Turbinas Hidráulicas Geração Hidráulica e Planejamento Energético

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UNIVERSIDADE BOA VIAGEM 
Curso de Engenharia Elétrica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Turbinas Hidráulicas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Recife 
NOVEMBRO / 2018 
 
 
 
Aluno: Jairo Henrique da Silva Junior 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDADE BOA VIAGEM 
Curso de Engenharia Elétrica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Turbinas Hidráulicas 
 
 
 
 
 
 
 
 
Pesquisa sobre Turbinas Hidráulicas 
apresentada, ao professor Ricardo, como 
complemento da disciplina de Geração 
Hidráulica e Planejamento energético na 
Universidade Boa Viagem. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Recife 
NOVEMBRO / 2018 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................. 4 
2. TURBINAS HIDRÁULICAS ............................................................................. 6 
2.1 Turbinas Pelton ........................................................................................ 6 
 2.1.1 Classificação e Funcionamento ........................................................... 6 
 2.1.2 Número de jatos e posição do eixo ...................................................... 8 
 2.1.3 Classificação ...................................................................................... 10 
 2.1.4 Princípios de ação e Aplicações ........................................................ 10 
2.2 Turbinas Michell-Banki-Ossberger .... ..................................................... 12 
 2.2.1 Funcionamento .................................................................................. 12 
 2.2.2 Características ................................................................................... 12 
 2.2.3 Princípios de ação e Aplicações ........................................................ 13 
 2.2.4 Classificação das partes principais .................................................... 13 
2.3 Turbinas Francis ..................................................................................... 16 
 2.3.1 Histórico ............................................................................................. 16 
 2.3.2 Definições e Funcionamento ............................................................. 16 
 2.3.3 Características ................................................................................... 17 
 2.3.4 Princípios de ação ............................................................................. 19 
 2.3.5 Aplicações ......................................................................................... 20 
2.4 Turbinas Dériaz ...................................................................................... 22 
 2.4.1 Histórico e Funcionamento ................................................................ 22 
2.5 Turbinas Kaplan...................................................................................... 25 
 2.5.1 Histórico ............................................................................................. 25 
 2.5.2 Definição ............................................................................................ 27 
2.5.3 Funcionamento .................................................................................................... 28 
 2.5.4 Vantagens das Turbinas Kaplan ........................................................ 29 
 2.5.5 Desvantagens das Turbinas Kaplan ............................................................. 30 
 2.5.6 Aplicações ............................................................................................................. 31 
2.6 Turbinas Bulbo........................................................................................ 33 
 2.6.1 Histórico ............................................................................................. 33 
 2.6.2 Aplicações ............................................................................................................. 33 
 2.6.3 Vantagens das Turbinas Bulbo .......................................................... 34 
 2.6.4 Desvantagens das Turbinas Bulbo .................................................... 34 
 2.6.5 Componentes das Turbinas Bulbo ..................................................... 35 
 2.6.6 Funcionamento da Turbina Bulbo ...................................................... 36 
 
 
2.7 Turbinas Straflo ...................................................................................... 38 
2.7.1 Histórico e funcionamento ..................................................................... 38 
3. CONCLUSÃO ...................................................................................................................... 40 
4. REFERÊNCIAS .................................................................................................................. 41 
 
 
4 
 
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. 
 Ao contrário de outras fontes renováveis, a energia hidráulica já possui uma 
representação significativa na matriz energética mundial e possui tecnologias 
consolidadas e ainda, não polui o meio ambiente com a emissão de gases poluentes 
durante todo o processo. No entanto causam grande impacto ambiental devido à 
área alagada represada pela barragem, causando também a perda de solos 
agricultáveis, florestas, fauna e a retirada de populações ribeirinhas. 
 Turbinas são máquinas para converter energia hidráulica em energia elétrica. 
O custo total de uma usina hidrelétrica (reservatório, tubulações, turbinas, etc.) é 
mais alto do que o de uma central termelétrica, mas ela tem muitas vantagens, 
algumas das quais são: 
 
1. Alta eficiência 
2. Flexibilidade de operação 
3. Fácil manutenção 
4. Baixo desgaste 
5. Suprimento de energia potencialmente inesgotável 
6. Nenhuma poluição 
 
 Em toda turbina a água entra vindo de um reservatório ou canal de nível mais 
elevado (e, portanto com maior energia) e escapa para um canal de nível mais baixo 
(e, portanto com menor energia). A água de entrada é levada através de um duto 
fechado até um conjunto de lâminas curvas (palhetas), bocais ou injectores que 
transferem a energia da água para um rotor. Consequentemente, a pressão e/ou a 
velocidade da água na saída são menores do que na entrada. A água que sai da 
turbina é conduzida por um duto, o tubo de sucção, até o reservatório ou canal 
inferior. 
Algumas palhetas são estáticas, outras são fixas no rotor; ambas podem ser 
ajustáveis para controlar o fluxo e a potência gerada ou, para geração de energia 
5 
 
elétrica, a velocidade de rotação. O rotor é suportado axialmente por mancais de 
escora e contra escora, e radialmente por mancais de guia. O tubo de sucção 
geralmente tem diâmetro final maior que o inicial para reduzir a velocidade da água 
antes de despejá-la no canal inferior. 
A potência P que uma turbina pode extrair do fluxo de água será proporcional 
ao produto da vazão volumétrica (Q) e da queda d'água disponível (H), segundo a 
fórmula P = ρQHgη; onde ρ é a densidade da água, g é a aceleração da gravidade, 
e η é a eficiência da turbina, a fração (entre 0 e 1) da energia potencial e cinética da 
água que é convertida em trabalho mecânico de rotação do eixo ao passar pela 
turbina. As principais causas da baixa eficiência nas turbinas são as perdas 
hidráulicas (a energia cinéticada água na saída da turbina) e as perdas mecânicas 
(atrito nos mancais, que converte parte da energia extraída da água em calor). A 
eficiência típica de uma turbina moderna varia entre 85% e 95%, dependendo da 
vazão de água e da queda. Para maximizar a eficiência, grandes turbinas hidráulicas 
são em geral projetadas especificamente para as condições de queda e vazão onde 
serão instaladas. 
 A partir desse trabalho, serão apresentados 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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 
 
2. TURBINAS HIDRÁULICAS 
 
2.1 Turbinas Pelton 
 
 A turbina Pelton foi desenvolvida pelo engenheiro norte americano Lester 
Allen Pelton (1829 – 1908). Após iniciar experimentos com rodas d’água, por volta 
de 1878, Pelton conduziu um novo conceito de rodas d’água, baseado no conceito 
denominado “splitter”. Em 1880, depois de ensaiar os variados tipos de pás, 
patenteou a turbina, vendendo seus direitos a uma empresa que fui fundada para 
fabricá-la. Em um intervalo de 15 anos, os rotores eram usados em usinas ao redor 
do mundo inteiro. 
 
