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Ao utilizar os parâmetros vazão, queda útil e rotação, é possível ter uma boa orientação quanto à seleção de uma turbina hidráulica. Entretanto, para compreender de forma mais ampla a faixa de operação de uma turbina, é importante ter em vista as suas curvas características, que são obtidas experimentalmente. A figura a seguir mostra o traçado de três curvas características típicas de uma turbina Pelton: (a) potência x rotação; (b) rendimento x rotação; e (c) vazão x rotação.
Com relação às curvas características mais comuns das turbinas hidráulicas, analise as afirmativas a seguir e assinale V para Verdadeiro e F para Falso:
I. ( ) É comum que as curvas características de uma turbina hidráulica sejam geradas experimentalmente, por meio de modelos de menor porte.
II. ( ) A curva (a) da figura indica que existe uma faixa de rotação que fornecerá valores ótimos de potência, na região próxima ao vértice da parábola.
III. ( ) A curva (c) da figura mostra que a vazão volumétrica de fluido aumenta conforme cresce a rotação da turbina.
IV. ( ) A curva (b) da figura indica que existe uma faixa de rotação que fornecerá valores ótimos de rendimento, na região próxima ao vértice da parábola.
A F, V, F, V.
B V, V, F, F.
C F, V, F, F.
D V, V, F, V.
E V, F, V, V.
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Vamos analisar cada uma das afirmativas sobre as curvas características das turbinas hidráulicas: I. ( ) É comum que as curvas características de uma turbina hidráulica sejam geradas experimentalmente, por meio de modelos de menor porte. É verdadeira (V). As curvas características são frequentemente obtidas através de testes em modelos reduzidos, permitindo a análise do desempenho da turbina em diferentes condições. II. ( ) A curva (a) da figura indica que existe uma faixa de rotação que fornecerá valores ótimos de potência, na região próxima ao vértice da parábola. É verdadeira (V). Geralmente, a curva de potência em relação à rotação apresenta um formato parabólico, onde o vértice indica a rotação ótima para máxima potência. III. ( ) A curva (c) da figura mostra que a vazão volumétrica de fluido aumenta conforme cresce a rotação da turbina. É falsa (F). A relação entre vazão e rotação pode não ser linear e depende do tipo de turbina; em muitos casos, a vazão não aumenta indefinidamente com a rotação. IV. ( ) A curva (b) da figura indica que existe uma faixa de rotação que fornecerá valores ótimos de rendimento, na região próxima ao vértice da parábola. É verdadeira (V). Assim como na curva de potência, a curva de rendimento também apresenta um formato parabólico, onde o vértice indica a rotação que maximiza o rendimento. Portanto, a sequência correta é: V, V, F, V. A alternativa que apresenta essa sequência é a D) V, V, F, V.

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A velocidade específica é definida como a relação entre o coeficiente de potência e o coeficiente de carga, como mostra a seguinte equação: A figura a seguir mostra a eficiência máxima como função da velocidade específica para os três tipos principais de turbina: Figura – Gráfico de rendimento das principais turbinas hidráulicas versus velocidade específica Fonte: Çengel e Cimbala (2015, p. 704). #PraCegoVer: a figura apresenta um gráfico que relaciona a eficiência máxima como função da velocidade específica para os três tipos principais de turbina. À esquerda, encontra-se o eixo vertical dos rendimentos, em ordem crescente, de baixo para cima, com os seguintes valores: 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9 e 1. Na região inferior, encontra-se o eixo horizontal, com as potências em ordem crescente, da esquerda para a direita, e os seguintes valores: 0,01, 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1, 2, 5 e 10. Na região central do gráfico, da esquerda para a direita, são expostos os seguintes tipos de turbina: impulso, Francis e Kaplan.
Com base nos seus conhecimentos sobre o assunto, na expressão matemática de velocidade específica e na análise da figura apresentada, leia as afirmativas a seguir e assinale V para Verdadeiro e F para Falso:
I. ( ) Duas turbinas hidráulicas mecanicamente semelhantes possuem os mesmos valores de velocidade específica.
II. ( ) As turbinas do tipo Kaplan operam com maiores velocidades específicas, quando comparadas às turbinas Francis e de impulso.
III. ( ) A mudança na massa específica do fluido não alterna o cálculo de velocidade específica da turbina hidráulica.
IV. ( ) As turbinas de impulso operam com menores velocidades específicas, quando comparadas às turbinas Francis e Kaplan.
A F, F, V, F.
B F, F, V, V.
C F, V, V, F.
D V, V, F, V.
E F, V, V, V.

