Máquinas motrizes com a finalidade de transformar a maior parte da energia deescoamento contínuo da água que atravessa em trabalho mecânico.

Primeira máquina motriz hidráulica: Rodas d´água (Virtruvio, 100 A.C.)

Classificação

Segundo a variação de pressão estática

Turbinas de Ação ou Impulso.• Nestas a pressão estática permanece constante entre a entrada e saída do rotor.• Ex: Turbinas Pelton Turbinas Turgo Turbinas Michell-Banki

Turbina de Reação ou sobrepressão:• A pressão estática diminui entre a entrada e saída do rotor.• Ex: Turbinas Francis, Turbina Deriaz, Turbina Kaplan e de Hélice.

Segundo a direção do fluxo através do rotor:

• Turbinas de fluxo tangencial, radial (centrigufa e centrípeta), semi-axial e de fluxo axial.

Segundo a admissão do rotor:

• Turbinas de admissão parcial e total.

Atendendo a disposição do eixo de rotação, podem ser classificadas em:

• Turbinas de eixo vertical• Turbinas de eixo horizontal

Componentes de uma turbina

Uma turbina compõe-se dos seguintes elementos :

Rotor - roda móvel, elemento principal, consiste numa série de pás ou conchas unidas a um eixo.

Distribuidor - parte fixa que serve de união entre o rotor e a tubagem forçada.

Tubagem forçada - conduz a água, sob pressão, até ao distribuidor.

Tubo de aspiração - Serve de união entre a turbina e a restituição para o rio. 

Turbina ZuppingerForom as primeiras turbinas que se utilizaram, introduzidas pela primeira chamadaroda tangencial Zuppinger desenvolvida pelo pelo engenheiro suíço de igual nome,em 1846.

Turbinas de Acção

Turbina Schwamkrug, (1850)

Radial y centrífuga

Turbina Girard, (1863)

Axial com o rotor para fora da água; enquanto o canal não subir de nível, funcionacomo uma turbina de ação normal, enquanto que se o nível subir eo rotor ficar imerso,trabalha como uma turbina de reação, mas não nas melhores condições; atualmente nãoé usada.

Turbina Michel, o BankiO fluxo de água atravessa o rotor cilíndrico transversalmente com duas passagens pelaspás. Se utiliza para pequenas e grandes quedas.

A faixa em que a turbina BANKI podetrabalhar é muito vasta, com quedas emtorno de 200m e caudais reduzidos (20 l/s).

A turbina BANKI aplica-se aosaproveitamentos hidroeléctricos depequenas potências até 2.000 kW, daí oseu “reaparecimento” após anos deesquecimento, devido ao entusiasmo quese está a criar em torno das minihídricas.

considerada uma turbina de acção, na qual o fluxo de água atravessa o rotor cilíndrico transversalmente com duas passagens pelas pás.

Turbinas Pelton (1829-1908)

A principal característica é a velocidade do jato na de saída do bocal, que pode chegar,dependendo da queda entre 150 a 180 m/s.

se clasifican generalmente por la posición del eje que mueven

Sendo que W2=kW1 Com k=0.8

O ângulo θ é denominado ângulo de deflexão do jato. O ângulo da pá que utilizamos em bombas e ventiladores é dado como complemento do ângulo de deflexão β2 = 180 −θ

β2 tem um limite mínimo , em torno de 40

– 50, para permitir uma boa saída da água. Em geral β2 =100

dteóricaHgV ⋅⋅= 21

drealHgmV ⋅⋅= 2

1 m=0.97 -0.98

drealHV 29.4

1= Com m=0.97

Velocidade absoluta de entrada (V1)

Velocidade tangencial ou periférica de entrada (U1)

21

1teórica

teórica

VU =

hteórica

real

VU η⋅=2

11

Sendo o ηh=0.90 -0.92

realrealVU 11

45.0 ⋅=

dHU 942.11 =

rU ⋅= ω60

nDU ⋅⋅Π=

Velocidade relativa de entrada (W1)

111 UVW −=

Diâmetro do jato (do)

10

4V

Qd⋅Π

=

Numero de pás (Z)

)7.012(15.10d

RZ ⋅+=

No caso ideal, sem atrito k=1 e θ=1800

(β2=0). Neste caso a eficiência máxima é 100%.• Na prática quando considera-se o atrito k=0,8 a 0,85.• O ângulo da pá é geralmente. θ=1650.

A maior queda, em turbina PELTON, situa-se na Suíça, (Dixence) com 1750m e potênciade 65 MW.

