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Turbina Pelton - Princípios de Operação I

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Tópicos: Introdução | Construção Básica |

1) Introdução

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Turbina hidráulica é o nome prático para máquinas que convertem a energia de um fluxo de água em energia mecânica dada pela rotação de um eixo. São quase sempre empregadas na geração de eletricidade. Podem ser classificadas em dois grupos básicos, a seguir descritos.

• De impulso ou ação: em condições ideais, há apenas mudança da direção do fluxo ao passar pelo rotor da turbina, sem variação de pressão. Portanto, a magnitude da velocidade do fluxo é constante.

• De reação: o fluxo sofre variação de velocidade ao passar pelo rotor da turbina.

Os próximos itens dão definições de alguns parâmetros, relativos a potências e eficiências, de uso comum no estudo dessas máquinas.

• Potência hidráulica é a potência suprida pelo fluxo. Pode ser calculada por:

$$P_h = \Delta p\ Q \tag{1A}$$
Onde Δp é a variação da pressão total do fluxo entre a entrada e a saída e Q é a vazão volumétrica. Em termos de altura, consideram-se:

$$\Delta p = \rho\ g\ \Delta z\\ \dot m = Q\ \rho \quad \text{assim,} \\ P_h = \dot m\ g\ \Delta z \tag{1B}$$
($\dot m$ é fluxo de massa, g é aceleração da gravidade, Δz é diferença de altura total, ρ é massa específica).

• Potência líquida (Pl) é a potência produzida pela força do fluxo atuando sobre o rotor. O cálculo depende do tipo de turbina. Em razão das perdas por atrito, o seu valor não é totalmente transformado em potência útil no eixo.

• Potência de eixo é a potência de saída no eixo da turbina. A relação com a velocidade angular (ω) e o torque T é dada pela fórmula clássica:

$$P_e = \omega\ T \tag{1C}$$
• Eficiência hidráulica é a taxa de conversão da potência hidráulica em potência líquida:

$$\eta_h = \frac{P_l}{P_h} \tag{1D}$$
• Eficiência mecânica indica a proporção da potência líquida convertida em potência de eixo:

$$\eta_m = \frac{P_e}{P_l} \tag{1E}$$
• Eficiência total relaciona a potência de eixo com a potência hidráulica:

$$\eta_t = \frac{P_e}{P_h} \tag{1F}$$

2) Construção Básica

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Inventada pelo americano Lester Allan Pelton na década de 1870, é uma típica turbina de impulso. A Figura 2-I contém partes da imagem de domínio público da ilustração da patente original. A operação é simples: um rotor em forma de anel é dotado de conchas, que são arrastadas sob ação de um fluxo tangencial de água, proporcionado por um bocal injetor. O injetor é normalmente equipado com uma agulha para regulagem. Turbinas práticas podem ter mais de um injetor.

Construção Básica
Fig 2-I

O formato das conchas desvia o fluxo para uma direção quase oposta à direção original, resultando em uma variação de momento linear e, por consequência, em uma força tangencial que aciona o rotor. Elas têm cavidades duplas para distribuir igualmente o fluxo para cada lado, de modo que os esforços axiais se anulam. A própria forma construtiva permite deduzir que é uma turbina adequada para altas pressões de água e vazões relativamente baixas. É considerada uma das mais eficientes.
Referências
Pesquisa na Internet em Jul/2007 - Fontes não anotadas.

Topo | Rev: Mai/2018