Geração de energia elétrica

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Introdução
As turbinas hidráulicas transformam a energia potencial da água armazenada em reservatórios em energia mecânica.
As primeiras turbinas hidraúlicas surgiram na antiguidade com os gregos e romanos.
No entanto, as máquinas utilizadas atualmente surgiram no século 19 com o desenvolvimento da hidrodinâmica e a partir dos projetos do professor francês Claude Burdin.
Turbina Francis
A turbina Francis foi idealizada em 1849, tendo o nome do seu inventor, sendo que a primeira turbina foi construída pela firma J.M. Voith em 1873, passando desde então por aperfeiçoamentos constantes, como a utilização das pás diretrizes, também chamadas de pás Fink (SARRETE, I. Lana, 1956).
Tem sido aplicada largamente, pelo fato das suas características cobrirem um grande campo de rotação específica. Atualmente se constroem para grandes aproveitamentos, podendo ultrapassar a potência unitária de 750 MW. As turbinas construídas entre 1930 a 1950 não possuíam rendimentos superiores a 85%, hoje ultrapassam a 92% para grandes máquinas.
Funcionamento
Turbina Francis A turbina Francis é caracterizada por um rotor de pás fixas que recebe o fluxo, na direção radial, e o orienta na direção axial para o tubo de sucção, transformando a energia hidráulica disponível em energia mecânica, traduzida pelo torque no eixo. Ela é classificada em função da relação entre os diâmetros de entrada e saída. Diz-se que o rotor é do tipo: 
· Francis lenta quando o diâmetro de entrada é maior que o de saída;
· Francis normal quando o diâmetro de entrada é igual ao de saída;
· Francis rápida quando diâmetro de entrada é menor que o de saída. 
O tipo do rotor varia de acordo com a relação queda e vazão. Quanto maior for a queda e menor for a vazão, mais lento será o rotor. Por outro lado, quanto menor for a queda e maior for a vazão mais rápido será o rotor. A água, após passar pelo rotor, é direcionada pelo tubo de sucção para o canal de restituição, localizado sob o piso da casa de máquinas. O torque do rotor, transmitido ao seu eixo, é utilizado para acionar o rotor do gerador elétrico. Esse, por sua vez, cria um campo magnético girante no interior das bobinas do estator que transforma o torque mecânico em energia elétrica. 
Quanto às velocidades do rotor, as turbinas Francis podem ser: - 
· lentas (55<ns<120 rpm);
· normais (120<ns<200 rpm);.
· rápidas (ou Deriaz) (200<ns<300);.
A faixa de operação a qual esse tipo de turbina funciona com eficiência fica entre 45 e 400m de queda e 10 a 700m³/s de vazão.
Hidrelétricas que utilizam turbinas do tipo Francis: 
Itaipu
Belo Monte
Ilha Solteira
Xingó
Paulo Afonso IV
Teles Pires
Foz do Areia
Itaparica (Luiz Gonzaga)
Marimbondo
Salto Santiago
Propeller ou Hélice(Pás Fixas)
A necessidade de obtenção de turbinas com velocidades consideráveis em baixas quedas e grandes descargas, o que não é viável com as turbinas Francis, deu origem em 1908 às turbinas Hélice ou Propeller. O rotor assumiu a forma de uma hélice de propulsão, o que explica o nome dado a estas turbinas. O distribuidor mantém o aspecto que tem nas turbinas Francis, mas a distância entre as pás do distribuidor e as do rotor é bem maior do que a que se verifica para as turbinas Francis de alta velocidade específica. As turbinas Hélice são do tipo axial, de reação e de ação total como as turbinas Francis. As demais características são as mesmas que as das turbinas Kaplan que serão vistas a seguir. Elas são utilizadas em baixa quedas e com grandes descargas (vazões).
Usinas que usam?
Kaplan
