Como sabemos, para gerar energia hidráulica temos que despejar uma grande quantidade de água em uma cachoeira para movimentar uma turbina. Uma das turbinas mais utilizadas em energia hidráulica é a Turbina Kaplan. É uma turbina a jato hidráulica que é usada com pequenos gradientes de até algumas dezenas de metros. O fluxo é sempre necessário é grande para que uma grande quantidade de energia possa ser gerada.
Neste artigo, vamos contar a vocês em que consiste a turbina Kaplan, quais são suas características e como ela é usada para gerar energia hidráulica.
O que é a turbina Kaplan
É uma turbina a jato hidráulico que usa pequenos gradientes de altura de alguns metros a algumas dezenas. Uma das principais características é que trabalha sempre com vazões elevadas. Fluxos que variam de 200 a 300 metros cúbicos por segundo. É amplamente utilizado para geração de energia hidráulica, sendo este um tipo de energia renovável.
A turbina Kaplan foi inventada em 1913 pelo professor austríaco Víktor Kaplan. É um tipo de turbina hidráulica em forma de hélice onde possuem pás que podem ser orientadas para os diferentes fluxos de água. Sabemos que o fluxo de água varia em função da intensidade do volume. Por podermos ter lâminas orientadas para o fluxo de água, podemos aumentar o desempenho mantendo-o alto até taxas de fluxo de 20-30% do fluxo nominal.
O mais normal é que essa turbina venha equipada com defletores de estator fixos que ajudam a orientar o fluxo de água. Dessa forma, a geração de energia elétrica é otimizada. A eficiência da turbina Kaplan pode ser usada para uma faixa mais ampla de vazão, dependendo das necessidades. Idealmente, a turbina deve ser preparada usando um sistema de orientação no qual colocamos os defletores do estator quando o fluxo muda. Nem sempre temos a mesma vazão, pois dependemos das chuvas e do nível dos reservatórios.
Quando o fluido chega à turbina Kaplan, graças a um conduíte em forma de espiral, ele serve para alimentar toda a circunferência por completo. Assim que o fluido chega à turbina, ele passa por um distribuidor que dá ao fluido sua rotação rotativa. É aqui que o impulsor é responsável por desviar o fluxo em 90 graus para revertê-lo axialmente.
Características principais
Quando temos uma turbina a hélice sabemos que a regulação é praticamente nula. Isso significa que a turbina só pode funcionar em uma determinada faixa, então o distribuidor nem mesmo é ajustável. Com a turbina Kaplan, obtemos a orientação das pás do rotor para se ajustar ao fluxo de água. Além disso, o movimento se adapta ao fluxo da corrente. Isso ocorre porque cada configuração do distribuidor corresponde a uma orientação diferente das lâminas. Graças a isso, é possível trabalhar com rendimentos mais elevados de até 90% em uma ampla gama de taxas de fluxo.
O campo de uso dessas turbinas atinge quedas máximas em torno de 80 metros de altura e flui até uma vazão de 50 metros cúbicos por segundo. Isso se sobrepõe parcialmente ao campo de uso do Turbina Francis. Estas turbinas eles só alcançaram uma queda de 10 metros e ultrapassaram os 300 metros cúbicos por segundo em fluxo.
Para otimizar a geração de energia hidráulica é muito comum ver turbinas Kaplan. São turbinas de hélice que operam em plena capacidade e respondem bem a qualquer excesso de fluido. Graças a essas turbinas, eles eliminam uma grande quantidade de custos de instalação, uma vez que esta turbina é mais cara do que uma turbina de hélice, mas a instalação se torna muito mais eficiente a longo prazo.
Como funcionam as turbinas em hidrelétricas
Se quisermos manter uma tensão de saída constante em uma instalação hidrelétrica, a velocidade da turbina deve ser sempre mantida constante. Sabemos que a pressão da água varia em função da vazão e da intensidade com que cai. No entanto, a velocidade da turbina deve ser mantida constante independentemente dessas variações de pressão. Para permanecer estável, um grande número de controles é necessário tanto na turbina Francis quanto na turbina Kaplan.
As instalações de rodas Pelton costumam ser feitas em que o fluxo de água é ajudado a controlar abrindo e fechando os bicos ejetores. Quando há uma turbina Kaplan na instalação, um bico de desvio de descarga é usado para ajudar a desviar mudanças rápidas de corrente nos canais de queda que podem aumentar repentinamente a pressão da água. Desta forma, garantimos que as hélices são sempre armazenadas de forma constante e não são afetadas pelas mudanças na pressão da água. Esses aumentos na pressão da água são conhecidos como martelos de água. Eles podem ser muito prejudiciais para as instalações.
Porém, com todas essas configurações, um fluxo constante de água é mantido através dos bicos para que o movimento das pás da turbina seja mantido estável. Para evitar golpes de água, os bocais de descarga são fechados lentamente. As turbinas utilizadas para a geração de energia hidráulica variam de acordo com alguns tipos:
- Para os grandes saltos e pequenas taxas de fluxo Turbinas Pelton são usadas.
- Para aqueles cabeças menores, mas com um fluxo maior São utilizadas turbinas Francis.
- En cachoeiras muito pequenas, mas com um fluxo muito grande Kaplan e turbinas de hélice são usadas.
As usinas hidrelétricas dependem de uma grande quantidade de água contida nos reservatórios. Este fluxo deve ser controlado e pode ser mantido quase constante para que a água possa ser transportada através dos dutos ou comportas. A vazão é controlada por meio de válvulas para adequar a vazão da água que passa pela turbina. A quantidade de água que pode passar pela turbina depende da demanda de eletricidade a cada momento. O resto da água sai pelos canais de descarga.
Espero que com essas informações você possa aprender mais sobre a turbina Kaplan e a geração hidrelétrica.