2.1.1 CLASSIFICAÇÃO E FUNCIONAMENTO 
 
 As turbinas Pelton classificam-se basicamente com os seguintes 
elementos: 
 
Distribuidor: O distribuidor é um bocal de forma apropriada a guiar a água, 
proporcionado um jato cilíndrico sobre a pá do receptor, o que é conseguido por 
meio de uma agulha. 
 
Rotor: O rotor consta de certo número de pás com forma de concha especial, 
dispostas na periferia de um disco que gira preso a um eixo. 
 
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. 
 
7 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Como todas as turbinas, a Pelton possui um distribuidor e um receptor. O 
distribuidor possui um formato de bocal injetor que guia o fluxo de água 
proporcionando um jato cilíndrico sobre a pá do rotor. O Rotor tem um determinado 
número de pás as quais, possuem um formato de concha e são presas na periferia 
de um disco que gira em torno de um eixo. 
 O receptor possui um certo número de pás (ou copos) com formato de 
concha especial (uma espécie de “colher dupla”), igualmente espaçadas ao longo da 
periferia de um disco que gira, preso a um eixo. Este elemento é conhecido como a 
roda Pelton. 
 Na vizinhança da roda existem um ou mais injetores, dispostos de tal 
modo que cada um dirige um jato segundo a tangente à circunferência 
correspondente aos centros das pás. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Rotor Pelton com bocal injetor 
8 
 
 As turbinas Pelton são usadas quase que invariavelmente para 
acionamento de geradores elétricos que se montam sobre o mesmo eixo. Elas são 
projetadas para funcionar sob condições de máxima eficiência e a regulação da 
máquina tem que permitir a manutenção da eficiência, mesmo quando a potência 
exigida ao eixo varia. A regulação é feita sobre a vazão volumétrica de escoamento 
Q, porém não pode haver variação na velocidade do jato (V0), pois isso implicaria na 
alteração da razão de velocidades u/V0, desviando-se do seu valor ótimo. 
 
2.1.2 NÚMERO DE JATOS E POSIÇÃO DO EIXO 
 
 As turbinas Pelton podem ser de um, dois, quatro e seis jatos e, 
excepcionalmente, três. O aumento do número de jatos é devido à necessidade de 
se obter potência elevadas, tendo ultrapassado potência de 300 MW com turbinas 
Pelton de seis jatos. Devido à economia na instalação e acessibilidade maior da 
roda para inspeção e reparos que devem ser feitos quando a erosão das pás atinge 
um patamar acentuado, habitualmente, as turbinas Pelton são montadas com o eixo 
na horizontal, pois assim não há necessidade de desmontar a turbina para realizar 
tais atividades, assim como não se utilizam normalmente mais do que dois jatos 
para alimentação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Turbina Pelton com quatro Jatos, eixo vertical Turbina Pelton de 5 jatos 
9 
 
 Para uma mesma queda, quanto maior for o número de jatos, tanto maior 
será a descarga utilizável, e, consequentemente, maior será a potência. Além disso, 
o diâmetro do rotor torna-se menor e aumenta o número de rotações, o que em 
última instância representa um custo menor por unidade de potência instalada. 
 A figura abaixo apresenta a relação entre a altura da queda H e o número 
de impactos do jato sobre a pá por minuto, revelando o motivo pelo qual se emprega 
apenas um jato para quedas muito grandes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 O número de jatos pode ser determinado através da fórmula abaixo: 
 
 
 n – Número de rotações, em rpm; 
 N – Potência da turbina, em CV; 
 H – Altura da queda, em pés. 
 
 
 
Número de impactos do jato sobre a pá, por minuto 
Gráfico de Hitachi para escolha da Turbina Pelton 
10 
 
2.1.3 CARACTERÍSTICAS 
 
 O modelo é um tanto diferente dos mais tradicionais. O rotor possui pás 
igualmente espaçadas pela sua periferia em forma de concha e o distribuidor é 
formado por bocais com jatos de água direcionados para as pás. 
 Estas turbinas se caracterizam por serem compostas de uma roda com 
pás e jatos tangenciais à roda. – O número de pás geralmente é arbitrário, porém o 
número de jatos depende do projeto (1, 2, 3, 4, 5 ou 6). Inicialmente, as turbinas 
eram montadas com eixo horizontal. Para acrescentar jatos e elevar a potência 
foram desenvolvidas turbinas com eixo vertical. Quanto maior o número de jatos, 
maior a potência útil que pode ser aproveitada, permitindo também a elevação da 
rotação e redução do diâmetro do rotor. 
 As Turbinas do tipo Pelton são utilizadas em situações onde existe uma 
pequena vazão e uma grande queda. A faixa de operação é entre 350m e 1100m de 
queda. 
 Essa turbina tem algumas particularidades com relação aos outros 
modelos. Por exemplo, recebe fluxos de água menores, mas com muito mais 
pressão e, portanto, gira em maior velocidade. 
 Juntando isso ao fato de que nas regiões montanhosas existe uma 
notável quantidade de areia no fluxo de água, temos um problema: o desgaste de 
uma turbina Pelton pelo atrito com a água com areia é bem maior do que o de uma 
turbina em outras condições. Por isso os materiais devem ser bastante resistentes à 
abrasão. 
 
2.1.4 PRINCÍPIOS DE AÇÃO E APLICAÇÕES 
 
 O movimento é gerado pela transmissão de energia cinética do jato 
d'água através de bicos injetores para as pás da roda. Invariavelmente o jato de 
água será circular, para normalizar o escoamento e reduzir a área lateral do jato, 
minimizando as perdas por atrito. 
 
