, cuja função é transformar a energia de pressão do escoamento em energia cinética, orientando esse mesmo escoamento para a roda. É mais adequada para grandes quedas úteis (entre os 350 m até 1100 m). Este modelo de turbina opera com velocidades de rotação maiores que as outras, e tem o rotor de característica bastante distintas. Os jactos de água provenientes dos injetores ao chocarem com as pás do rotor (em forma de dupla colher) geram o impulso que faz com que a roda se mova.

Dependendo da potência que se queira gerar podem ser acionados 6 injetores simultaneamente, ou apenas cinco, quatro, etc. O número normal de injetores varia de dois a seis, igualmente espaçada angular mente para garantir um balanceamento dinâmico do rotor. Para controlar o escoamento nos injetores, dentro destes está instalada uma agulha. Após a água bater nas pás é recolhida para um canal de restituição, para que seja reaproveitada.

Os jactos de água incidem tangencialmente à roda, maximizando a produção de energia da turbina. Contudo, o escoamento nem sempre é constante, logo, para além da agulha, os injetores estão também munidos de deflectores que permitem que os jactos sejam desviados da roda. Isso pode acontecer, por exemplo quando existe uma queda brusca da potência pedida à turbina. Desta forma, a agulha pode fechar progressivamente diminuir o caudal escoado, evitando altas sobre pressões devidas a golpe de aríete, ou sobre velocidades indesejáveis de rotação.

A roda pode ser instalada na horizontal ou na vertical, dependendo muito da dimensão da roda. Se for uma turbina de grandes dimensões beneficiará se for horizontal pois a água que cai das pás, depois de ter embatido nestas, iria causar efeitos secundários potencialmente indesejados.

Um dos maiores problemas destas turbinas, devido à alta velocidade com que a água se choca com o rotor, é a erosão provocada pelo efeito abrasivo da areia misturada com a água, comum em rios de montanhas. As turbinas Pelton, devido a possibilidade de acionamento independente nos diferentes bocais, tem uma curva geral de eficiência plana, que lhe garante bom desempenho em diversas condições de operação.

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Figura 3: Turbina Pelton

Bibliografia:

CAPELLI, ALEXANDRE. Energia Elétrica para Sistemas Automáticos da Produção. Érica, 2011. Pag: 24 á 26 e 36.

http://www.educacao.cc/ambiental/tipos-de-energias-hidreletrica-eolica-nuclear-solar-termica-etc/

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