Turbina Pelton: história, operação, aplicação
A turbina Pelton, também conhecida como roda d'água tangencial ou roda de Pelton, foi inventada pelo americano Lester Allen Pelton na década de 1870. Embora vários tipos de turbina tenham sido criados antes do tipo Pelton, ela ainda é a mais usada. atualmente pela sua eficácia.
É uma turbina de impulso ou turbina hidráulica que possui um desenho simples e compacto, possui uma forma de roda, composta principalmente de baldes, defletores ou aletas móveis divididas, localizadas em torno de sua periferia.
As lâminas podem ser colocadas individualmente ou fixadas ao cubo central, ou a roda inteira pode ser colocada em uma única peça completa. Para trabalhar, converte a energia do fluido em movimento, que é gerada quando um jato de água em alta velocidade atinge as lâminas móveis, fazendo com que ele gire e comece a trabalhar.
É geralmente 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 que foram usadas para tirar água dos rios e foram movidas pelo esforço do homem ou dos animais.
Essas rodas datam do segundo século aC, quando adicionaram remos à circunferência da roda. Rodas hidráulicas começaram a ser usadas, quando se descobriu a possibilidade de aproveitar a energia das correntes para operar outras máquinas, conhecidas atualmente como máquinas de turbomáquinas ou hidráulicas.
A turbina de impulso Pelton não apareceu até 1870, quando o mineiro Lester Allen Pelton, de origem norte-americana, implementou o primeiro mecanismo com rodas para extrair água, semelhante a um moinho, e depois implementou motores a vapor.
Esses mecanismos começaram a apresentar falhas em sua operação. A partir daí, Pelton pensou em projetar rodas hidráulicas com pás ou pás que recebem o choque da água em alta velocidade.
Ele observou que o jato atingiu a borda das pás ao invés de seu centro e, como resultado, o fluxo de água saiu na direção inversa e a turbina ganhou mais velocidade, tornando-se um método mais eficiente. Este 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 para o desenvolvimento de energia hidrelétrica em todo o mundo. Sua invenção no final da década de 1870, chamada por ele mesmo como Pelton Runner, foi reconhecida como o design mais eficiente da turbina de impulso.
Mais tarde, Lester Pelton patenteou sua roda e no ano de 1888 formou a Pelton Water Wheel Company, em San Francisco. "Pelton" é uma marca registrada dos produtos da empresa, mas o termo é usado para a identificação de turbinas de impulso similares.
Posteriormente, 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 simples sprinkler de jardim.
Na turbina de impulso do tipo Pelton, quando os baldes localizados na periferia da roda recebem diretamente a água em alta velocidade, eles ativam o movimento de rotação da turbina, convertendo a energia cinética em energia dinâmica.
Embora tanto a energia cinética quanto a energia de pressão sejam usadas na turbina de reação, e embora toda a energia fornecida em uma turbina de pulso seja cinética, portanto, a operação de ambas as turbinas depende de uma mudança na velocidade da água, de modo que exerça uma força dinâmica neste elemento rotativo.
Aplicação
Existe uma grande variedade de turbinas em diferentes tamanhos no mercado, no entanto, recomenda-se usar a turbina do tipo Pelton em alturas de 300 metros a aproximadamente 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 tal forma que essas turbinas são usadas principalmente para a operação de usinas hidrelétricas.
Por exemplo, a usina hidrelétrica de Bieudron no complexo de barragens Grande Dixence localizado nos Alpes suíços, no cantão de Valais, na Suíça.
Esta fábrica iniciou a sua produção em 1998, com dois recordes mundiais: tem a turbina Pelton mais potente do mundo e a cabeça mais alta utilizada para produzir energia hidroeléctrica.
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 de 2000, o portão da Barragem Cleuson-Dixence, que alimenta as turbinas Pelton em Bieudron, quebrou a 1234 metros, forçando o fechamento da usina.
A ruptura foi de 9 metros de comprimento por 60 centímetros de largura, fazendo com que o fluxo através da ruptura excedesse 150 metros cúbicos por segundo, ou seja, tinha uma liberação rápida de uma grande quantidade de água a alta pressão, destruindo sua passagem 100 hectares aproximadamente de pastagens, pomares, florestas, a lavagem de vários chalés e celeiros localizados ao redor desta área.
Eles fizeram uma grande investigação sobre o acidente, como resultado quase completamente redesenhado o cano forçado. A causa raiz da ruptura ainda é desconhecida.
O redesenho exigia melhorias no revestimento do tubo e melhoria do solo ao redor do tubo forçado para reduzir o fluxo de água entre o tubo e a rocha.
A seção danificada do cano forçado foi redirecionada do local anterior para encontrar uma nova rocha que fosse mais estável. A construção redesenhada do portão foi concluída em 2009.
As instalações da Bieudron não estavam operacionais após este acidente até que a empresa reiniciou suas atividades em janeiro de 2010.