 
11 
 
 As turbinas Pelton são aplicadas geralmente em usinas hidrelétricas com 
quedas elevadas para qual a vazão é reduzida. Turbinas Pelton trabalham com 
velocidades de rotação mais alta que os outros tipos. Elas são adequadas para 
operar entre quedas de 350 m até 1100 m, sendo por isto muito mais comum em 
países montanhosos. Poroutro lado às conchas pode sofrer erosão pelo efeito 
abrasivo da areia misturada com a água, comum em rios de montanhas. Elas têm 
eficiência constante dentro de uma ampla gama de condições de operação. 
 Este tipo de turbina é de fácil fabricação, instalação e regulagem 
relativamente simples além de serem empregadas em usinas de grande potência, 
são também largamente utilizadas para quedas e vazões bem pequenas, gerando 
apenas algumas dezenas de cv. Essas turbinas podem ser de eixo vertical ou 
horizontal e podem ter até 6 jatos d’água. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
2.2 Turbinas Michell-Banki-Ossberger 
 
 
2.2.1 FUNCIONAMENTO 
 
 A turbina Michell-Banki-Ossberger, também conhecida como turbina de 
fluxo cruzado, é formada por um injetor ou tubo, provido de uma aleta diretriz 
encarregada de regular o fluxo da água que ingressa na turbina, aleta essa que 
pode ser movida manualmente ou por um regulador automático com servomotor 
hidráulico. 
 Ao variar-se a posição da aleta diretriz, varia-se o ângulo de entrada do 
fluxo de água no rotor, diminuindo consequentemente o rendimento com pouca 
vazão, o que realmente em maior ou menor grau, também acontece com outros 
tipos de turbinas. 
 Complementando o conjunto, se dispõem de um rotor projetado de tal 
maneira que permita gerar potência mecânica no eixo da turbina, ao receber um 
duplo impulso do fluxo d’água que circula pelo mesmo. Este rotor é da forma de um 
tambor, ou melhor, de uma gaiola e possui um grande número de pás que pode 
variar conforme o tipo de construção de 0 a 30 pás. A turbina de fluxo cruzado 
adapta-se a qualquer valor de vazão, pois basta que o rotor seja mais comprido ou 
mais curto, ou até mesmo conforme grandes variações de vazão em um mesmo 
aproveitamento, subdividido em diversas células. 
 
2.2.2 CARACTERÍSTICAS 
 
 A principal característica da turbina de fluxo cruzado é que o jato d’água 
que passa pelo rotor, chega em cada lâmina duas vezes, uma a cada fluxo de água. 
Primeiro a água flui da periferia para o centro e, em seguida, de dentro para fora, 
sendo assim, uma turbina com dois estágios de velocidade, enchendo apenas uma 
parte do rotor em cada estágio. 
 A turbina fluxo cruzado representa um projeto muito engenhoso, que 
remove a água de uma forma simples, depois de passar pelo rotor através do jato, 
não produz qualquer tipo de pressão para a parte de trás. Anos depois, Ossberger 
13 
 
acrescentou um tubo de sucção para a turbina de fluxo cruzado, apresentando uma 
melhora ainda maior no desempenho. 
 
 
2.2.3 PRINCÍPIOS DE AÇÃO E APLICAÇÕES 
 
 Segundo um de sues fabricantes, a Casa Ossberger, as turbinas mais 
modernas do tipo fluxo cruzado, podem ser utilizadas com vazões de 0,025 m³/s até 
13 m³/s, alturas de 1 a 200m, gerando potências entre 1 e 2000KW. Suas rotações 
de acordo com a queda e o tipo construtivo da turbina, são da ordem de 20 à 200 
rpm. Os diâmetros mais utilizados do rotor variam de 200 à 600 mm, podendo em 
casos especiais e já construídos chegar a 1.200mm. 
 
 
2.2.4 CLASSIFICAÇÃO DAS PARTES PRÍNCIPAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 – CARCAÇA 5 – RESPIRO 9 – SUPORTE DO MANCAL 
2 – DISTRIBUIDOR 6 – TUDO DE ADMISSÃO 
3 – ROTOR 7 – TUBO DE SUCÇÃO 
4 – TAMPA 8 – TAMPA DO ROLAMENTO 
 
14 
 
A divisão essencial deste tipo de turbinas é feita pelo injetor e pelo rotor, 
elementos de maior importância no dimensionamento. Quanto ao injetor, este é 
diferente do que se encontra na turbina Pelton, sendo de secção retangular. O jato 
proveniente do injetor descarrega a água a toda a largura do rotor, a um ângulo de, 
aproximadamente 16 graus com a tangente. 
A turbina funciona normalmente com um de dois tipos de injeção, horizontal 
ou vertical, sendo na injeção horizontal a entrada do fluxo de água dá-se 
lateralmente e na injeção vertical admite uma injeção pela parte superior da turbina. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Neste último caso onde a injeção é feita pela parte superior, é possível 
apresentar duas formas distintas de executá-la e controlar, sendo que a forma 
apresentada na Figura (a) é designada de injetor alemão e consiste na regulação da 
espessura do jacto através da variação automática da posição da lâmina guia 
consoante o caudal de água, enquanto na Figura (b) é exemplificado um sistema 
manual de regulação. 
 
 
Horizontal Vertical 
15 
 
O rotor desta turbina é em forma de tambor, composto por dois discos ligados 
por uma série de pás curvas, sendo estas fabricadas em aço e soldadas aos discos 
de forma a manter a orientação e solidez (Ossberger Turbine n.d). 
As grandes vantagens da aplicação deste tipo de turbinas são, por um lado, a 
simplicidade do seu design, que se traduz no seu fácil fabrica e consequente baixo 
custo. Estas vantagens foram essenciais para a proliferação deste tipo turbinas no 
setor particular e em aproveitamentos em países em desenvolvimento. A sua 
eficiência é, no entanto, optimizada quando é construída de modo a permitir o 
funcionamento de forma modular, minimizando os efeitos de diminuição de caudal 
como sugere a Figura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Neste exemplo o rotor é fabricado em 3 módulos que podem ser acionados 
separadamente de forma a criar uma curva de eficiência mais estável com a 
variação de caudal (Ossberger Turbine) 
 Para que isto seja possível a lâmina guia da turbina está dividida em duas 
partes, sendo que uma abrange 2/3 da largura e a outra 1/3 (Kothari, Singal & 
Ranjan 2009). 
16 
 
 Outros pormenores são também interessantes, como o facto deste tipo de 
turbinas não produzir esforços axiais, o que faz com que não seja necessária a 
utilização de rolamentos de pressão (Ossberger Turbine). 
 O movimento do fluxo no rotor permite também a autolimpeza. Este fato é 
possível devido ao movimento do fluxo que provoca forças centrífugas sobre os 
detritos que se encontram entre as pás, possibilitando a sua remoção natural sem 
acarretar custos. 
O fato de ter uma operação suave que permite à quase ausência de vibrações 
e a inexistência de cavitação. As turbinas Banki construídas de forma mais simplista 
atingem eficiências máximas de 60-75% enquanto máquinas mais sofisticadas 
podem chegar a 85. 
Outra limitação é a impossibilidade deste tipo de turbinas serem montadas 
sob eixo vertical ao contrário de outras como Pelton e Turgo que são passíveis de 
ser aplicadas sob eixos vertical ou horizontal. Como âmbito de aplicação, estas 
turbinas são indicadas para médio-baixas quedas. 
 