Turbina Kaplan é projetada para aplicações de baixa pressão de água. Ela tem hélice como lâminas, mas funciona apenas para trás. Em vez de deslocar a água axialmente usando a potência do eixo e criando impulso axial, a força axial da água atua nas lâminas da turbina Kaplan e gerando a potência do eixo.
A maioria das turbinas desenvolvidas anteriormente era adequada para grandes quedas de água. Com a crescente demanda de necessidade de energia, sentiu-se que aproveitava o poder de fontes com pouca baixas quedas de água, como, rios que fluem em alturas baixas. Para aplicações de baixa queda, Viktor Kaplan projetou uma turbina semelhante às hélices dos navios. Seu funcionamento é apenas reverso para a de hélices. A turbina Kaplan também é chamada de turbina de hélice.
Design da turbina Kaplan
Para gerar quantidade substancial de energia a partir de pequenas quedas de água usando este tipo de turbina, é necessário ter grandes vazões através da turbina. A turbina Kaplan foi projetada para acomodar as grandes taxas de fluxo necessárias. Exceto o alinhamento das lâminas, a construção da turbina Kaplan é muito similar à da turbina Francis. O caminho geral do fluxo de água através da turbina Kaplan é de radial na entrada de axial na saída. Semelhante à turbina Francis, a a Kaplan também possui um anel de palhetas guia fixas na entrada da turbina.
Ao contrário da Francis, que possui as palhetas de guia na periferia do rotor da turbina (chamada de corredor no caso de turbina Francis), há uma passagem entre as palhetas de guia e o rotor da turbina Kaplan. A forma da passagem é tal que o fluxo que entra na passagem na direção radial é forçado a fluir na direção axial. O rotor da Kaplan é semelhante à hélice de um navio. As pás do rotor estão ligadas ao eixo central da turbina. As lâminas estão conectadas ao eixo com juntas móveis, de modo que as lâminas podem ser giradas de acordo com o caudal e a cabeça de água disponíveis.
As lâminas da turbina Kaplan não são planas como qualquer outra turbina de fluxo axial; em vez disso, elas são projetadas com torção ao longo do comprimento, de modo a permitir o fluxo de arrasto na entrada e o fluxo axial na saída.
Vazão ?
Potência?
Hidrelétrica Engenheiro Sergio Motta 
Três Marias
São Luiz do Tapajós
Jupiá
Estreito
Sobradinho
Cachoeira do Caí
Cachoeira dos Patos
Taquaruçu
Peixe Angical
Pelton
Os principais componentes da turbina Pelton consistem em um impulsor, um eixo, um tubo de alimentação, um ou mais bicos e carcaças de turbina. Então, em princípio, as mesmas partes que no tempo de Pelton. O tubo de abastecimento em uma moderna turbina Pelton é um anel principal com curvas feitas nos bicos. Muitas vezes, há mais bicos dos quais a água é distribuída a partir do tubo de abastecimento e quando a água acelera acentuadamente antes de tocar as pás do impulsor.
O impulsor roda exterior completamente e colocado numa caixa ou a tampa, muitas vezes chamado a caixa da turbina, que captam água espirra l como o túnel drenará planta de energia hidráulica. A pressão na água na linha do anel imediatamente antes dos bicos é determinada pela altura da queda. O alojamento da turbina Pelton é preenchido com ar à pressão atmosférica (1 bar). Através dos bicos, a água acelera enquanto a pressão na água cai para a pressão atmosférica. Como a pressão na água não muda antes e depois do contato com o impulsor, uma turbina de pele pode ser chamada de turbina de pressão de líquido.
A roda de rolagem é montada em um eixo vertical ou horizontal equipado com um ou mais rolamentos. Normalmente, eixos horizontais são usados ​​para turbinas hidráulicas com um ou dois raios, enquanto um seleciona o eixo vertical se houver mais feixes. O bocal ou os bicos da turbina Pelton são montados de forma que o jato de água atinja as lâminas mais externas no rotor em ângulos retos.
