Atividade 3 geração de energia

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GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
Atividade 2: Unidade de Estudo 3
Ricardo Machado Albernaz
São João del-Rei, março de 2024.
Existem três tipos principais de turbinas, dependendo do volume de água ou da diferença de altitude: turbina Francis, turbina Pelton e turbina Kaplan. 
A turbina Francis foi desenvolvida em 1848 do engenheiro anglo-americano James B. Francis e representa o tipo mais utilizado de turbina hidráulica. É uma turbina de fluxo centrípeto: a água atinge o impulsor por meio de um duto em espiral, e as hélices ajustáveis na parte fixa direcionam o fluxo para as hélices do impulsor. É utilizada em casos em que haja diferenças de altura média (de 10 a 300/400 metros) e fluxos de água de 2 a 100 metros cúbicos por segundo.
A turbina Pelton foi criada em 1879 pelo carpinteiro e inventor americano Lester Allan Pelton. Seu princípio de operação reflete o da roda clássica dos antigos moinhos, modificada para aumentar sua eficiência: a água é transportada para a tubulação, que possui um bico no final, um tipo de gargalo que aumenta a velocidade da água direcionada. O jato de água que sai pelo bico atinge as pás do impulsor, que têm formato de côncavo. A turbina Pelton é usada para grandes diferenças de altura (entre 300 e 1400 metros) e cursos inferiores a 50 metros cúbicos por segundo, para se obter velocidades mais elevadas. 
Aplicações: É mais comumente usada em usinas de pequena escala e em locais com disponibilidade de água limitada, mas com altas quedas, como em áreas montanhosas.
Funcionamento: A água é acelerada através de bicos e direcionada contra as colheres da roda Pelton, gerando rotação. A energia cinética do fluxo de água é convertida diretamente em energia mecânica de rotação do eixo.
A Turbina Kaplan, projetada em 1913 pelo professor austríaco Viktor Kaplan, segue o princípio de operação das hélices de um navio. A turbina Kaplan é uma turbina do tipo axial: o fluxo de água com que faz as hélices girem em direção axial em relação ao eixo de rotação do impulsor. Graças à possibilidade de ajustar o ângulo de incidência das hélices, existe a vantagem de proporcionar um excelente desempenho na presença de pequenas diferenças de altura, mas também com grandes variações de vazão (superiores a 200 metros cúbicos por segundo). 
 	Porém a estratégia que melhor se enquadra para o exemplo proposto seria a turbina Francis, pois para valores intermediários de altura e vazão elas são as mais utilizadas, a força empregada tem um componente perpendicular e outro axial, sendo que a proporção da componente axial vai aumentando na medida em que a altura cai e a vazão aumenta. 
Aplicações: Ela é ideal para usinas hidrelétricas situadas em rios planos ou em locais com grandes variações sazonais no volume de água.
Funcionamento: A água entra axialmente na turbina e flui através de um rotor com pás ajustáveis, que podem ser orientadas para maximizar a eficiência. A energia potencial da água é convertida em energia mecânica de rotação, que é transmitida ao gerador.
Turbinas Francis são as mais comuns em usinas hidrelétricas por sua flexibilidade e eficiência. O rotor varia de 1 a 10 metros de diâmetro, e são usadas com quedas d’água de 10 até 650 metros, velocidades de 80-1000 RPM e as potencias variando de 10 a 750MWs. 
Aplicações: Devido à sua versatilidade, é a mais utilizada no mundo para usinas hidrelétricas, especialmente em quedas d'água de altura média a alta.
Funcionamento: A água entra na turbina através do distribuidor, passando pelas pás do rotor (ou rodete), que gira, transformando a energia potencial e cinética da água em energia mecânica, que por sua vez é convertida em energia elétrica pelo gerador.
Exemplos de usinas que usam as turbinas Francis: Itaipu, Tucurui, Furnas, Foz de areia com cerca de 100 metros de queda de água.
Conclusão:
Concluímos que cada uma dessas turbinas possui características que as tornam adequadas para diferentes situações geográficas e hidrológicas, desempenhando um papel vital na geração de energia renovável e na gestão dos recursos hídricos ao redor do mundo.
REFERENCIAS: 
 
https://www.enelgreenpower.com/pt/learning-hub/energias-renoveveis/energia-hidraulica/turbina-hidreletrica 
 
http://mtz.ind.br/sistemas-tradicionais/francis/