 
 
2.3 Turbinas Francis 
 
 
2.3.1 HISTÓRICO 
 
 
 A turbina Francis foi idealizada em 1849, projetada pelo cientista americano 
James Francis, sendo que a primeira turbina foi construída pela firma J.M. Voith em 
1873, passando desde então por aperfeiçoamentos constantes. Tem sido aplicada 
largamente, pelo fato das suas características cobrirem um grande campo de 
rotação específica. Atualmente se constroem para grandes aproveitamentos, 
podendo ultrapassar a potência unitária de 750 MW. 
 
 
2.3.2 DEFINIÇÕES E FUNCIONAMENTO 
 
 
Turbina Francis é a primeira turbina hidráulica com entrada radial. Este tipo de 
turbina é uma turbina de reação. Turbinas de reação têm algumas características 
primárias que os diferenciam de turbina de impulso. A maior parte da queda de 
17 
 
pressão ocorre na própria turbina, ao contrário da turbina de impulso onde a queda 
de pressão completa ocorreaté o ponto de entrada e a passagem da turbina é 
completamente preenchida pelo fluxo de água durante a operação. 
A roda Francis apresenta um íntimo contato com a água que percorre os seus 
canais, não sendo, por isto, recomendável o seu emprego em usinas cuja água 
possua alto teor de sólidos em suspensão, que acarretam excessivo desgaste da 
roda por erosão. As turbinas Francis podem ser instaladas de eixo horizontal ou 
vertical, sendo este último mais comum nas usinas de grande potência. 
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. 
Turbinas Francis são as mais comuns em usinas hidrelétricas por sua 
flexibilidade e eficiência. O rotor geralmente tem entre 1 e 10 m de diâmetro. São 
usadas com quedas de água de 20 até 650 m, a velocidades de 80 a 1000 rpm; sua 
potências varia de menos de 10 a 750 MWs. Uma turbina Francis bem projetada 
pode extrair até 90% da energia potencial da água. Em geral, turbinas de tamanho 
médio ou grande são instaladas com o eixo vertical. 
 
2.3.3 CARACTERÍSTICAS 
 
 
Esta turbina tem uma placa circular fixada ao eixo rotativo perpendicular à sua 
superfície e passando por seu centro. Esta placa circular tem canais curvos sobre 
ela; a placa com canais é coletivamente chamada de corredor. O corredor é cercado 
por um anel de canais estacionários chamados de palhetas de guia. As palhetas 
estão alojadas em uma caixa espiral chamada de voluta. A saída da turbina Francis 
está no centro da placa do corredor. Existe um tubo de aspiração ligado à saída 
central do corredor. Os parâmetros de projeto, como o raio do corredor, a curvatura 
do canal, o ângulo das palhetas e o tamanho da turbina, dependem da cabeça e do 
tipo de aplicação disponíveis. 
18 
 
Essa turbina é caracterizada por ter uma roda formada por uma coroa de 
paletas fixas, as quais constituem uma série de canais hidráulicos que recebem a 
água radialmente e a orientam para a saída do rotor numa direção axial. A entrada 
na turbina ocorre simultaneamente por múltiplas comportas de admissão dispostas 
ao redor da roda, e o trabalho é exercido sobre todas as aletas ao mesmo tempo 
para fazer rodar a turbina e o gerador. Os outros componentes desta turbina são a 
câmara de entrada, a qual pode ser aberta ou fechada com uma forma espiral, o 
distribuidor constituído por uma roda de aletas fixas ou móveis que regulam o caudal 
e o tubo de saída da água. 
 A turbina Francis tem uma grande adaptabilidade diferentes quedas e 
caudais. Emprega- se para quedas úteis superiores a vinte metros (20 m). Para 
valores inferiores da queda utilizam- se turbinas de caixa aberta. A queda útil pode 
ter grandes variações (60 % a 125 %) e o caudal também pode variar (40 % a 105 
%) do valor nominal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.3.4 PRINCÍPIOS DE AÇÃO 
 
 
As turbinas Francis são geralmente instaladas com o eixo vertical. A água 
com cabeça alta (pressão) entra na turbina através da carcaça em espiral que 
envolve as palhetas de guia. A água perde uma parte da sua pressão na voluta 
(invólucro em espiral) para manter sua velocidade. Em seguida, a água passa pelas 
palhetas de guia onde é direcionada para atingir as lâminas no corredor em ângulos 
ótimos. À medida que a água flui através do corredor, sua pressão e momento 
angular diminuem. Esta redução transmite reação no corredor e a energia é 
transferida para o eixo da turbina. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
É uma típica turbina de reação, pois recebe água sob pressão na direção 
radial e descarrega numa direção axial, havendo transformação tanto de energia 
cinética como de energia de pressão em trabalho e o escoamento na zona da roda 
se processa a uma pressão inferior á pressão atmosférica. A vazão trazida até a 
20 
 
turbina pelo conduto forçado é dirigida em direção radial para a roda e, ao sair, 
ganha uma direção axial indo para o canal de fuga através do tubo de sucção. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.3.5 APLICAÇÕES 
 
 
As turbinas Francis são utilizadas em quedas úteis superiores aos 20 metros 
até os 650m, e possuem uma grande adaptabilidade a diferentes quedas e caudais. 
As turbinas Francis, relativamente às Pelton, têm um rendimento máximo mais 
elevado, velocidades maiores e menores dimensões. Podem-se encontrar turbinas 
Francis na UHE Luíz Dias em Itajubá/MG que gera 2,7 MW de potência e na UHE de 
Itaipú em Foz do Iguaçú/PR com capacidade total de 14.000 MW. 
Para a geração de energia usando a turbina Francis, a turbina é fornecida 
com água de alta pressão que entra na turbina com entrada radial e deixa a turbina 
axialmente através do tubo de descarga. A energia do fluxo de água é transferida 
para o eixo da turbina em forma de torque e rotação. O eixo da turbina é acoplado 
com dínamos ou alternadores para geração de energia. Para a qualidade, a 
velocidade de geração da turbina deve ser mantida constante, apesar da mudança 
de cargas. Para manter a constante velocidade no corredor mesmo em condição de 
carga reduzida, o caudal da água é reduzido alterando o ângulo das palhetas de 
guia. 
 
