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. 
A estratégia a ser adotada seria a turbina Francis, pois para valores 
intermediários de altura e vazão elas são as mais utilizadas, nas quais a força tem uma 
componente perpendicular e outra axial, sendo que a proporção da componente axial 
vai aumentando na medida em que a altura cai e a vazão cresce. 
Neste tipo de turbina, a água sob pressão entra por um duto circular de secção 
decrescente, onde é desviada por um conjunto de pás estáticas para um rotor central. 
A água atravessa a parede lateral do rotor, empurrando outro conjunto de pás fixas no 
mesmo, e sai pela base do rotor com pressão e velocidade muito reduzidas. A potência 
mecânica extraída da água é transmitida pelo rotor a um eixo fixado na base oposta. 
As pás estáticas podem ser ajustáveis. 
 
 
 
 
REFERENCIAS: 
 
https://www.enelgreenpower.com/pt/learning-hub/energias-renoveveis/energia-
hidraulica/turbina-hidreletrica 
 
http://mtz.ind.br/sistemas-tradicionais/francis/ 
 
TURBINE FRANCIS - Hydro Power Plant 
 
 
 
http://mtz.ind.br/sistemas-tradicionais/francis/
https://hydropowerplant.com/fr/products/turbines-francis/