Turbina Hidráulica de Ação

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Máquinas Hidráulicas I 
Turbinas de Ação 
 

 
Alunos: Luana Herllain da Silva Turma: 2 
 Marcio Pereira de Lima Professor: Fábio 
 
Entende-se por turbina como sendo uma máquina que converte a energia de uma 
corrente de fluído em energia mecânica passando a corrente do fluído através de um sistema 
de pás, fazendo-as girar. 
 No caso particular das turbinas hidráulicas o fluído é sempre a água. As turbinas 
hidráulicas possuem um princípio comum de funcionamento. A água entra na turbina vinda 
de um reservatório ou de um nível mais alto e escapa para um canal de nível mais baixo. A 
água que entra é conduzida por um duto fechado até um conjunto de palhetas ou injetores 
que transferem a energia mecânica do fluxo de água em potência de eixo. Estas têm larga 
aplicação na geração de energia elétrica em grande escala, em hidrelétricas por exemplo. As 
turbinas hidráulicas necessitam de uma grande manutenção periódica, pois sofrem desgaste 
devido á ação da água, deixando em alguns casos de funcionar com rentabilidade, 
submetendo-se a uma operação de desmontagem e substituição. 
As turbinas são constituídas essencialmente por duas partes: o distribuidor e o rotor. 
• Distribuidor: é um elemento fixo. Suas funções são: direcionar a água ao rotor segundo 
uma direção adequada; modificar a vazão, ou seja, alterar a seção de saída do 
distribuidor, indo de zero, fechado, até a abertura máxima; e a transformação total ou 
parcial da energia de pressão em energia cinética na entrada do rotor. 
• Rotor: é um órgão móvel, gira em torno de um eixo. Está munido com um sistema de 
pás fixas a um eixo e é responsável por transformar grande parte da energia hidráulica 
em trabalho mecânico. 
Os principais tipos de turbinas hidráulicas são aquelas de ação e de reação. 
As turbinas de ação não funcionam imersas na água turbinada, mas sim ao ar livre; a água 
encontra a roda móvel (rotor) através de jatos, sendo a pressão de entrada e de saída iguais. 
As turbinas de reação trabalham no seio da água turbinada. A água penetra na roda móvel por 
toda a periferia, fazendo a descarga paralelamente ao eixo de rotação. Nas turbinas de reação 
a pressão de saída é inferior de entrada. Estas turbinas são normalmente utilizadas para 
médias e baixas quedas. 
A escolha da turbina é um ponto crucial para o bom rendimento da central devendo ser 
efetuada de acordo com: a altura da queda de água, as condições de vazão, a altitude do 
local, a conformação da rotação da turbina com a do gerador e a altura de sucção, no caso de 
máquinas de reação. 
Algumas vantagens da turbina hidráulica de ação: 
• São mais tolerantes a areias e outras partículas existentes na água; 
• A sua estrutura permite maior facilidade de fabrico e melhor acesso em caso de 
manutenção; 
• São menos sujeitas ao fenómeno de cavitação (embora em aproveitamentos com 
grandes quedas torna-se difícil evitar o fenômeno). 
O tipo predominante de turbina de ação é a roda Pelton (inventada por Lester Allen 
Pelton) que é apropriada para situações de grandes variações de altura e pequenas vazões 
volumétricas. 
A turbina Pelton foi criada pelo engenheiro norte-americano Lester Allen Pelton 
(1829-1908). Após realizar inúmeros ensaios com os mais variados tipos de pás, Pelton 
patenteou, em 1880, a turbina, vendendo seus direitos a uma empresa. 
Trata-se de uma turbina hidráulica de ação de fluxo tangencial e de admissão parcial. 
Opera eficientemente para condições de baixas vazões e cuja altura da queda d’água é maior 
do que 250m, embora seja também utilizada para alturas menores. O processo do 
escoamento se realiza a pressão atmosférica. 
Como toda turbina hidráulica, a Pelton possui um distribuidor e um receptor. As partes 
principais das turbinas Pelton são descrita a seguir. 
• Distribuidor: O distribuidor é um bocal de forma apropriada a guiar a água, 
proporcionando um jato cilíndrico sobre a pá do receptor, o que é conseguido por meio de 
uma agulha. 
 
