{"id":6978,"date":"2018-10-14T20:26:34","date_gmt":"2018-10-14T23:26:34","guid":{"rendered":"https:\/\/www.antonioguilherme.web.br.com\/blog\/?page_id=6978"},"modified":"2023-09-08T18:02:00","modified_gmt":"2023-09-08T21:02:00","slug":"turbinas-hidraulicas","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.antonioguilherme.web.br.com\/blog\/geracao-de-energia-eletrica\/hidreletricas\/turbinas-hidraulicas\/","title":{"rendered":"Turbinas Hidr\u00e1ulicas"},"content":{"rendered":"

As turbinas hidr\u00e1ulicas<\/a>, classificadas como turbinas de fluidos incompress\u00edveis para diferenciar das turbinas a g\u00e1s e a vapor, transformam a energia potencial da \u00e1gua armazenada nos reservat\u00f3rios em energia mec\u00e2nica.<\/span><\/p>\n

Introdu\u00e7\u00e3o<\/span><\/h2>\n

As primeiras turbinas hidr\u00e1ulicas surgiram com os gregos e romanos na antiguidade. No entanto, as m\u00e1quinas modernas surgiram no s\u00e9culo XIX com o desenvolvimento da hidrodin\u00e2mica e a partir dos projetos do professor franc\u00eas Claude Burdin[1].<\/span><\/p>\n

As turbinas podem ser classificadas de acordo com a Tabela abaixo.<\/span><\/p>\n

Tipos de Turbinas Hidr\u00e1ulicas<\/h2>\n\n\n\n\n\t\n\n\t\n\t\n\t
Tipo<\/th>Radial<\/th>Axial<\/th>Mista<\/th>Mista<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
<\/td><\/td><\/td>Diagonal<\/td>Tangencial<\/td>\n<\/tr>\n
A\u00e7\u00e3o<\/td>Francis<\/td>Kaplan
\nBulbo<\/td>		Francis<\/td><\/td>\n<\/tr>\n
Rea\u00e7\u00e3o<\/td><\/td><\/td><\/td>Pelton<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/span><\/p>\n

Nas turbinas axiais, a \u00e1gua flui paralelamente ao eixo de rota\u00e7\u00e3o, e a turbina Kaplan pertence a este tipo. Por outro lado, nas turbinas radiais, a \u00e1gua escoa perpendicularmente ao eixo de rota\u00e7\u00e3o, e a turbina Francis exemplifica esta classe. Finalmente, nas turbinas de impulso a \u00e1gua escoa tangencialmente \u00e0 turbina e perpendicularmente ao eixo de rota\u00e7\u00e3o, e a turbina Pelton pertence a este tipo.<\/span><\/p>\n

A Figura 1 apresenta os principais tipos de turbina hidr\u00e1ulicas utilizadas na gera\u00e7\u00e3o de energia com as respectivas faixas operativas. Observa-se que as turbinas Kaplan se destinam a usinas com quedas entre 1 e 100 m, as Pelton para usinas com quedas superiores a 100m com vaz\u00f5es inferiores a 60 m\/s, e as turbinas Francis para usinas com quedas entre 10 e 700 m e vaz\u00f5es entre 1 e 900 m\/s.\u00a0<\/span><\/p>\n

\"\"<\/a>
Figura 1. Caracter\u00edsticas das Turbinas Hidr\u00e1ulicas. Traduzido de https:\/\/commons.wikimedia.org\/wiki\/File:Water_Turbine_Chart.png<\/figcaption><\/figure>\n

Em decorr\u00eancia dessas caracter\u00edsticas, existem apenas tr\u00eas usinas (1,6%) operando com Turbinas Pelton no Brasil.<\/span>1<\/sup><\/a><\/span> Por outro lado, existem 70 usinas utilizando Turbinas Kaplan (38%) e 111 com Turbinas Francis (60%). Torna-se importante ressaltar que as turbinas Francis fornecem as maiores pot\u00eancias e o atual limite m\u00e1ximo de 700 MW encontra-se em Itaipu.<\/span><\/p>\n