As lâminas são montadas com firmeza para que o jato de água toque cada lâmina por um momento. Como a água tem uma certa velocidade depois de ter deixado os recipientes, ela desaparece rapidamente do impulsor, de modo que os recipientes ficam vazios de água quando atingem o próximo fluxo de água. A colisão entre as gotas de água e as costas das taças representa um certo problema. O projeto da turbina Pelton é feito para usar a água rapidamente.
As placas no impulsor são o dobro do que no meio de cada lâmina há um quase ovo que corta o jato de água. Cada uma das duas metades do recipiente desvia metade do jato de água, e quando tem que seguir o contorno dos recipientes,a água faz um "retorno". Cada metade do jato de água dividido passa praticamente uma curva de 180 ° antes de deixar a borda externa do contêiner. Isso equilibra as forças de carga lateral na roda e no eixo. O facto de a água fazer uma "inversão de marcha" é um pré-requisito para a melhor utilização possível do impulso do jato de água. Para que o jato de água não seja cortado pelo recipiente diretamente em frente ao que faz com que o jato de água se endireite, um entalhe (recesso) é feito na parte mais externa de cada recipiente.
Nas modernas turbinas Pelton de alta pressão, o rotor é feito de uma única peça de aço forjado. Para instalações hidráulicas de baixa pressão, é comum que as taças sejam aparafusadas à roda, enquanto esta era a única forma de construção.
O jato de água exerce uma força sobre cada uma das placas, e o produto dessa força e o raio do centro do impulsor para onde o raio atinge o par de forças da turbina (força pelo braço). Quando o rotor gira, o trabalho correspondente à definição é executado, o que estabelece que o trabalho é igual ao momento multiplicado pela velocidade de rotação (velocidade angular). A energia potencial da água no tanque de entrada dausina hidráulica é transformada em energia cinética (rotação) na turbina. Uma pequena parte da energia cinética original no fluxo de água permanece na água após a roda girar para a próxima tigela. Isso significa que nem toda a energia na água é usada, mas como mencionado acima, isso é necessário para que a água saia rapidamente do impulsor. Isso evita a colisão entre a água e a parte de trás das taças, o que, por sua vez, reduzirá a velocidade da roda.
O efeito que uma turbina Pelton pode desenvolver é como com todas as outras turbinas hidráulicas, determinadas unicamente pela eficiência, altura de queda e fluxo de água.
Uma turbina Pelton possui uma eficiência de 92% no uso de energia hidráulica .
É mais adequada para grandes quedas úteis ( entre os 350 m até 1100 m).
Vazão?
Potencia?
Usinas que usam turbina Pelton:
Parigot de Souza
Henry Borden
Hongrin Léman Plus (Suíça)
Chippis (Suíça)
Kashang (India)
Pare (índia)
Daran I & II (Turquia)
Sumez (índia)
Irisan 1(Filipinas)
Matucana(Peru)
	Aplicação de Turbinas
	Tipo de Turbina
	Ns(rpm)
	H(m)
	Pelton
	1 jato
	18
	800
	 
	1 jato
	18-25
	800-400
	 
	1 jato
	26-35
	400-100
	 
	2 jato
	36-50
	800-400
	 
	2 jato
	51-71
	400-100
	 
	4 jato
	40-71
	400-100
	 
	6 jato
	71-90
	500-100
	Francis
	muito lenta
	55-70
	600-200
	 
	lenta
	71-120
	200-100
	 
	normal
	121-200
	100-70
	 
	rápida ou Deriaz
	201-300
	70-25
	 
	extra-rápida
	301-450
	25-15
	Kaplan, Bulbo, Propeller, Tubulares e Straflo
	8 pás
	250-320
	70-50
	 
	7 pás
	321-430
	50-40
	 
	6 pás
	431-530
	40-30
	 
	5 pás
	534-620
	30-20
	 
	4 pás
	624-..
	30