TURBINAS Engenharia Elétrica Especializada Eng Vlamir Botelho Ferreira 1 INTRODUÇÃO

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Tel.: (34) 3087-5554 - (34) 99809-4270 – Email: vtec.vlamir@gmail.com 
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TURBINAS 
 
 
 
Eng. Vlamir Botelho Ferreira 
 
 
1 – INTRODUÇÃO 
 
 Turbinas são equipamentos mecânicos que transformam energia de algum fluido (água, 
vento, gás, etc) que se move através dela, convertendo ou a energia cinética ou a energia 
potencial em energia mecânica de rotação. 
 
 
2 – TIPOS DE TURBINAS 
 
2.1 – Turbinas a Vapor 
 
Fig. 1.2a - Esquema Simplificado de uma Turbina a Vapor 
 
 
Fonte: Figuras do Google 
 
 
 
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 Uma máquina motora a vapor tem como objetivo transformar a energia, contida no fluxo 
contínuo de vapor que receber, em trabalho mecânico. E somente parte da energia contida no 
vapor que chega à máquina poderá ser convertida em trabalho. A parte restante da energia, 
que não pode ser transformada em trabalho permanece no vapor descarregado pela máquina. 
 
 Inicialmente existe uma caldeira fechada com água, onde ela é aquecida até se tornar 
vapor. Quando transformada, o vapor passa por uma tubulação onde é liberada nas pás 
fazendo-as girarem, e essas pás estão ligadas á um gerador que irá produzir energia. E para 
reaproveitar o vapor, existe um condensador fazendo o processo se repetir, como mostra a 
figura abaixo. 
 
Fig. 2.1b - Esquema Simplificado de uma Termelétrica a Vapor 
 
 
Fonte: Figuras do Google 
 
 
2.2 – Turbinas a Gás 
 
 Quando falamos em turbinas a gás estamos nos referindo a um conjunto de três 
equipamentos: compressor, câmara de combustão (local onde ocorrem explosões da mistura 
ar-combustível) e a turbina. 
 
 
 
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 O nome acaba por nos enganar, já que GÁS não se refere à queima de gases 
combustíveis, mas, ao fluido de trabalho da turbina. O combustível pode ser gasoso (gás 
natural, GLP) ou líquido (querosene, óleo diesel). 
 
Fig. 2.2 - Esquema Simplificado de uma Turbina a Gás 
 
Fonte: Figuras do Google 
 
 Por serem máquinas de combustão interna realizam o processo de conversão da 
energia do combustível a altas temperaturas (começando com temperaturas da ordem de 
1000ºC e terminando em temperaturas próximas de 500ºC). A maior parcela da energia do 
combustível que não é aproveitada está nos gases de exaustão ainda a altas temperaturas. 
 
 
 
2.3 – Turbinas Hidráulicas 
 
 As turbinas hidráulicas são projetadas para transformar a energia mecânica (a energia 
de pressão e a energia cinética) de um fluxo de água, em potência de eixo. Atualmente são 
mais encontradas em usinas hidrelétricas, onde são acopladas a um gerador elétrico, o qual é 
conectado à rede de energia. 
 
 As turbinas hidráulicas dividem-se entre três tipos principais: Pelton, Francis e Axial 
(Kaplan). Cada um destes tipos é adaptado para funcionar em usinas, como uma determinada 
faixa de altura de queda. 
 
 
 
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 As vazões volumétricas podem ser igualmente grandes em qualquer uma delas, mas a 
potência será proporcional ao produto da queda (H) e da vazão volumétrica (Q), sendo a Pelton 
que suporta maiores quedas. 
 
 Em todos os tipos há alguns princípios de funcionamento comuns. A água entra pela 
tomada de água, a montante da usina hidrelétrica que está num nível mais elevado, e é levada 
através de um conduto forçado até a entrada da turbina. Lá a água passa por um sistema de 
palhetas guias móveis, que controlam a vazão volumétrica fornecida à turbina. Após passar por 
este mecanismo a água chega ao rotor da turbina. 
 
 Por transferência de quantidade de movimento, parte da energia potencial dela é 
transferida para o rotor na forma de torque e velocidade de rotação. Após passar pelo rotor, um 
duto chamado tubo de sucção, conduz a água até a parte de jusante do rio, no nível mais 
baixo. 
 
a) Turbina Pelton: 
 
 Na turbina Pelton, o torque é gerado pela ação de um jato livre sobre a dupla concha do 
rotor. Por essa razão a turbina Pelton também é chamada de turbina de jato livre. Essa turbina 
foi idealizada por volta do ano de 1880 pelo americano Pelton. 
 
Fig. 2.3a - Esquema Simplificado de uma Turbina Pelton 
 
 
Fonte: Figuras do Google 
 
 
 
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b) Turbina Francis 
 
 A turbina Francis foi idealizada em 1849, tendo o nome do seu inventor, sendo que a 
primeira turbina foi construída pela empresa 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). 
 
Fig. 2.3b - Esquema Simplificado de uma Turbina Francis 
 
Fonte: Figuras do Google 
 
 
c) Turbina Axial (Kaplan) 
 
 A turbina axial tradicional também chamada de propeller consiste basicamente de um 
rotor, similar a hélice de navio, ajustada internamente na continuação de um conduto, com o 
eixo saindo do conjunto no ponto em que a tubulação muda de direção. 
 
 Normalmente três ou quatro pás são utilizadas quando a altura de queda é 
relativamente baixa, podendo ter até oito pás para maiores alturas. A entrada da água é 
regulada por palhetas diretrizes. 
 
 
 
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 Variando o passo das pás do rotor simultaneamente com as palhetas do distribuidor, 
pode-se conseguir bons rendimentos com vazões parciais. As turbinas axiais, nas quais torna-
se possível a variação dos passos das pás do rotor são chamadas de turbinas propeller de pás 
variáveis ou, como são mais conhecidas; turbinas Kaplan. 
 
Fig. 2.3c - Esquema Simplificado de uma Turbina Kaplan 
 
 
Fonte: Figuras do Google 
 
 Alguns tipos de turbinas axiais podem possuir um conjunto de pás diretrizes dispostas 
de maneira radial, juntamente com uma caixa espiral. 
 
 As pás do rotor podem ser construídas ou fundidas, ou estampadas e soldadas ou 
montadas no cubo, normalmente fundido. Para pequenas turbinas, do tipo propeller, as pás e o 
rotor podem ser fundidos em uma só peça. 
 
 No caso da turbina Kaplan, o sofisticado mecanismo de controle das pás no rotor, pode 
encarecer sua fabricação e tornar a sua aplicação inviável quando comparado às outras 
turbinas na mesma faixa de aplicação. 
 
 
 
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2.4 – Turbinas Eólicas 
 
 A turbina eólica, ou aerogerador, é uma máquina eólica que absorve parte da potência 
cinética do vento através de um rotor aerodinâmico, convertendoem potência mecânica de 
eixo (torque x rotação), a qual é convertida em potência elétrica (tensão x corrente) através de 
um gerador elétrico. 
 
 A turbina eólica é composta pelo rotor e pela torre que o sustenta, pela transmissão / 
multiplicação e pelo conversor. Ela pode extrair energia cinética somente do ar que passa 
através da área interceptada pelas pás rotativas. 
 
Fig. 2.4 - Esquema Simplificado de uma Turbina Eólica 
 
 
Fonte: Figuras do Google