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O cap\u00edtulo de Hidrel\u00e9tricas<\/a> mostrou que a energia dispon\u00edvel numa usina hidrel\u00e9trica depende da energia potencial da \u00e1gua armazenada, que se transforma em energia cin\u00e9tica ao longo da tubula\u00e7\u00e3o at\u00e9 a entrada da turbina. Por sua vez, a energia cin\u00e9tica na entrada da turbina se converte parcialmente em energia cin\u00e9tica no eixo da turbina. As turbinas hidr\u00e1ulicas possuem elevada efici\u00eancia, mas, como manipulam enormes quantidades de energia, pequenas perdas de representam grandes quantidades de energia. Por isso, existe uma constante preocupa\u00e7\u00e3o com o aumento do rendimento.<\/span><\/p>\n

A Figura 2 apresenta a varia\u00e7\u00e3o do rendimento da turbina hidr\u00e1ulica em fun\u00e7\u00e3o da velocidade de rota\u00e7\u00e3o. A turbina parada n\u00e3o produz energia e, consequentemente, possui rendimento nulo. Conforme a turbina adquire velocidade, sua pot\u00eancia aumenta at\u00e9 atingir um valor m\u00e1ximo. A partir desse ponto, a turbina passa a gerar menos pot\u00eancia at\u00e9 atingir novamente um ponto de rendimento zero. <\/span>2<\/sup><\/a><\/span><\/span><\/p>\n

\"\"<\/a>
Figura 2. Rendimento da turbina hidr\u00e1ulica em fun\u00e7\u00e3o da velocidade<\/figcaption><\/figure>\n

Observa-se que o rendimento m\u00e1ximo se encontra associado a uma determinada velocidade e, por isso, escolhe-se esta velocidade como a velocidade nominal da turbina.<\/span><\/p>\n

Al\u00e9m disso, o rendimento da turbina passa a diminuir ap\u00f3s atingir seu valor m\u00e1ximo at\u00e9 atingir zero quando a turbina atinge sua velocidade m\u00e1xima.<\/span><\/p>\n

Este evento ocorre quando a pot\u00eancia el\u00e9trica se anula repentinamente. Por exemplo, isso ocorre no caso <\/span>de atua\u00e7\u00e3o quando o sistema de prote\u00e7\u00e3o desconecta usina da rede. Neste caso, a pot\u00eancia el\u00e9trica cai instantaneamente a zero, mas a pot\u00eancia mec\u00e2nica permanece constante. Denomina-se este evento de rejei\u00e7\u00e3o total de carga<\/strong> e a velocidade m\u00e1xima de velocidade de disparo<\/strong>. A exist\u00eancia desta velocidade limite possui um papel extremamente importante de prote\u00e7\u00e3o para os equipamentos.<\/span><\/p>\n

Nos casos de rejei\u00e7\u00e3o de carga, as m\u00e1quinas come\u00e7am a acelerar e o sistema de controle de frequ\u00eancia deve atuar para reduzir a velocidade da m\u00e1quina para valores seguros.<\/span><\/p>\n

A Figura 3 mostra o sistema de controle das usinas geradoras de energia el\u00e9trica.<\/span><\/p>\n

\"\"<\/a>
Figura 3. Sistema de Controle da Gera\u00e7\u00e3o<\/figcaption><\/figure>\n

A malha de controle de frequ\u00eancia\/pot\u00eancia controla a quantidade de combust\u00edvel fornecida para a m\u00e1quina t\u00e9rmica ou hidr\u00e1ulica utilizada.<\/span><\/p>\n

Caracter\u00edsticas das Turbinas Hidr\u00e1ulicas<\/h3>\n

O objetivo do projeto da Turbina Hidr\u00e1ulica consiste em obter o rendimento m\u00e1ximo nas condi\u00e7\u00f5es de vaz\u00e3o(Q), queda(H) e velocidade de rota\u00e7\u00e3o(N) nominais.<\/span><\/p>\n

A Equa\u00e7\u00e3o 1, obtida a partir da Equa\u00e7\u00e3o 7 do Cap\u00edtulo <\/a>Hidrel\u00e9tricas, fornece\u00a0o valor do rendimento da turbina nessas condi\u00e7\u00f5es.<\/span><\/p>\n

\"\"<\/a>
Equa\u00e7\u00e3o 1. Rendimento da turbina<\/figcaption><\/figure>\n

Onde:<\/span><\/p>\n