TURBINAS HIDRÁULICAS

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TURBINAS HIDRÁULICAS
ALINE PAULA MALACARNE
DANIELA FÁTIMA GIAROLLO
EMILI LAÍS DEBASTIANI
MILENA FABIANI PINTO
PROFESSOR: José Antonio Sala
DISCIPLINA: Mecânica dos Fluidos
SUMÁRIO
1. Introdução
2.Objetivos
3.História
4.Máquinas Hidráulicas
	4.1 Funcionamento da Turbina Hidráulica
5.Turbinas Hidráulicas
6.Tipos de Turbinas Hidráulicas
7.Tipos de Turbinas
8.Turbina de Itaipu
9.Seleção de Turbinas
10. Cavitação em Turbinas Hidráulicas
11.Considerações finais
12. Referências 
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1.INTRODUÇÃO
	No Brasil é evidente um predomínio do uso da energia hidráulica como fonte primária na geração de energia elétrica. A existência de grandes potenciais hidráulicos contribui significativamente para a implementação deste sistema de energia.
	A partir desse trabalho será apresentado os diferentes tipos de turbinas hidráulicas, o princípio de funcionamento de cada uma delas, suas principais características assim como o equacionamento das variáveis aplicadas a elas.
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2.OBJETIVOS
Conhecer o princípio de funcionamento de uma turbina hidráulica; 
Diferenciar os principais tipos de turbinas hidráulicas;
Identificar os componentes de cada turbina;
Apresentar parâmetros necessários para seleção de uma turbina.
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3.HISTÓRIA
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 Não se sabe com exatidão quem, onde e há quanto tempo se aproveitou pela primeira vez a força e a energia da água em movimento. 
 Há muito tempo atrás eram utilizados vários meios para retirar água de rios para cursos maiores, um desses equipamentos era a saqia (ou roda persa). Essas rodas podiam ser movidas com as mãos ou por meio de tração animal.
 Surgiram as turbinas para substituir as rodas hidráulicas, já que essa possuem muitas desvantagens.
4.MÁQUINAS HIDRÁULICAS
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 É uma máquina através da qual escoa água, e que possui a finalidade de realizar a troca de energia hidráulica do escoamento, em energia mecânica, fornecida ou cedida por outra máquina. Pode portanto ser uma bomba ou então uma turbina.
 O escoamento flui continuamente e opera transformações do tipo:
Energia mecânica ⇔ Energia cinética ⇔ Energia de pressão.
4.1 FUNCIONAMENTO DA TURBINA HIDRÁULICA.
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5.TURBINAS HIDRÁULICAS
 Turbina de Ação: Aonde a energia hidráulica disponível é transformada em energia cinética para depois de incidir nas pás do rotor, e transformar-se em energia mecânica.
 Turbina de Reação: Nas turbinas de reação o rotor é completamente submergido na água. Com o escoamento da água, ocorre uma variação de pressão e de velocidade no escoamento, entre a entrada e a saída do rotor.
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As turbinas se classificam em:
5.TURBINAS HIDRÁULICAS
 As turbinas de Reação ainda podem ser classificadas como:
Axial: Quando o fluxo da água é paralelo ao eixo do rotor.
Mista ou Radial: Fluxo na entrada é radial e após passar pelo rotor sofre desvio e torna-se axial na saída.
 
 
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6.TIPOS DE TURBINAS HIDRÁULICAS
	Existem diversos tipos de turbinas, cada qual adequada a um aproveitamento hidroenergético. A escolha adequada do tipo de turbina a ser utilizado num determinado aproveitamento depende desses principais fatores:
Queda
 Vazão 
 Velocidade de rotação.
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7.TIPOS DE TURBINAS
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Modelo de uma turbina Francis.
(HACKER, 2012).
Rotor de uma turbina Kaplan (MORAIS, 2011).
Rotor de uma turbina Pelton (HACKER, 2012).
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 TURBINA FRANCIS
7.TIPOS DE TURBINAS
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 Possuem um tubo de sucção que mantém a continuidade da massa líquida em escoamento, desde a saída do rotor até o nível da água do poço, impedindo que a água caia livremente.
Classificam-se como máquinas de reação, com escoamento radial (lenta e normal) e escoamento misto (rápida).
São as mais utilizadas na geração de hidroeletricidade no Brasil.
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7. TIPOS DE TURBINAS
 TURBINA KAPLAN 
 