Em uma represa hidrelétrica que faz uso de uma turbina de reação Francis para produção de energia elétrica, a carga bruta Hbruta é de 200 m, e a vazão volumétrica de água na turbina é de 100 m³/s. Considere, ainda, a massa específica da água sendo igual a 1.050 kg/m³ e g = 9.8 m/s².
Agora, assinale a alternativa correta sobre a potência ideal gerada no eixo na saída da turbina:
a. 205.800 MW.
b. 205,8 MW.
c. 205,8 W.
d. 20,6 MW.
e. 205,8 kW.

A análise dimensional, juntamente com as relações de semelhança, pode ser utilizada para escalar duas turbinas geometricamente semelhantes e, também, para antever o desempenho de determinada turbina operando em condições de carga manométrica, vazões e velocidades diferentes.
A respeito da análise dimensional e da semelhança mecânica aplicada às turbinas hidráulicas, analise as afirmativas a seguir e assinale V para Verdadeiro e F para Falso:
I. ( ) O parâmetro adimensional coeficiente de carga é dado por .
II. ( ) O parâmetro adimensional coeficiente de capacidade é dado por .
II. ( ) A expressão utilizada para fazer correção do rendimento entre protótipo e modelo é
IV. ( ) O parâmetro adimensional coeficiente de potência é dado por .
a. F, F, V, V.
b. V, V, F, V.
c. F, F, V, F.
d. F, V, V, F.
e. V, F, V, F.

O projeto mais eficiente de uma turbina de impulso foi desenvolvido pelo engenheiro Pelton, em 1878, e, de maneira geral, consistiu em um bocal que convergia fluido em alta velocidade, ou seja, alta energia cinética sobre as pás que estavam acopladas a uma roda. A figura a seguir mostra que as pás foram projetadas para dividir o fluxo em duas metades, de modo que a máxima quantidade de movimento pudesse ser transferida:
Com base nas informações apresentadas e nos seus conhecimentos sobre o cálculo de potência em uma turbina Pelton, analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas:
I. Ao derivar a equação em relação à velocidade linear da pá, ou seja, , temos que a potência máxima será atingida quando a velocidade linear da pá for igual à metade da velocidade do jato. Essa potência é chamada de potência teórica máxima.
II. A equação não inclui perdas devido ao atrito, à falta de alinhamento entre as pás e ao fluxo de fluido, dentre outros fatores que afetam a eficiência de uma turbina real.
A As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I.
B A asserção I é uma proposição verdadeira, e a asserção II é uma proposição falsa.
C As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa correta da I.
D A asserção I é uma proposição falsa, e a asserção II é uma proposição verdadeira.
E As asserções I e II são proposições falsas.

Um parâmetro importante que pode apoiar a seleção de uma turbina hidráulica é a velocidade específica. Sua definição tem como base a teoria da semelhança mecânica, e sua expressão matemática é fornecida a seguir: O fluido de operação é a água, com massa específica igual a 998 kg/m³, e a rotação do protótipo é de 160 rpm (16,75 rad/s). Ademais, no ponto de máxima eficiência, a queda bruta é de 200 m, e a potência é de 400 MW.
Diante do exposto, assinale a alternativa correta sobre a velocidade específica para o referido protótipo de turbina hidráulica:
a. 86,2.
b. 0,00086.
c. 0,0086.
d. 862.000.
e. 0,86.

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