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Turbinas Hidráulicas Caio Fraga da Luz Rafael Araújo Lehmkuhl EMC – CTC – UFSC – Introdução à Engenharia Mecânica – 2012-1.

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1 Turbinas Hidráulicas Caio Fraga da Luz Rafael Araújo Lehmkuhl EMC – CTC – UFSC – Introdução à Engenharia Mecânica –

2 Turbina Termo criado pelo professor de minas Claudie Burdin Do latim "turbo" = Redemoinho

3 Para que servem? Transformar energia hidráulica em energia mecânica. Hoje em dia a energia mecânica produzida é principalmente utilizada para gerar eletricidade.

4 Como funcionam? Um fluxo de água passa por um conjunto de pás fixadas ao redor de um aparato circular, fazendo-o girar. Elas basicamente convertem a energia cinética do fluido em energia mecânica através do torque. Essa energia mecânica geralmente é convertida em energia elétrica para a sua utilização em diversas finalidades.

5 Quando surgiu? Século III – Chemtou, Roma Usadas para acionar moinhos

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8 E as Modernas? Século XVIII - França e Inglaterra Energia Mecânica para as fábricas Instaladas em rios de rápida correnteza e quedas d’água Fábricas perto das turbinas Acionamento por eixos e correias

9 Potência P = n. d.g.h. f P = potência n = eficiência da turbina (nas modernas é entre 85% e 99%) d = densidade da água g = aceleração da gravidade h = queda da água (altura) f = fluxo de água

10 Classificação De Ação ou Impulsão Pelton, Michel Banki e Turgo De Reação Hélio-centrípeta (radial-axial) - Francis Mista (diagonal) Axial - Kaplan

11 Pelton (Ou Jato Livre) Utiliza-se um ou mais jatos de água tangenciais que colidem com conchas presas ao redor do eixo do rotor.

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13 As conchas possuem um vinco e formato característico para absorver o máximo possível de energia cinética. Isso a torna um dos modelos mais eficientes. Melhor aproveitadas para quedas altas (grande diferença de altura). Comparando-se com a vazão. O projeto é inadequado para vazões muito grandes.

14 Michell Banki (Ou Fluxo Cruzado) Interior vazado com palhetas nas bordas Custo Relativamente Baixo Jato retangular de água atravessa o rotor 2 vezes.

15 Francis Turbina Radial-Axial de fora para dentro Água entra por duto decrescente e é desviada por pás até o rotor central

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17 Rotor com 1 a 10 m de diâmetro Velocidades de 80 a 10 rpm Potência entre 10 e 750 MW Utilizada em quedas d'água de pequeno a grande porte Alta Eficiência

18 Controle de Fluxo Pás estáticas "fechadas" Pás estáticas "abertas"

19 Kaplan Formato axial. A única diferença estrutural em relação a Francis é o rotor em forma de propulsor de navio Perde eficiência com fluxos pequenos de água Pás com ângulos ajustáveis Quedas entre 20 m e 50 m

20 Kaplan de Bulbo É utilizada geralmente quando a turbina necessita ficar abaixo da linha de água tanto do reservatório de entrada como no de saída Possui uma cápsula de proteção geralmente metálica que abriga o eixo e o gerador elétrico

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22 Utilização Em geral, decide-se pela utilização de uma ou outra turbina em função da altura da queda d'água: Roda d'água: 0,2 < H < 4 Parafuso de Arquimedes: 1 < H < 10 Kaplan: 2 < H < 40 Francis: 10 < H < 650 Pelton: 50 < H < 1300 Turgo: 50 < H < 250 (H = Diferença de Altura em metros)

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24 Usinas Hidrelétricas Forma mais comum da utilização de Turbinas Hidráulicas Utiliza quedas d'água e grandes correntezas para a movimentação das turbinas Principal forma de geração de energia no Brasil Principais no país: o Usina Binacional de Itaipu MW o Usina Hidrelétrica de Tucuruí MW Usina Hidrelétrica de Tucuruí o Usina Hidrelétrica de Belo Monte (contrução) MW Usina Hidrelétrica de Belo Monte o Usina Hidrelétrica São Luiz do Tapajós (projeto) MW Usina Hidrelétrica São Luiz do Tapajós

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