 
• Rotor: O rotor consta de um certo número de pás 
com forma de concha especial, dispostas na 
periferia de um disco que gira, preso a um eixo. A 
pá possui um gume médio, que fica sobre o plano médio 
da roda, e que divide simetricamente o jato e o desvia 
lateralmente. 
• Defletor de jato: O defletor intercepta o jato, desviando-o das pás, quando ocorre uma 
diminuição violenta na potência demandada pela rede de energia. Nessa hipótese, uma 
atuação rápida da agulha para reduzir a descarga poderia vir a provocar uma sobrepressão 
no bocal, nas válvulas e ao longo do encanamento adutor. O defletor volta à sua posição 
inicial liberando a passagem do jato, logo que a agulha assume a posição que convém, para 
a descarga correspondente à potência absorvida. 
 
• Bocal de frenagem: O bocal de frenagem faz incidir um 
jato nas costas das pás, contrariando o sentido de rotação, 
quando se desejar frear a turbina rapidamente. 
Abaixo, algumas imagens do sistema completo: 
 
 
As turbinas Pelton são do tipo tangencial e de ação parcial como visto anteriormente. 
A principal característica é a velocidade do jato na saída do bocal, que pode chegar, 
dependendo da queda entre 150 a 180 m/s e a admissão parcial na turbina. 
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. 
Quanto ao número de jatos, as turbinas Pelton podem ser: de um jato, dois, quatro ou seis 
jatos e, excepcionalmente, de três jatos. Quanto maior o número de jatos, maior a potência 
para uma mesma queda, maior o desgaste por abrasão se a água tiver areia em suspensão e 
menor o tamanho do rotor (o que representa uma redução no custo por unidade de potência 
instalada). A incidência de jatos sobre o rotor, em cada volta, depende do número de jatos, de 
modo que, quanto maior a queda, menor deverá ser o número de impactos sobre a pá por 
minuto. 
TURBINA DE DOIS JATOS: 
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TURBINA DE QUATRO JATOS: 
 
TURBINA DE SEIS JATOS: 
Quanto ao posicionamento do eixo, as turbinas Pelton podem ser de: 
• Eixo horizontal: geralmente utilizada para um ou dois jatos. A instalação é 
mais econômica, de fácil manutenção, além de ser possível montar, numa 
mesma árvore, dois rotores. 
• Eixo vertical: geralmente utilizado para quatro ou seis jatos sobre as pás do 
rotor. 
A figura seguinte mostra as características da turbina Pelton em função da queda e da 
potência. 
A figura seguinte mostra o número de jatos em função da rotação e da queda. 
 
Por serem de fabricação, instalação e regulagem relativamente simples, além de 
empregadas em usinas de grande potência, são também largamente empregadas em micro- 
usinas, em fazendas, etc. 
Os rotores atuais são 
fundidos em uma só peça, com 
as conchas e a roda formando 
um só conjunto. Entretanto é 
possível a fabricação separada 
das conchas e da roda e a 
fixação por meio de pinos e 
parafusos. No primeiro caso, 
caso haja uma concha 
danificada o rotor precisa ser 
substituído por inteiro, enquanto 
no segundo caso, basta 
substituir a pá danificada. 
A geometria das conchas é bastante complicada o que torna sua fabricação um serviço 
quase artesanal principalmente a etapa de acabamento. A concha deve ter a capacidade de 
absorver convenientemente a energia cinética transmitida pela ação do jato que sai do bocal e 
ao mesmo tempo distribuí-la no seu retorno, sem interferir com a pá subsequente. 
 
