Turbina Pelton: história, operação, aplicação

A turbina Pelton , também conhecida como roda hidráulica tangencial ou roda Pelton, foi inventada pelo americano Lester Allen Pelton na década de 1870. Embora vários tipos de turbinas tenham sido criados antes do tipo Pelton, essa ainda é a mais usada. atualmente por sua eficácia.

É uma turbina de impulso ou turbina hidráulica, de design simples e compacto, com formato de roda, composta principalmente por conchas, defletores ou pás móveis, localizadas em torno de sua periferia.

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As lâminas podem ser colocadas individualmente ou presas ao cubo central ou a roda inteira pode ser colocada em uma única peça completa. Para operar, ele converte a energia do fluido em movimento, que é gerado quando um fluxo de água em alta velocidade afeta as pás móveis, fazendo com que ele gire e se torne operacional.

Geralmente é usado para produzir eletricidade em usinas hidrelétricas, onde o tanque de água disponível está localizado a uma certa altura acima da turbina.

História

As rodas hidráulicas nasceram das primeiras rodas usadas para tirar água dos rios e foram movidas pelo esforço do homem ou dos animais.

Essas rodas datam do século II aC, quando adicionavam remos à circunferência da roda. As rodas hidráulicas começaram a ser usadas quando se descobriu a possibilidade de aproveitar a energia das correntes para operar outras máquinas, atualmente conhecidas como turbomáquinas ou máquinas hidráulicas.

A turbina de impulso do tipo Pelton não apareceu até 1870, quando a mineradora Lester Allen Pelton, dos EUA, implementou o primeiro mecanismo com rodas para extrair água, semelhante a um moinho, e implementou motores a vapor.

Esses mecanismos começaram a mostrar mau funcionamento. A partir daí, ocorreu a Pelton projetar rodas hidráulicas com lâminas ou palhetas que recebem o choque de água em alta velocidade.

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Ele observou que o jato batia na borda das pás em vez de no centro e, como resultado, o fluxo de água saía na direção inversa e a turbina adquiria maior velocidade, tornando-se um método mais eficiente. Esse fato é baseado no princípio pelo qual a energia cinética produzida pelo jato é conservada e pode ser usada para gerar energia elétrica.

Pelton é considerado o pai da energia hidrelétrica, por sua contribuição significativa ao desenvolvimento da hidreletricidade em todo o mundo. Sua invenção no final da década de 1870, chamada de Pelton Runner, foi reconhecida como o projeto de turbina de impulso mais eficiente.

Mais tarde, Lester Pelton patenteou sua roda e em 1888 formou a Pelton Water Wheel Company em San Francisco. “Pelton” é uma marca registrada dos produtos dessa empresa, mas o termo é usado para identificar turbinas de impulso semelhantes.

Mais tarde, surgiram novos projetos, como a turbina Turgo, patenteada em 1919, e a turbina Banki, inspirada no modelo de roda Pelton.

Operação da turbina Pelton

Existem dois tipos de turbinas: turbina de reação e turbina de impulso. Em uma turbina de reação, o escoamento é realizado sob a pressão de uma câmara fechada; Por exemplo, um aspersor de jardim simples.

Na turbina de impulso do tipo Pelton, quando as caçambas localizadas na periferia da roda recebem diretamente a água em alta velocidade, elas acionam o movimento rotacional da turbina, convertendo a energia cinética em energia dinâmica.

Embora a energia cinética e a energia de pressão sejam usadas na turbina de reação, e embora toda a energia fornecida em uma turbina de impulso seja cinética, portanto, a operação de ambas as turbinas depende de uma mudança na velocidade da água, de modo que exerça uma força dinâmica no referido elemento rotativo.

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Aplicação

Existe uma grande variedade de turbinas em vários tamanhos no mercado, no entanto, é aconselhável usar a turbina do tipo Pelton em alturas de 300 metros a cerca de 700 metros ou mais.

Pequenas turbinas são usadas para fins domésticos. Graças à energia dinâmica gerada pela velocidade da água, ela pode facilmente produzir energia elétrica, de modo que essas turbinas são utilizadas principalmente para a operação de usinas hidrelétricas.

Por exemplo, a usina hidrelétrica de Bieudron no complexo da barragem de Grande Dixence, localizada nos Alpes suíços, no cantão de Valais, na Suíça.

Esta usina iniciou a produção em 1998, com dois recordes mundiais: possui a turbina Pelton mais poderosa do mundo e a cabeça mais alta usada para produzir energia hidrelétrica.

A instalação abriga três turbinas Pelton, cada uma operando a uma altura de aproximadamente 1869 metros e uma vazão de 25 metros cúbicos por segundo, trabalhando com uma eficiência superior a 92%.

Em dezembro do ano 2000, o portão da barragem Cleuson-Dixence, que alimenta as turbinas Pelton em Bieudron, teve uma ruptura de cerca de 1234 metros, forçando o fechamento da usina.

A ruptura tinha 9 metros de comprimento por 60 centímetros de largura, fazendo com que o fluxo ultrapassasse 150 metros cúbicos por segundo, ou seja, liberava rapidamente uma grande quantidade de água a alta pressão, destruindo Aproximadamente 100 hectares de pastagens, pomares, florestas, lavando vários chalés e celeiros localizados ao redor desta área.

Eles conduziram uma grande investigação sobre o acidente, como resultado, eles redesenharam quase completamente o tubo forçado. A causa raiz da ruptura ainda é desconhecida.

O redesenho exigiu melhorias no revestimento do tubo e no solo ao redor do tubo forçado para reduzir o fluxo de água entre o tubo e a rocha.

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A seção danificada do tubo forçado foi redirecionada do local anterior para encontrar novas rochas mais estáveis. A construção do portão redesenhado foi concluída em 2009.

A instalação de Bieudron não estava operacional após este acidente até que reiniciasse completamente suas atividades em janeiro de 2010.

Referências

  1. Roda Penton Wikipedia, a enciclopédia livre. Recuperado: en.wikipedia.org
  2. Turbina Pelton. Wikipedia, a enciclopédia livre. Recuperado de es.wikipedia.org
  3. Lester Allen Pelton. Wikipedia, a enciclopédia livre. Recuperado de en.wikipedia.org
  4. Usina Hidrelétrica Bieudron. Wikipedia, a enciclopédia livre. Recuperado de en.wikipedia.org
  5. Turbinas Pelton e Turgo. Renováveis ​​Primeiro. Recuperado de renewablesfirst.co.uk
  6. Hanania J., Stenhouse K. e Jason Donev J. Pelton Turbine. Enciclopédia da Educação Energética. Recuperado de energyeducation.ca
  7. Turbina Pelton – aspectos de trabalho e design. Learn Engineering Recuperado de learnengineering.org
  8. Turbinas hidráulicas Máquinas elétricas OJSC. Recuperado de power-m.ru/es/
  9. Roda de Pelton Hartvigsen Hydro. Recuperado de h-hydro.com
  10. Bolinaga JJ Mecânica Elementar de Fluidos. Universidade Católica Andrés Bello. Caracas, 2010. Aplicações em máquinas hidráulicas. 298
  11. Linsley RK e Franzini JB Hydraulic Resources Engineering. CECSA. Máquinas Hidráulicas Capítulo 12. 399-402, 417.
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