21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aplicações no Brasil: 
 
 – Usina Hidrelétrica de Itaipu (PR) - 20 máquinas 
 – Usina Hidrelétrica de Tucuruí (PA) - 12 máquinas 
 – Usina Hidrelétrica de Ilha Solteira (SP/MS) - 20 máquinas 
 – Usina Hidrelétrica de Itá (RS/SC) - 5 máquinas 
 – Usina Hidrelétrica Itaúba (RS) - 4 máquinas 
 – Usina Hidrelétrica Castro Alves (RS)* - 3 máquinas 
22 
 
2.4 Turbinas Dériaz 
 
 
2.4.1 HISTÓRICO E FUNCIONAMENTO 
 
 
As turbinas Dériaz são similares às turbinas Francis rápidas, mas com um 
mecanismo que permite variar a inclinação das pás do rotor. Os tipos principais de 
máquinas axiais são turbinas de hélice (Propeller) cujas pás do rotor são fixas e as 
turbinas Kaplan com as pás do rotor ajustáveis. Outros tipos de máquinas axiais são 
as turbinas Tubulares, Bulbo e Straflo. 
Turbinas Dériaz As turbinas Dériaz são máquinas diagonais, de jato forçado e 
velocidade específica rápida. As pás do rotor das TD são ajustáveis, como as da TK, 
mantendo seu alto rendimento sob amplas variações de vazão. Neste sentido, as TD 
estão para as TF assim como as TK estão para as turbinas hélices. 
Turbinas Dériaz O formato de seu rotor permite que sejam utilizadas em 
centrais de acumulação, onde funcionam ora como turbina, ora como bomba. Em 
praticamente todos os detalhes construtivos, as TD são idênticas às TF. Possuem 
sistema diretor dotado de pás ajustáveis, tudo de sucção e caixa espiral. Seu campo 
de utilização são as velocidades específicas entre 200 e 300 rpm e as quedas de 25 
a 170 m. Vantagens: eficiência mais constante e à reversibilidade do funcionamento. 
Desvantagem: alto custo inicial e necessidade de manutenção do mecanismo de 
ajuste das pás do rotor. 
 
23 
 
Rápidas (ou Deriaz) (200<ns<300), com a velocidade específica definida pela 
fórmula: 
 
 
 
 
 
Turbinas Dériaz Tem o nome de um engenheiro suíço que as inventou. A figura 
abaixo mostra uma turbina Dériaz. Elas se assemelham às turbinas Kaplan eFrancis 
rápida, porém as pás do rotor são articuladas e, pela atuação de um mecanismo 
apropriado podem variar o ângulo de inclinação. Este tipo de turbina é muito 
utilizado em instalações onde a água do reservatório de montante precisa ser 
resposta quando a máquina não está produzindo potência. Sendo, quando for o 
caso, denominada de turbina-bomba. Figura 8.23 Rotor de uma turbina-bomba 
Deriaz (tipo diagonal de pás móveis). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
24 
 
Parte estrutural da Turbina Dériaz: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Observação: Quando o escoamento não é radial nem axial, a máquina é 
denominada de fluxo misto ou diagonal, com as partículas percorrendo o rotor numa 
trajetória situada sobre uma superfície cônica. Entre as máquinas diagonais 
encontram-se as bombas semi axiais a turbina Francis rápida e a turbina hidráulica 
Dériaz. 
 
 
 
 
25 
 
2.5 Turbinas Kaplan 
 
 
2.5.1 HISTÓRICO 
 
 
A maioria das turbinas desenvolvidas anteriormente era adequada para 
grandes quedas d’água, e com a crescente demanda de necessidade de energia, 
sentiu-se a necessidade de aproveitar o poder de fontes com poucas baixas quedas 
d’água, como rios que fluem em alturas baixas. Então, para aplicações de baixa 
queda, Viktor Kaplan projetou uma turbina semelhante às hélices dos navios, por 
isso que a turbina Kaplan também é chamada de turbina de hélice. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Viktor Kaplan nasceu na Áustria, frequentou a Universidade Técnica de Viena 
onde estudou engenharia civil e se especializou em motores a diesel. Depois de 
trabalhar em Viena com especialização em motores, mudou-se para a Universidade 
Técnica Alemã em Brno para realizar pesquisas no instituto de engenharia civil. Em 
1913 foi nomeado chefe do instituto de turbinas hidráulicas. 
 
 
 
Turbina Kaplan 
26 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Em 1912, ele publicou seu trabalho mais notável: a turbina Kaplan, uma 
turbina hidráulica revolucionária que foi especialmente equipada para produzir 
eletricidade a partir de grandes córregos com apenas uma inclinação moderada. 
Em 1918, a primeira turbina Kaplan usada comercialmente tinha um diâmetro 
de 60 cm e, com uma queda d’água de 2,3 metros, gerava aproximadamente 26 kW. 
Ela foi construída pela empresa de construção Storek para um fabricante têxtil na 
Baixa Áustria. Esta turbina foi usada até 1955 e hoje é exibida no Technisches 
Museum Wien. Após o sucesso das primeiras turbinas Kaplan, elas começaram a 
ser usadas em todo o mundo e continuam sendo um dos tipos de turbinas 
hidráulicas mais utilizadas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Viktor Kaplan 
Turbina Kaplan 
27 
 
2.5.2 DEFINIÇÃO 
 
 
 Para gerar quantidade substancial de energia a partir de pequenas quedas de 
água usando este tipo de turbina, é necessário ter grandes vazões através da 
turbina, com isso a turbina Kaplan foi projetada para acomodar as grandes taxas de 
fluxo necessárias. A construção da Kaplan é muito similar à da Francis, exceto pelo 
alinhamento das lâminas. O caminho geral do fluxo de água através da turbina 
Kaplan é de radial na entrada de axial na saída. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ao contrário da Francis, que possui as palhetas de guia na periferia do rotor 
da turbina, há uma passagem entre as palhetas de guia e o rotor da turbina Kaplan. 
A forma da passagem é tal que o fluxo que entra na passagem na direção radial é 
forçado a fluir na direção axial. As pás do rotor estão ligadas ao eixo central da 
turbina e são ajustadas automaticamente com as palhetas de guia para alcançar 
eficiência em uma ampla faixa de vazão e nível de água. 
 