 
Algumas vantagens e desvantagens da turbina Pelton em relação as outras turbinas: 
Vantagens: 
• Mais robusto; 
• Menos perigo de erosão das pás; 
• Reparos mais simples; 
• Velocidade
de controle de pressão mais fácil; 
• Infraestrutura mais simples; 
• Gira em alta velocidade, então você pode conectar o gerador diretamente, sem perda 
de transmissão mecânica. 
Desvantagens: 
• Altura mínima para a operação: 20 metros; 
• Custo de instalação inicial; 
• O impacto ambiental é grande, em caso de grandes centrais hidrelétricas; 
• Requer vários bocais para caudais elevados. 
 
Um dos maiores problemas 
destas turbinas, devido à alta 
velocidade com que a água se choca 
com o rotor, é a erosão provocada 
pelo efeito abrasivo da areia 
misturada com a água, comum em 
rios de montanhas. As turbinas 
Pelton, devido à possibilidade de 
acionamento independente nos 
diferentes bocais, têm uma curva 
geral de eficiência plana, que lhe 
garante bom desempenho em 
diversas condições de operação. 
Encontram-se, no Brasil, várias centrais hidroelétricas funcionando com esse tipo de turbina, 
principalmente no campo das pequenas centrais, porém o número é bastante reduzido quando 
comparado com as tradicionais Francis e Kaplan. 
Principais aplicações: 
Como as turbinas Pelton são preferencialmente usadas para altas quedas d’agua, elas têm 
larga aplicação na área de usinas hidrelétricas. Exemplos de usinas: 
USINA GILGEL GIBE II – ETIÓPIA 
Gilgel Gibe II é atualmente a usina hidrelétrica mais potente da Etiópia, com uma 
capacidade instalada de 420 MW. A empresa Voith forneceu quatro turbinas Pelton e seus 
geradores e todo o equipamento mecânico e elétrico da planta, além do treinamento para a 
equipe que operará a usina. 
O projeto aumentou a capacidade hidrelétrica instalada da Etiópia em mais de 50%. Antes 
de a usina Gilgel Gibe II entrar em funcionamento, apenas 15% das vilas da Etiópia estavam 
conectadas à rede elétrica. Atualmente, metade das zonas rurais tem acesso à energia elétrica. 
Gilgel Gibe II usa a água da antiga central Gilgel Gibe I, localizada a montante da nova 
usina, no rio Gibe. A cerca de 500 metros acima da casa de força, a água é encaminhada pelo 
túnel revestido de concreto até dois condutos forçados que correm pela superfície. Após um 
trecho horizontal, um abrupto aumento na inclinação dos condutos faz com que a água ganhe 
velocidade rapidamente. Após algumas centenas de metros, as tubulações de pressão são 
separadas em quatro tubos distribuidores para girar os rotores das turbinas Pelton. 

A água é então direcionada para as conchas dos rotores da turbina por meio de seis bicos 
injetores, fazendo girar os rotores das turbinas de quase três metros e meio de diâmetro a 333 
rotações por minuto. 
Os rotores Pelton e os geradores foram fabricados pela empresa Voith em São Paulo, no 
Brasil. Já o seu perfil hidráulico foi otimizado na fábrica da empresa, em Heidenheim, na 
Alemanha. A moderna tecnologia do perfil permite uma perda mínima de energia no 
momento em que o jato d‘água atinge os rotores da turbina à velocidade de mais de 350 
quilômetros por hora. 
Exemplos de usinas no Brasil: 
• USINA HENRY BORDEN 
O complexo Henry Borden, localizado 
no sopé da Serra do Mar, em Cubatão, é 
composto por duas usinas de alta queda 
(720 m), denominadas de Externa e 
Subterrânea, com 14 grupos de geradores 
acionados por turbinas Pelton, perfazendo 
uma capacidade instalada de 889 MW, para 
uma vazão de 157 m3/s. 
• USINA EXTERNA 
 A mais antiga das usinas possui oito condutos forçados externos e uma casa de força 
convencional. A primeira unidade foi inaugurada em 1926, as demais instaladas até 1950, 
num total de oito grupo geradores, com capacidade instalada de 469MW. Cada gerador é 
movido por duas turbinas tipo Pelton, acionadas pelas águas conduzidas do Reservatório do 
Rio das Pedras que atingem a Casa de Válvulas onde, após passarem por duas válvulas 
borboletas através de condutos forçados, descem a encosta atingindo as suas respectivas 
turbinas, perfazendo uma distância de aproximadamente 1.500 m. 
• USINA SUBTERRÂNEA 
A Usina é composta de seis grupos geradores, instalados no interior do maciço rochoso da 
Serra do Mar, em uma caverna de 120 m de comprimento, 21 m de largura e 39 m de altura, 
cuja capacidade instalada é de 420MW. O primeiro 
grupo gerador entrou em operação em 1956. Cada 
gerador é movido por uma turbina Pelton acionada 
por quatro jatos d'água. 
•USINA HIDRELÉTRICA PIRAÍ 
Fundada em 1908, a hidrelétrica foi a primeira 
construída em Santa Catarina e é uma das únicas do 
Estado a gerar energia sem sofrer interrupções. 