A maior potência é gerada no aproveitamento de Cubatão (Brasil) com 719m de queda e 110 MW

No século XVIII, Leonard Euler (1707-1783) desenvolveu uma roda de reação comdistribuidor fixo, verdadeira precursora da turbina.O nome turbina deve-se a Claude Burdin (1790-1873). Seu seguidor Benoit Fourneyron(1802-1867) construiu mais de 100 turbinas antes de falecer.

As turbinas radiais de Forneyron tornaram-se um grande sucesso desde o início e foramutilizadas em toda Europa continental e nos Estados Unidos, principalmente para acionarmáquinas da industria têxtil. Foram também instaladas em Niaraga Falls para gerar energiaelétrica.

Na seqüência, em 1843, surge a turbina Jonval, projetada pelo também engenheiro francêsFeu Jonval. A turbina Jonval é axial e aceita uma vazão de água muito superior à daturbina Fourneyron, além de operar eficientemente com quedas d’água muito inferiores.

Turbina Francis - James Bicheno Francis (1815-1892)

As turbinas FRANCIS classificam-se, segundo a velocidade específica em :

Lentas - diâmetro de saída sensivelmente menor que o de entrada.

Normais - diâmetro de entrada e saída são iguais.

Rápidas - diâmetro de saída maior que o da entrada.

Muito rápidas - o bordo de entrada das pás fica muito inclinado até ao eixo o quelhe dá características de hélice.

Estas turbinas são rigorosamente centrípetas A distribuição da água sobre as pás do rotor, é feita por uma série de pás distribuidoras ou pás diretrizes - externamente reguladas - as quais distribuem a água de forma simétrica e simultânea em todas as pás do rotor.a primeira turbina foi construída pela firma J.M. Voith em 1873A água entra no rotor de forma radial e sai de forma axial.Em operação, a água entra no rotor pela periferia, após passar através da pás diretrizes as quais guiam o líquido em um ângulo adequado para a entrada das pás do rotor, deixando o mesmo axialmente em relação ao eixo.Água atua simultaneamente em todas as pásVariação de 90º no escoamento entre entrada e saídaAltura de queda entre 45 e 750m

A turbina Francis pode ser executada tanto com eixo na horizontal quanto na vertical. A construção com eixo na horizontal, ou seja, a roda trabalhando verticalmente é utilizada para pequenas unidades.Francis caixa aberta (até 10 m de queda), caixa espiral (acima de 10 m)

Partes Principais- Segundo Norma NBR 6445

• Caixa espiral: NBR 6445 conduzir o fluxo de água recebido da adutora até o distribuidor. Obs.: seções transversais reduzem-se.• pré-distribuidor: pás fixas entre os anéis 4 e 5 –rigidez estrutural da caixa e pré-orientação do escoamento para o distribuidor.

Distribuidor

pás móveis entre os anéis - orientação do escoamento e controlar a vazão para o rotor

Acionamento: anel de regulação 1, movido por 1 ou 2 motores hidráulicos

Tubo difusor (tubo de sucção) de turbina Francis

o ângulo das paredes do tubo deaspiração com o eixo longitudinalnão ultrapassa os 6º.

Para Turbinas Francis o torque pode ser definido por uma análise do triângulo develocidades:

Turbina Kaplan (1876-1934)A tendência e também a necessidade de se obter rotores mais velozes levou aconstrução, por Victor Kaplan, das turbinas hélices. construiu-se uma turbina dotada deum dispositivo de regulagem que possibilitasse as hélices acompanharem a variaçãodas aletas.Assim as turbinas deste tipo, com pás móveis no rotor, passaram a ser chamadas deturbinas Kaplan, enquanto as pás fixas receberam o nome de turbinas Hélice.Recomendada para quedas menores e altas vazões (altas velocidades). Consistebasicamente de um rotor, similar a hélice de navio, ajustada internamente nacontinuação de um conduto, com o eixo saindo do conjunto no ponto em que atubulação muda de direção.

As turbinas de rotor Kaplan podem ter sua carcaça disposta em formato tubular ou emcaixa espiral. O acionamento e ajuste das pás do rotor e diretrizes é feito de maneiraautomatizada e, em conjugação sincronizada.

Turbina Kaplan.

Outra solução semelhante a Kaplan é a turbina tipo S

As turbinas axiais tipo "S" tem sua aplicação, principalmente para aproveitamento debaixas quedas, entre 5 e 20 m, podendo em alguns casos chegar a 25 m de queda

A Alstom, em Taubaté, fornece este tipo de turbinas para alturas entre 3 e 22m,vazões entre 9 e 50 m3/s e faixa de potência de 500 à 5000 kW, com diâmetros derotores que variam de 1,50 m até 2,65 m.

As turbinas Kaplan e Hélice têm normalmente o eixo vertical, mas podem existirturbinas deste tipo com eixo horizontal, as quais se designam por turbinas Bulboou de poço