 
 
 
Partes principais da Turbina 
Kaplan 
28 
 
2.5.3 FUNCIONAMENTO 
 
 
A água entra na turbina através das palhetas de guia que estão alinhadas de modo a 
dar ao fluxo um grau adequado de redemoinho determinado de acordo com o rotor 
da turbina. O fluxo das palhetas de guia passa através da passagem curvada que 
força o fluxo radial para a direção axial com o redemoinho inicial transmitido pelas 
palhetas guia de entrada que agora está na forma de vórtice livre. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O fluxo axial de água com um componente do redemoinho aplica força nas 
lâminas do rotor e perder seu impulso, tanto linear quanto angular, produzindo 
torque e rotação no eixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
29 
 
2.5.4 VANTAGENS DA TURBINA KAPLAN 
 
 
 Ao longo do desenvolvimento das tecnologias de geração de energia 
hidráulica, as turbinas da família tipo Kaplan foram a causa de grande impacto 
no meio técnico. Isso se deve, ainda hoje, devido à ampla faixa de operação 
que esses tipos de turbinas se ajustam. 
 Os dois componentes básicos do conceito da turbina Kaplan são: distribuidor 
capaz de regular a vazão de água à necessidade de geração e a roda da 
turbina capaz de se ajustar a variações que possam ocorrer nas quedas 
d’água. Essas habilidades técnicas da turbina tipo Kaplan conferem a ela o 
poder de conjugação queda X vazão adequada, sendo estes quesitos não 
acessíveis às turbinas dos tipos Pelton e Francis. 
 Complementa-se a esta definição, em alguns casos, a capacidade de gerar 
energia com grandes vazões. A ausência de uma regulação técnica possibilita 
a aplicação de outros tipos de turbinas à baixa queda. Isso se deve, muitas 
vezes, pela busca de solução de baixo custo com turbinas do tipo Francis, em 
detrimento do benefício energético. A existência de uma regulação técnica 
mais rigorosa pode resultar em maior benefício de energia às usinas 
hidrelétricas classificadas como baixas quedas. 
 A turbina Kaplan (dotada de pás móveis) mantém alta eficiência em ampla 
faixa de variação de carga, sugere reconhecimento da versatilidade técnica 
da turbina Kaplan. A definição de máquinas diferentes para manter o mesmo 
nível de eficiência pode onerar o projeto ou deixar de maximizar a eficiência 
energética do aproveitamento hidráulico. 
 O desenvolvimento técnico da turbina Kaplan vem ocorrendo lentamente, o 
que pode ser notado com a recomendação crescente de aplicação a quedas 
d’água cada vez maiores. Isso significa o alargamento da faixa de aplicação 
e, consequentemente, transcende a tradicional faixa de aplicação de 
máquinas Francis. 
 
 
 
 
 
 
30 
 
2.5.4 DESVANTAGENS DA TURBINA KAPLAN 
 
 
Cavitação: 
 
O fenômeno denominado cavitação consiste na formação, evolução e colapso 
de bolhas de vapor ou de gás, que pode acontecer em fases líquidas em gradientes 
de pressão, tanto em condições estáticas como também em condições dinâmicas. 
De acordo com o teorema de Bernoulli, um fluido ao ser acelerado sofre uma 
redução da pressão estática, sendo que quando o mesmo passa, por exemplo, por 
um bocal ou um a válvula, a pressão pode cair a um valor menor que a pressão 
mínima em que ocorre a vaporização do mesmo (Pv) àquela temperatura, gerando 
as bolhas de vapor. Quando tais bolhas são levadas pelo fluxo até regiões onde a 
pressão estática local ultrapassa a pressão de vapor elas entram em 
colapso devido a uma condensação praticamente instantânea. 
O fenômeno de cavitação tem sido de grande preocupação para o setor 
hidrelétrico, uma vez que pode ocorrer em qualquer estrutura hidráulica de uma 
usina, como por exemplo, no vertedouro, válvulas, canais, condutos, comportas e 
principalmentenas turbinas hidráulicas. Nas últimas décadas, o crescente tamanho 
das usinas hidrelétricas devido a razões econômicas levou a uma maior velocidade 
do fluxo de água nos equipamentos, o que consequentemente leva a uma maior 
susceptibilidade de falhas nos componentes hidráulicos, tanto através de erosão por 
corrosão como por cavitação. A erosão por cavitação causa danos nas superfícies 
os quais penetram até 10 mm por ano em componentes críticos tais como palhetas 
de turbinas, carcaças, rotores dentre outros. 
 
Métodos para prevenir e controlar a cavitação em turbinas hidráulicas: 
 
 Utilização de modelos protótipos em menor escala para a definição de 
parâmetros de projetos, quais, entretanto, não são totalmente confiáveis por 
não retratarem exatamente as mesmas condições de operação do projeto real 
e também devido aos problemas de escala. 
 Alongamento das palhetas ou aumento do número delas, estreitando e 
alongando os canais de distribuição entre as mesmas, de forma a uniformizar 
a distribuição da pressão e da velocidade do líquido no equipamento. 
31 
 
 Injeção de ar em zonas de baixa pressão das rodas e dos tubos de sucção 
das turbinas, sendo que a quantidade de ar injetada será proporcional à 
rotação, já que em altas rotações o vácuo na saída das palhetas é maior e 
consequentemente maior é a chance de cavitação. 
 No Brasil, existe uma tendência ao monitoramento da cavitação nas turbinas 
hidráulicas através de sensores acústicos de altas frequências (100 kHz a 
1MHz) associados a hidrofones, transdutores de pressão e acelerômetros. 
Todos estes sistemas detectam a cavitação com sucesso, porém sistemas 
para a detecção da taxa de erosão de forma a definir com precisão a parada 
da unidade para reparo ainda se encontram em desenvolvimento. 
 
 
2.5.6 APLICAÇÕES 
 
 
Peixe Angical: 
 
O projeto de Peixe Angical está localizado no rio Tocantins, e está vinculado à 
interconexão norte-sul para o fornecimento de energia dentro do Brasil. A Voith 
forneceu três geradores para as turbinas Kaplan - os maiores da categoria a serem 
fabricados no Brasil, com uma potência total instalada de 452 MW. 
A 880 m³/s, a água passa pelas turbinas de Peixe Angical gerando 
eletricidade suficiente para o consumo de quatro milhões de pessoas. De modo a 
garantir uma operação segura da usina, ela foi equipada com um sistema de 
monitoramento. Por meio da análise do comportamento da máquina, o sistema é 
capaz de detectar instabilidades de vibração e - se necessário - ativar alarmes de 
segurança apropriados. Dessa forma, o sistema tem a capacidade de proporcionar 
segurança e aperfeiçoar a operação dos três grupos geradores. 
 