A usina está localizada no fim da Estrada do Salto 1, 
aos pés da cachoeira do Piraí. (Ver dados na Tabela 
da próxima página) 
•USINA HIDRELÉTRICA PARIGOT DE 
SOUZA 
A Usina Hidrelétrica Governador Pedro Viriato Parigot de Souza possui a potência de 260 
MW, e está situada no município de Antonina. Seu reservatório está localizado na Rodovia 
BR-116 (trecho Curitiba - São Paulo), no município de Campina Grande do Sul, a 50 km de 
Curitiba. 
A Usina Parigot de Souza entrou em operação em outubro de 1970, tendo sido inaugurada 
oficialmente em 26 de Janeiro de 1971, quando entrou em operação comercial. Ela é a maior 
central subterrânea do sul do país. 
Informações Técnicas: 
CARACTERÍSTICAS 
EQUIPAMENTOS 
Rio Piraí Bacia Bacia do Rio Itapocu
Coordenadas 
Geográficas
LATITUDE: 26° 17’ 
S 

LONGITUDE: 49° 
17’ W
Municípios e 
Estado
Joinville / SC
POTENCIA (Instalada / Efetiva) 1,35 / 0,70 MW
NÚMERO DE UNIDADES 06 --
VAZÃO MÁXIMA TURBINADA 0,59 m3/ s
QUEDA LÍQUIDA MÁXIMA 319,47 m
ÁREA DE DRENAGEM 9,03 km2
ÁREA INUNDADA 0,12 km2
TURBINAS G E R A D O R E S Início
Unidade Tipo Potência (MW) Potência (MVA) Rotação Operação
01 Pelton 0,25 0,25 1.200 1908
02 Pelton 0,25 0,25 1.200 1908
03 Pelton 0,25 0,25 1.200 1911
04 Pelton 0,30 0,44 1.200 1915
05 Pelton 0,30 0,25 1.200 1924
06 Pelton 0,45 0,44 1.200 1928
Descarga média do rio Capivari 17 m3/s
Velocidade da água 426 km/h
Produtividade anual 900.000.000 kWh
4 turbinas Palton
Velocidade 514 rpm
CANAL SUBTERRÂNEO DE ÁGUA 
Bibliografias: 
✓MÁQUINAS TÉRMICAS E HIDRÁULICAS - PROF. LUIZ CORDEIRO UERJ 
✓MÁQUINAS MOTRIZES HIDRÁULICAS – ARCHIBALD JOSEPH MACINTYRE 
✓SISTEMAS FLUIDOMECÂNICOS – PROF. JORGE VILLAR ALÉ PUCRS 
✓http://www.dem.feis.unesp.br/intranet/capitulo8.pdf 
✓www.copel.com 
✓www.celesc.com.br 
✓www.voith.com 
Máxima Capacidade de Potência 85.700 CV
Capacidade Ativa Nominal 65.000 kW
Transformadores trifásicos – 04 
Unidades
70 MVA
Freqüência Nominal 60 Hz
Diâmetro 5,30 metros
Comprimento 15.4 km