 Turbina axial com rotor em forma de hélice.
Este rotor possuí um sistema de orientação em suas pás, possibilitando sua regulagem independente.
Mantém constante o rendimento da turbina, mesmo com a variação do volume da água.
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7.TIPOS DE TURBINAS
 TURBINA PELTON 
 As Turbinas Pelton são máquinas de ação e escoamento tangencial, que operam com baixas vazões e altas quedas, podendo ser instaladas entre 100 metros à 1.200 metros.
 Podem ser de um jato, dois, quatro ou seis jatos e podem ser de eixo horizontal ou vertical.
 A energia hidráulica é transferida para o rotor pela ação do jato de água que sai do injetor e incide sobre pás bipartidas em forma de cunha.
O rendimento é alto, podendo chegar até a 94%
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8.Funcionamento de uma Turbina
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7.TIPOS DE TURBINAS
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Existem ainda outros tipos de turbinas:
Turbinas Turgo
Turbinas Cross Flow
Turbinas Axiais
Turbinas Bulbo 
Visão em corte de um grupo bulbo (Hitachi, 2006 apud Morais, 2011).
8.TURBINA DE ITAIPU
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Fonte: ITAIPU, 2013.
	A pressão da agua que entra na turbina, por meio do conduto forcado, produz um movimento giratório do eixo, o qual, por meio de um campo magnético induzido dentro do gerador, gera eletricidade (ITAIPU BINACIONAL, 2013). 
	Sendo assim, a energia hidráulica e transformada em energia
mecânica quando a agua passa pela turbina, fazendo com que esta gire. No gerador, que esta
acoplado a turbina, a energia mecânica e transformada em energia elétrica
8. TURBINA DE ITAIPU
Quantidade
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Tipo
Francis
Potência nominal unitária
715 MW
Velocidade de projeto – 50/60 Hz
90,9/92,3 rpm
Queda líquida de projeto
118,4 m
Vazão nominal unitária
645 m³/s
Peça indivisível mais pesada – rotor
296 t
Peso de cada unidade
3.360 t
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De modo específico para o dimensionamento de uma turbina hidráulica é indispensável conhecer:
Queda (H);
Vazões (Q);
Características do sistema que será acionado.
9.SELEÇÃO DAS TURBINAS
Fonte: OJSC Power Machines, 2004 apud MORAIS, 2011
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10.FLUXO DE ENERGIA E RENDIMENTO NAS TURBINAS HIDRÁULICAS
Fonte: ALÉ, 2001.
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Número Específico de Rotações
Para selecionarmos o tipo de turbina adequado para uma determinada queda de água, podemos utilizar como parâmetros de seleção a denominada rotação específica (nqA).
				n - Rotações por segundo da 					turbina - (rps)
				Q - Vazão (m³/s)
				H - Queda disponível (m)
10.FLUXO DE ENERGIA E RENDIMENTO NAS TURBINAS HIDRÁULICAS
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Fonte: ALÉ, 2001.
10.FLUXO DE ENERGIA E RENDIMENTO NAS TURBINAS HIDRÁULICAS 
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A cavitação trata-se de bolhas de vapor que se produzem na água quando a pressão baixa até atingir a pressão de vaporização do fluido. 
Quando as bolhas de vapor alcançam zonas de alta pressão se condensam violentamente, dando origem a problemas sérios hidráulicos e mecânicos.
A cavitação diminui a potência, a descarga e o rendimento, produzindo ruídos e vibrações .
9.CAVITAÇÃO EM TURBINAS HIDRÁULICAS
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10.IMPACTOS AMBIENTAIS
Embora a turbina em si não produz emissões nocivas, a área inundada para a construção da hidrelétrica provoca prejuízos ao meio ambiente.
Grandes hidrelétricas ainda podem causar enormes impactos ambientais e sociais como o deslocamento de populações e a alteração da dinâmica dos rios.
 Uma alternativa menos agressiva é a construção de diversas usinas hidrelétricas de pequena escala que utilizam o fluxo natural das águas dos rios para gerar eletricidade 
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11.CONCLUSÃO
	Após estudo e análise feita sobre os diversos tipos de turbinas existentes, foi possível cumprir com os objetivos determinados e conhecer seus princípios de funcionamento, identificar os componentes que as compõe, apresentar parâmetros importantíssimos para a seleção correta de uma turbina, assim como o equacionamento das variáveis aplicadas a elas.
	Vale ressaltar que apesar das hidrelétricas implicarem em um impacto ambiental considerável, resultante da formação do reservatório, são de indiscutível importância uma vez que, a maior parte da energia elétrica mundial é produzida com
o uso de geradores movidos por turbinas. 
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12.REFERÊNCIAS 
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ALÉ, Jorge Villar. Turbinas Hidráulicas. In: ______. Sistemas Fluidomecâmicos. PUCRS. 2001. cap1. f.22.
HACKER, Turbinas hidráulicas. Disponível em:<http://www.hacker.ind.br/produtos_turbinas_kaplan_turbinas.php>. Acesso em: 27 dez. 2012.
INTRODUÇÃO as Máquinas Hidráulicas. Disponível em: <http://pessoal.utfpr.edu.br/honorato/arquivos/IntroducaoMaquinasHidraulicas.pdf>. Acesso em: 03 jan. 2013.
 
ITAIPU BINACIONAL. Disponível em:<http://www.itaipu.gov.br/energia/unidades-geradoras>. Acesso em: 02 jan. 2013.
MORAIS, Emauel José Peloso. Modelo de turbinas do tipo bulbo para estudos de estabilidade eletromecânica de sistemas elétricos de potência. 2011. 221 f. Dissertação (Mestrado em Ciências em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2011. Disponível em: <200.131.128.3/bim/0038052.pdf >. Acesso em: 04 jan. 2013.
MORAIS, E.J.P.; MENDES, P.P.C.; FERREIRA, C. Modelo de turbinas do tipo bulbo para estudos estabilidade eletromecânica de sistemas elétricos de potência - análise e comparações. In: ERIAC DÉCIMO TERCER ENCUENTRO REGIONAL IBEROAMERICANO DE CIGRÉ, XIII, 2009, Puerto Iguazú. Anais do XIII Eriac Décimo Tercer Encuentro Regional Iberoamericano de Gigré. Puerto Iguazú: UNIFEI, 2009. Disponível em: <http://www.labplan.ufsc.br/congressos/XIII%20Eriac/C4/C4-20.pdf>. Acesso em: 04 jan. 2013.
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