A produção de eletricidade utilizando fontes de energia renováveis, como a eólica e a hídrica, é uma necessidade urgente devido ao crescente problema das mudanças climáticas e do aquecimento global. Uma máquina que utiliza a energia da água em movimento e a converte em energia mecânica ou elétrica é conhecida como turbina hidráulica.
Foi inventado no século XIX e usado principalmente para moagem de grãos e bombeamento de água. Agora é usado principalmente para geração de eletricidade pela construção de represas. A eficiência das turbinas de água modernas excede 19%.
Componentes de uma turbina hidráulica
Uma turbina hidráulica é composta por elementos essenciais, a saber: tubo de tiragem, rotor, caixa espiral, estais, palhetas de estais e comportas.
1. Tubo de sucção
O tubo de sucção é um tubo em forma de cone conectado ao rotor da turbina. Ele está localizado na parte inferior da turbina e ajuda a direcionar o fluxo de água para longe da turbina.
2. Corredor
O corredor é um componente rotativo com lâminas. O corredor está em movimento constante devido ao fluxo de água. Conforme o corredor gira, ele se torna um gerador que cria eletricidade. O corredor precisa de um bom design para funcionar bem.
3. Estojo de rolagem
O scroll case é um invólucro côncavo que envolve o rotor da turbina e as comportas de wicket. Ele guia o fluxo de água para as lâminas e evita que elas atinjam as lâminas diretamente.
4. Estadias
Essas são barras que conectam os portões de postigo ao corredor. Elas mantêm os portões no lugar e distribuem uniformemente seu peso.
5. Palhetas de permanência
São barras verticais presas aos stays. Elas ajudam a guiar a água em direção ao centro do corredor, garantindo um fluxo suave sobre as lâminas.
6. Portões de postigo
Eles são colocados no rotor da turbina para controlar o fluxo de água para as lâminas. Eles protegem as lâminas de impacto direto e danos. Um governador controla a abertura e o fechamento das comportas com base na eletricidade gerada. Quando mais eletricidade é necessária, as comportas abrem para permitir mais fluxo de água, e vice-versa.
Características da turbina hidráulica
Diferentes características precisam ser lembradas ao selecionar uma turbina hidráulica para aplicações específicas, as quais são mencionadas a seguir:
- Eficiência: Geralmente, varia de 85-90%. A razão entre a saída de potência e a entrada de potência é denominada eficiência.
- Capacidade: A unidade usada para medição é galões por minuto (gpm). Ela é determinada estimando a quantidade de água que pode fluir por ele por segundo.
- Cabeça: A queda é a altura da água acima da turbina, que varia de 10 a 1000 pés (cerca de 304.8 m).
- Pressão: O fluxo de água através da turbina é a pressão da água, que é medida em libras por polegada quadrada (psi).
- Temperatura: A temperatura é um parâmetro importante ao selecionar a turbina hidráulica apropriada, pois elas são projetadas para funcionar em faixas de temperatura de até 120 graus Fahrenheit.
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Tipos de turbinas hidráulicas
Existem dois tipos principais de turbinas hidráulicas: de impulso e de reação.
1. Turbina de Reação
Em resposta à força da pressão e ao fluxo da água, as turbinas hidráulicas de reação geram energia. À medida que a água passa pela turbina, sua pressão, velocidade e direção são modificadas, aproveitando sua energia. Quando a água flui sobre as pás, gera pressão que resulta em uma força poderosa que empurra a parte frontal e traseira das pás. Essa força faz com que o rotor gire, criando torque e iniciando a rotação.
2. Turbina de Impulso
A velocidade de um jato de água é modificada por turbinas de impulso , que fazem com que o jato exerça força sobre as pás curvas da turbina, alterando assim a direção do fluxo. O impulso de momento cria um forte empuxo nas pás da turbina. Em uma turbina de impulso, a pressão do fluido que flui sobre as pás do rotor permanece constante, resultando em todo o trabalho realizado estando diretamente ligado às alterações na energia cinética do fluido.
Veja também: O que é uma turbina eólica de eixo vertical (VAWT)?
Aplicação de turbina de água
Como a turbina hidráulica é um meio de energia renovável para geração de eletricidade, ela encontra diversas aplicações em múltiplas disciplinas, que são mencionadas a seguir:
- Usado em Usinas hidrelétricas, pois auxiliam na geração de eletricidade utilizando o fluxo de água.
- Em sistemas de irrigação, turbinas de água podem ser usadas para bombear água de elevações mais baixas para mais altas. Isso é especialmente útil em áreas íngremes, onde o suprimento de água é um desafio para os fazendeiros.
- As turbinas em estações de tratamento de água podem ser utilizadas de forma eficiente para fins de bombeamento de água.
Vantagens e desvantagens das turbinas hidráulicas
As turbinas hidráulicas apresentam vantagens e desvantagens que precisam ser consideradas na hora de selecionar a turbina.
Vantagens:
- É relativamente mais eficiente do que outras formas de produção de eletricidade.
- Possui diversas aplicações industriais.
- A manutenção e a operação são mais fáceis.
- Produza zero emissões.
Desvantagens:
- A instalação é cara.
- Ele cria ruído, por isso deve ser gerenciado adequadamente.
Leitura obrigatória: O que são turbinas eólicas de velocidade variável?