São realizados os monitoramento de: 
 
 De todas as vibrações mecânicas do eixo, dos mancais e das principais 
partes estacionárias; 
 Da vibração radial e tangencial dos enrolamentos do gerador; 
32 
 
 Do entreferro entre o rotor e o estator do gerador; 
 Da descarga parcial em três fases; 
 Da folga entre as quatro pás do rotor da turbina e o anel de descarga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estreito: 
 
Estreito é considerado um dos principais projetos hidrelétricos do Brasil. É 
atualmente um dos maiores investimentos do país em energia hidrelétrica, e operará 
as maiores turbinas Kaplan já fabricadas no Brasil. Cada um dos rotores das 
turbinas de 138,6 MW de potência tem o impressionante diâmetro de 9,5 metros. 
A primeira unidade começou a operar em fevereiro de 2012, e a operação completa 
está planejada para ocorrer 8 meses mais tarde, com a conexão de uma nova 
unidade a cada dois meses do projeto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
33 
 
2.6 Turbinas Bulbo 
 
 
2.6.1 INTRODUÇÃO 
 
 
Preocupada com a preservação do meio ambiente, a engenharia moderna 
tem buscado novas alternativas para a produção de hidroeletricidade. 
Uma delas é a utilização de turbinas do tipo bulbo, que podem ser instaladas 
em baixíssimas quedas, a fio d’água, não sendo necessária a formação de grandes 
reservatórios, reduzindo assim os impactos ambientais. 
Um grupo bulbo é caracterizado por possuir o conjunto turbina-gerador de 
eixo horizontal instalado no interior de uma cápsula, denominada bulbo, que opera 
dentro do escoamento. 
A turbina Bulbo é uma turbina de reação do tipo Kaplan, sendo utilizada para 
as quedas mais baixas. Elas praticamente substituíram as turbinas Kaplan para 
quedas inferiores a 25 m. 
Isso se deve ao fato do escoamento ser mantido praticamente retilíneo nas 
instalações Bulbo, o que lhes confere melhor eficiência hidráulica e contribui para 
redução de custo e tamanho das instalações. 
Dependendo das necessidades específicas, as turbinas Bulbo podem ser 
modificadas para também operar como bombas em ambas as direções do 
escoamento. 
A diferença principal com a turbina Kaplan tradicional é que o escoamento 
ocorre na direção axial-radial pelas pás, ao invés de ser conduzido por uma espiral. 
 
 
2.6.2 HISTÓRICO 
 
 1921 - Defour iniciou os estudos para melhoria das turbinas Kaplan visando a 
viabilização em baixas quedas, sendo prosseguido por Bernshtein, Thomas e 
Mueller. 
 27/12/1933 – Arno Fisher patenteia as turbinas de bulbo. 
 1936 – A firma Escher Wyss constrói as primeiras turbinas bulbo. 
34 
 
2.6.3 VANTAGENS DA TURBINA BULBO 
 
 Há uma redução da ordem de 10 a 15 % no peso total de uma turbina bulbo, 
quando comparada com uma turbina Kaplan e consequentemente a mesma 
proporção na redução do custo; 
 Devido à menor perda de queda que se obtém com uma turbina bulbo, e a 
condução da água quase que retilínea, consegue-se uma eficiência maior 
neste tipo de arranjo do que um equivalente com turbina Kaplan; 
 Devido ao aumento da rotação, a roda da turbina deve estar em um nível 
mais baixo que o nível mínimo do canal de fuga, para que haja menor efeito 
de cavitação. A instalação nesta posição é mais fácil com uma turbina tipo 
bulbo do que com uma Kaplan, o que lhe dá um menor efeito de cavitação; 
 É sensível a economia na área civil, onde a redução pode chegar a 50 % em 
comparação com uma usina convencional. As principais razões são a menor 
necessidade de escavação, por não ser utilizado o joelho do tubo de sucção, 
a casa de força possui dimensões reduzidas no comprimento, devido à menor 
distância entre as linhas de centro dos grupos e na altura devido à 
necessidade de ser apenas compatível com o diâmetro da roda da turbina. 
Além disso, por possuir o sistema bulbo, cujo peso é menor, também se reduz 
o reforço da estrutura da casa de força; 
 É necessário um tempo de construção da usina 25 % menor do que uma 
equivalente Kaplan, o que reduz o custo de mão de obra e encargos; 
 Menor área de represamento, o que significa um custo menor de 
desapropriação e indenização, com perda menor de áreas férteis e um 
impacto ambiental reduzido. 
 
2.6.4 DESVANTAGENS DA TURBINA BULBO 
 
 Reduzida acessibilidade ao gerador. Porém no atual estágio de 
desenvolvimento dos hidrogeradores e dos materiais empregados, as 
máquinas requerem pouca manutenção, necessitando somente uma 
manutenção regular nas escovas caso se opte por um sistema de excitação 
35 
 
estático. Esta desvantagem pode ser eliminada com a opção por um sistema 
de excitação do tipo “brushless”. 
 Devido ao reduzido diâmetro do rotor, o momento de inércia intrínseco à 
máquina pode ser insuficiente, o que pode requerer a utilização de volantes e 
o que provavelmente resultaria em um encarecimento do gerador. 
 As solicitações mecânicas no rotor durante a rotação de disparo e o diâmetro 
reduzidodeste, podem resultar em um limite para a relação da rotação de 
disparo à velocidade nominal, o que tornaria inexequível um acionamento 
direto do gerador, o que representa a solução mais econômica e mais segura 
para o arranjo das máquinas. Neste caso seria necessário instalar um redutor 
de velocidade entre a turbina e gerador, o que certamente encareceria o 
equipamento. 
 
2.6.5 COMPONENTES DA TURBINA BULBO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
36 
 
Bulbo: Cápsula que contém todo o grupo gerador. 
 
Tubo de acesso: Escada para o acesso de operadores. 
 
Câmara de Adução: É posicionada na região final da queda d'água. 
 
Distribuidor e Pré-Distribuidor: É um conjunto de elementos que tem por 
finalidade dirigir o escoamento e controlar a vazão para o rotor. O pré-distribuidor é 
fixo, e tem duas funções básicas: Direcionamento do fluxo sem perturbações e 
função estrutural em máquinas verticais. O distribuidor tem como principal função a 
regulação da vazão em máquinas radiais. 
 
