FORMAÇÃO - PRÁTICAS DE ELECTRICIDADE
revista técnico-profissional
o electricista
46
Manuel Teixeira e Paulo Peixoto Formadores da ATEC - Academia de Formação
ficha prática n.º 18
{BARRAGENS - PARTE II}
Uma barragem é uma barreira artificial, feita em cursos de água para a retenção de grandes quantidades de água. A sua utilização é sobretudo para abastecer de água zonas residenciais, agrícolas, industriais, produção de energia eléctrica (energia hidráulica), ou regularização de um caudal. TURBINAS DE IMPULSÃO
› Partes principais de uma turbina hidráulica
Estas turbinas mudam a direcção do fluxo de alta velocidade de um jacto de água. O impulso resultante faz com que a turbina gire e ainda deixa o fluxo de água com a energia cinética diminuída. Não há qualquer alteração da pressão da água no rotor da turbina de pás.
Uma turbina é constituída basicamente por cinco partes: caixa espiral, pré-distribuidor, distribuidor, rotor e eixo, tubo de sucção.
Antes de chegar à turbina a pressão da água passa do modo de pressão para o modo de velocidade, acelerando a água através de um ralo. As turbinas de Pelton utilizam exclusivamente este processo. A segunda lei de Newton descreve a transferência de energia para turbinas de impulsão.
› Caixa espiral É uma tubulação de forma toroidal que envolve a região do rotor. Esta parte fica integrada à estrutura civil da central, não sendo possível ser removida ou modificada. O objectivo é distribuir a água igualmente na entrada da turbina. É fabricada com chapas de aço carbono soldadas em segmentos. A caixa espiral liga-se ao conduto forçado na secção de entrada, e ao pré-distribuidor na secção de saída. › Pré-distribuidor A finalidade do pré-distribuidor é direccionar a água para a entrada do distribuidor. É composta de dois anéis superiores, entre os quais são montados um conjunto de palhetas fixas, com perfil hidrodinâmico de baixo arrasto, optimizando a sua influência na perda de carga e turbulência no escoamento. É uma parte sem movimento, soldada à caixa espiral e fabricada com chapas ou placas de aço carbono.
Figura 9 . Diagrama que mostra o funcionamento dos dois tipos de turbinas.
TURBINAS DE REACÇÃO Estas turbinas distinguem-se pelo torque que reagem à pressão ou peso da água, pressão essa que ao passar pela turbina altera-se. As turbinas Francis e turbinas a vapor são as que utilizam este conceito. A terceira lei de Newton descreve a transferência de energia para as turbinas de reacção.
› Distribuidor O distribuidor é composto de uma série palhetas móveis, accionadas por um mecanismo hidráulico montado na tampa da turbina (sem contacto com a água). Todas as palhetas tem o seu movimento conjugado, isto é, todas se movem ao mesmo tempo e de maneira igual. O accionamento é feito por um ou dois pistões hidráulicos que operam numa faixa de pressão de 20 bar nas mais antigas, até 140 bar nos modelos mais novos. Estes pistões hidráulicos controlam o anel de regulação, ao qual estão acopladas as palhetas directrizes. Há casos em que não há anel de regulação para sincronizar o movimento de abertura e fecho das palhetas. Neste caso, são utilizados diversos servomotores, sendo cada um designado a movimentar uma única palheta directriz. O distribuidor controla a potência da turbina pois regula a vazão da água. É um sistema que pode ser operado manualmente ou em modo automático, tornando o controlo da turbina praticamente isento de interferência do operador.
FORMAÇÃO - PRÁTICAS DE ELECTRICIDADE
revista técnico-profissional
o electricista
48
tas de admissão dispostas ao redor da roda, e o trabalho exerce-se sobre todas as alhetas ao mesmo tempo para fazer rodar a turbina e o gerador.
As turbinas Kaplan são reguladas através da acção do distribuidor e com auxílio da variação do ângulo de ataque das pás do rotor o que lhes confere uma grande capacidade de regulação. A única diferença entre as turbinas Kaplan e a Francis é o rotor. Este assemelha-se a um propulsor de navio (similar a uma hélice). Um servomotor montado normalmente dentro do cubo do rotor, é responsável pela variação do ângulo de inclinação das pás. O óleo é injectado por um sistema de bombeamento localizado fora da turbina, e conduzido até o rotor por um conjunto de tubulações rotativas que passam por dentro do eixo.
Figuras 14 e 15 . Turbina Francis e esquema de funcionamento.
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 alhetas fixas ou móveis que regulam o caudal e o tubo de saída da água. Estas turbinas utilizam-se em quedas úteis superiores aos 20 metros até 600m, 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.
TURBINAS KAPLAN E HÉLICE
O accionamento das pás é conjugado ao das palhetas do distribuidor, de modo que para uma determinada abertura do distribuidor, corresponda um determinado valor de inclinação das pás do rotor. As Kaplans também apresentam uma curva de rendimento “plana” garantindo bom rendimento numa ampla faixa de operação.
TURBINAS BULBO As turbinas Kaplan e Hélice têm normalmente o eixo vertical, mas podem existir turbinas deste tipo com eixo horizontal, as quais se designam por turbinas Bulbo. Basicamente trata-se de uma unidade geradora composta de uma turbina Kaplan e um gerador envolto por uma cápsula. A cápsula por sua vez fica imersa no fluxo d’água (imerso na água), isto acarreta num equipamento que exige uma vedação mais precisa o que impacta num espaço menor para acesso de manutenção.
São turbinas de reacção, adaptadas ás quedas fracas e caudais elevados (quedas até 60 m). São constituídas por uma câmara de entrada que pode ser aberta ou fechada, por um distribuidor e por uma roda com quatro ou cinco pás em forma de hélice. Quando estas pás são fixas diz-se que a turbina é do tipo Hélice. Se as pás são móveis o que permite variar o ângulo de ataque por meio de um mecanismo de orientação que é controlado pelo regulador da turbina, diz-se que a turbina é do tipo Kaplan.
Figura 18 . Turbina Bulbo.
Operam em quedas abaixo de 20 m. Foram inventadas na década de 30. As primeiras foram construídas pela empresa Escher Wyss em 1936.
Figuras 16 e 17 . Turbinas Kaplan e Hélice.
Possui a turbina similar a uma turbina Kaplan horizontal, porém devido a baixa queda, o gerador hidráulico encontra-se num bulbo por onde a água flui em seu redor antes de chegar as pás da Turbina.