La production d'électricité à partir de sources d'énergie renouvelables comme le vent et l'eau est une nécessité urgente face aux enjeux émergents du changement climatique et du réchauffement climatique. Une machine utilisant l'énergie de l'eau en mouvement et la convertit en énergie mécanique ou l'électricité est connue sous le nom de turbine hydraulique.
Inventée au XIXe siècle, elle était principalement utilisée pour la mouture du grain et le pompage de l'eau. Aujourd'hui, elle est principalement utilisée pour la production d'électricité grâce à la construction de barrages. Le rendement des turbines hydrauliques modernes dépasse 19 %.
Composants d'une turbine hydraulique
Une turbine hydraulique se compose d'éléments essentiels, à savoir le tube d'aspiration, la roue, le carter de volute, les supports, les aubes de support et les vannes à guichet.
1. Tube d'aspiration
L'aspirateur est un tube conique relié à la roue de la turbine. Il est situé au pied de la turbine et permet de diriger le flux d'eau loin de la turbine.
2. Coureur
La roue est un élément rotatif muni de pales. Elle est en mouvement constant grâce au flux d'eau. En tournant, elle se transforme en générateur d'électricité. Pour fonctionner correctement, elle nécessite une conception soignée.
3. Étui à parchemin
Le carter de volute est une enceinte concave qui entoure la roue de turbine et les vannes. Il guide le flux d'eau vers les pales et les empêche de heurter directement celles-ci.
4. Séjours
Ces barres relient les portillons au coureur. Elles maintiennent les portillons en place et répartissent uniformément leur poids.
5. Aubes de maintien
Ce sont des barres verticales fixées aux haubans. Elles guident l'eau vers le centre du patin, assurant ainsi un écoulement fluide sur les pales.
6. Portillons
Placées sur la roue de la turbine, elles régulent le débit d'eau sur les pales. Elles les protègent des chocs directs et des dommages. Un régulateur contrôle l'ouverture et la fermeture des portillons en fonction de l'électricité produite. Lorsqu'une quantité d'électricité supplémentaire est nécessaire, les portillons s'ouvrent pour permettre un débit d'eau plus important, et inversement.
Caractéristiques de la turbine hydraulique
Différentes caractéristiques doivent être prises en compte lors de la sélection d'une turbine hydraulique pour des applications spécifiques, qui sont mentionnées comme suit :
- Rendement : En général, il se situe entre 85 et 90 %. Le rapport entre la puissance de sortie et la puissance d'entrée est appelé rendement.
- Capacité de charge : L'unité de mesure utilisée est le gallon par minute (gpm). Elle est déterminée en estimant la quantité d'eau qui peut s'écouler par seconde.
- Directeur: La hauteur de chute est la hauteur de l'eau au-dessus de la turbine, qui varie de 10 à 1000 304.8 pieds (environ XNUMX m).
- Pression: Le débit d'eau à travers la turbine correspond à la pression de l'eau, mesurée en livres par pouce carré (psi).
- Température: La température est un paramètre important lors de la sélection de la turbine à eau appropriée, car celles-ci sont conçues pour fonctionner avec des plages de température allant jusqu'à 120 degrés Fahrenheit.
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Types de turbines hydrauliques
Il existe deux principaux types de turbines hydrauliques : à impulsion et à réaction.
1. Turbine à réaction
Réagissant à la force de pression et à l'écoulement de l'eau, L'énergie est produite par des turbines hydrauliques à réaction. Lorsque l'eau passe devant la turbine, sa pression, sa vitesse et sa direction sont modifiées, exploitant ainsi efficacement son énergie. Lorsque l'eau passe sur les pales, elle génère une pression qui produit une force puissante poussant l'avant et l'arrière des pales. Cette force entraîne la rotation de la roue, créant un couple et initiant la rotation.
2. Turbine à impulsion
Le la vitesse d'un jet d'eau est modifiée par des turbines à impulsion, qui amènent le jet à exercer une force sur les pales courbes de la turbine, modifiant ainsi la direction de l'écoulement. L'impulsion de quantité de mouvement crée une forte poussée sur les pales de la turbine. Dans une turbine à impulsion, la pression du fluide circulant sur les pales du rotor reste constante, ce qui fait que tout le travail produit est directement lié aux variations de l'énergie cinétique du fluide.
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Application de la turbine hydraulique
La turbine hydraulique étant un moyen de production d'électricité à partir d'énergie renouvelable, elle trouve diverses applications dans de multiples disciplines qui sont mentionnées comme suit :
- Utilisé dans centrales hydroélectriques, car ils aident à produire de l'électricité en utilisant le flux d'eau.
- Dans les systèmes d'irrigation, les turbines hydrauliques peuvent être utilisées pour pomper l'eau des zones basses vers les zones plus élevées. Ceci est particulièrement utile dans les zones escarpées où l'approvisionnement en eau représente un défi pour les agriculteurs.
- Les turbines dans les usines de traitement des eaux peuvent être utilisées efficacement pour à des fins de pompage de l'eau.
Avantages et inconvénients des turbines hydrauliques
Les turbines hydrauliques présentent à la fois des avantages et des inconvénients qui doivent être pris en compte lors du choix d'une turbine.
Avantages :
- Il est relativement plus efficace que les autres moyens de production d’électricité.
- Il a diverses industries d’application.
- L'entretien et l'exploitation sont plus faciles.
- Produire zéro émission.
Inconvénients :
- L'installation est coûteuse.
- Cela crée du bruit, il faut donc le gérer correctement.
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