Rotor Kaplan: Rotor Kaplan é o elemento rotativo da turbina onde se transforma a 
energia do escoamento da água em trabalho mecânico. Com relação às pás do 
rotor, a maioria das turbinas bulbo possui pás móveis, como as Kaplan. Entretanto, 
há também construções com pás fixas, do tipo hélice. Este tipo de construção, com 
rotor do tipo hélice, é rara porque exige uma mínima variação do fluxo hidráulico e 
consequentemente, da altura da lâmina d’água. O rotor pode ser subdividido em três 
partes: cubo, ogiva ou cone e pás. 
 
Gerador: Acoplado no eixo que está conectado no, é responsável pela conversão 
do trabalho mecânico em de energia elétrica. 
 
 
2.6.6 FUNCIONAMENTO DA TURBINA BULBO 
 
1. A água entra pela câmara de adução e é levada através de um conduto 
forçado percorrendo o perfil da turbina paralelamente ao seu eixo até o 
distribuidor. 
2. No distribuidor a água passa por um sistema de palhetas guia móveis que 
controlam a vazão volumétrica fornecida à turbina. 
3. Para se aumentar a potência as palhetas são abertas (aumentando a 
vazão), para diminuir a potência elas se fecham. Após passar por este 
mecanismo a água chega ao rotor da turbina. 
4. Por transferência de quantidade de movimento parte da energia potencial 
da água é transferida para o rotor na forma de torque, que adquire uma 
velocidade de rotação. Devido a isto a água na saída da turbina está a 
uma pressão pouco menor que a atmosférica, e bem menor do que a 
inicial. 
5. Após passar pelo rotor a água é conduzida pelo tubo de descarga até um 
rio. 
37 
 
6. O movimento de rotação da turbina é transmitido pelo eixo até o gerador. 
7. A energia mecânica contida na rotação do eixo induz um campo 
eletromagnético no gerador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Partes principais da Turbina 
Bulbo 
38 
 
2.7 Turbinas Straflo 
 
 
2.7.1 HISTÓRICO E FUNCIONAMENTO 
 
 Turbinas Straflo São turbinas do tipo axial caracterizada pelo escoamento 
retilíneo que em inglês significa “straight flow”, cuja contração dos vocábulos 
originou o nome STRAFLO. Na realidade, as trajetórias das partículas líquidas são 
hélices cilíndricas, que em projeção meridiana são retas paralelas ao eixo. Neste 
tipo de turbina o indutor do alternador é colocado na periferia do rotor da turbina 
formando um anel articulado nas pontas das pás da hélice, as quais podem ser de 
passo variável, análogas às da turbina Kaplan. Por esta razão é também 
denominada turbina geradora de anel ou periférica. 
 As juntas hidrostáticas montadas entre a carcaça girante, funcionam como um 
agente de pressão e vedação. Uma vantagem desta turbina é de não haver a 
necessidade de colocar o gerador no interior de um bulbo, o que, como vimos, cria 
problemas de limitação das dimensões do gerador e de resfriamento. A colocação 
do alternador na própria periferia do rotor da turbina possibilita uma instalação 
compacta e a obtenção de fator de potência maior que o conseguido com outros 
tipos em igualdade de condições de queda, descarga e custo de obras civis. 
As turbinas STRAFLO são adequadas para usinas de baixa queda, de 3 até 
40m e diâmetro de rotor de até cerca de 10m. Do mesmo modo que as turbinas de 
bulbo e tubulares, as turbinas STRAFLO podem ser instaladas com eixo horizontal 
ou inclinadas. As figuras abaixo mostram uma maquete em corte e uma seção 
transversal de uma turbina STRAFLO, respectivamente. 
 
39 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Seção transversal típica de turbina Straflo de pás fixas e mancais convencionais; 
 
1- Pás diretrizes fixas; 
2- Pás diretrizes móveis do distribuidor; 
3- Pás fixas do rotor; 
4- Gerador. 
 
Turbina Straflo 
40 
 
3. CONCLUSÃO 
 
Como mencionado anteriormente, basicamente existem dois tipos de turbinas 
hidráulicas: as de ação e as de reação. No primeiro caso, de ação, a energia 
hidráulica disponível é transformada em energia cinética para, depois de incidir nas 
pás do rotor, transformar-se em mecânica: tudo isto ocorre à pressão atmosférica Na 
turbina de reação, o rotor é completamente submergido na água, com o escoamento 
da água ocorre uma diminuição de pressão e de velocidade entre a entrada e a 
saída do rotor. 
Este trabalho apresentou as turbinas Hidráulicas, que são de ação e Reação, 
demonstrando todas as suas características técnicas e aplicações. 
No Brasil, os fabricantes nacionais mais conhecidos se contentam em 
oferecer modelos padronizados dos tipos: Pelton, Francis, Hélice e Dériaz. 
Recentemente é que, baseados em projetos desenvolvidos no exterior, se 
encorajaram e passaram a oferecer a Kaplan e suas derivações como: Bulbo, “S" e 
Tubular. 
Objetivando diminuir os custos e aumentar o seu campo de aplicação as 
Francis, além de caixa espiral, são oferecidas em caixas cilíndricas e abertas. Já as 
Pelton são oferecidas com um ou dois injetores. Normalmente, em se tratando de 
PCHs, estas máquinas são instaladas com eixo horizontal. 
 
41 
 
4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
 
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Disponível em: <https://ben.epe.gov.br/downloads/Resultados_Pre_BEN_2011.pdf>. 
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Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. DEEA – Secção de Economia e Gestão, 
2006. Disponível em: <http://pwp.net.ipl.pt/deea.isel/ccamus/Doc/ENERGIAS3.pdf>. 
Acesso em: 31/08/2011. 
 
 
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Guanabara Koogan S.A., Rio de Janeiro, RJ, Segunda Edição, 1969. 
 
MASSEY, B. S., Mecânica dos Fluidos. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian, 
2002. 
 
PFLEIDERER, CARL & PETERMANN, HARTWIG - Máquinas de Fluxo, Livros 
Técnicos e Científicos Editora, Rio de Janeiro, RJ, 1979. 
 
 
QUANTZ, L - Motores Hidráulicos, elementos para el estudio, construcción y 
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Edicion. 
 
 
SOUZA, ZULCYDE & BRAN, RICHARD - Máquinas de Fluxo - Turbinas, Bombas 
e Ventiladores, Editora Ao Livro Técnico S.A., Rio de Janeiro, RJ, 1969.