Atividade_A3

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ATIVIDADE 03 
Curso: 
ENGENHARIA ELÉTRICA 
Disciplina: 
GERAÇÃO DE ENERGIA 
ELÉTRICA 
 
Aluno: 
FELIPE MARTINS DUARTE 
Matrícula: 
2020203431 
 
 
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Diversas estratégias são tomadas e parâmetros são avaliados ao desenvolver um novo empreendimento 
de geração de energia elétrica. 
Considerando ainda o projeto de empreendimentos que utilizam recursos hídricos como hidrelétricas, ou a 
readequação de centrais hidrelétricas já existentes, também incluindo possíveis reativações, sabe-se que 
existem dois parâmetros básicos para o entendimento do aproveitamento hidrelétrico: a altura da queda 
d'água (H) e a vazão (Q). É considerando esses dois parâmetros, inclusive, que se tem as classificações e 
modelos de turbinas hidráulicas mais comumente utilizadas no Brasil e no mundo. No projeto das usinas 
de Santo Antônio e Jirau, por exemplo, localizadas no Rio Madeira, dadas as condições ambientais 
demandadas como menor proporção territorial alagada e a possibilidade de operação sob imersão, tem-se 
o uso de turbinas do tipo Straflo e Bulbo. 
A rotação específica estabelecida por uma turbina, de maneira geral, dependerá tanto da vazão, dada em 
metros cúbicos por segundo, quanto da altura da queda d'água, em metros, como mostra a equação 
matemática a seguir, com g representando a aceleração da gravidade. 
 
Dessa forma, existem possíveis faixas mais adequadas, em termos de rotação necessária, que tornam 
possível associar diversos tipos de turbinas utilizadas em todo o mundo, como mostra o gráfico visto na 
Figura 1 adiante, considerando inclusive a queda d'água. 
 
Figura 1 - Possíveis rotações e quedas d'água e tipos de turbinas mais utilizados pelo mundo 
Fonte: Reis (2011, p. 113). 
 
 
 
ATIVIDADE 03 
Curso: 
ENGENHARIA ELÉTRICA 
Disciplina: 
GERAÇÃO DE ENERGIA 
ELÉTRICA 
 
Aluno: 
FELIPE MARTINS DUARTE 
Matrícula: 
2020203431 
 
 
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#PraCegoVer: gráfico com rotação (nQa) no eixo x e Hn, em metros, no eixo y. As turbinas existentes são apresentadas ao longo do plano, de 
acordo com o que mais se adequa em termos de rotação e queda d'água. Para quedas mais altas e mais baixas rotações, tem-se o modelo de 6 
injetores e de 1, 2 e 4 injetores. Para alturas intermediárias e rotações um pouco maiores que as anteriores, tem-se as turbinas Pelton e em 
seguida os modelos Francis. Para rotações ainda próximas dessas duas mas melhor adaptação em alturas mais baixas, tem-se as turbinas Dériaz. 
Por outro lado, aumentando tanto a queda d'água para níveis intermediários quanto às rotações, tem-se os modelos Kaplan e, por fim, para 
rotações ainda maiores, as turbinas Bulbo. 
 
REIS, L. B. Geração de energia elétrica: Manole, São Paulo, 2. Ed., 2011. Disponível na Biblioteca 
Virtual Universitária ou disponível na Minha Biblioteca. 
 
A especificação da turbina é uma parte importante do projeto do empreendimento hidrelétrico e também 
permite entender qual o gerador síncrono mais adequado, em certos casos, lembrando que as rotações 
devem ser compatíveis. Considerando, então, a contextualização prática apresentada, suponha que seja 
necessário, para um dado empreendimento hidrelétrico em projeto, uma turbina hidráulica capaz de 
operar, para efetivo aproveitamento hidráulico, com rotação intermediária e adaptação da relação vazão e 
queda d'água. Qual poderia ser a estratégia adotada pelo(a) profissional encarregado(a) no contexto? 
Justifique sua resposta. 
 
 
RESPOSTA: 
 
Existem três tipos principais de turbinas, dependendo do volume de água ou da diferença de altitude: turbina Francis, 
turbina Pelton e turbina Kaplan. 
A turbina Francis foi desenvolvido em 1848 do engenheiro anglo-americano James B. Francis e representa o tipo mais 
utilizado de turbina hidráulica. É uma turbina de fluxo centrípeto: a água atinge o impulsor por meio de um duto em 
espiral, e as hélices ajustáveis na parte fixa direcionam o fluxo para as hélices do impulsor. É utilizada em casos em 
que haja diferenças de altura média (de 10 a 300/400 metros) e fluxos de água de 2 a 100 metros cúbicos por 
segundo. 
 
 
 
A turbina Pelton foi criada em 1879 pelo carpinteiro e inventor americano Lester Allan Pelton. Seu princípio de 
operação reflete o da roda clássica dos antigos moinhos, modificada para aumentar sua eficiência: a água é 
transportada para a tubulação, que possui um bico no final, um tipo de gargalo que aumenta a velocidade da água 
direcionada. O jato de água que sai pelo bico atinge as pás do impulsor, que têm formato de côncavo. A turbina Pelton 
 
 
ATIVIDADE 03 
Curso: 
ENGENHARIA ELÉTRICA 
Disciplina: 
GERAÇÃO DE ENERGIA 
ELÉTRICA 
 
Aluno: 
FELIPE MARTINS DUARTE 
Matrícula: 
2020203431 
 
 
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é usada para grandes diferenças de altura (entre 300 e 1400 metros) e cursos inferiores a 50 metros cúbicos por 
segundo, para se obter velocidades mais elevadas. 
A Turbina Kaplan, projetada em 1913 pelo professor austríaco Viktor Kaplan, segue o princípio de operação das hélices 
de um navio. A turbina Kaplan é uma turbina do tipo axial: o fluxo de água com que faz as hélices girem em direção 
axial em relação ao eixo de rotação do impulsor. Graças à possibilidade de ajustar o ângulo de incidência das hélices, 
existe a vantagem de proporcionar um excelente desempenho na presença de pequenas diferenças de altura, mas 
também com grandes variações de vazão (superiores a 200 metros cúbicos por segundo). 
 
Porém a estratégia que melhor se enquadra para o exemplo proposto seria a turbina Francis, pois para valores 
intermediários de altura e vazão elas são as mais utilizadas, a força empregada tem um componente perpendicular e 
outro axial, sendo que a proporção da componente axial vai aumentando na medida em que a altura cai e a vazão 
aumenta. 
Turbinas Francis são as mais comuns em usinas hidrelétricas por sua flexibilidade e eficiência. O rotor varia de 1 a 10 
metros de diâmetro, e são usadas com quedas dágua de 10 até 650 metros, velocidades de 80-1000 RPM e as 
potencias variando de 10 a 750MWs. 
Exemplos de usinas que usam as turbinas Francis: Itaipu, Tucurui, Furnas, Foz de areia com cerca de 100 metros de 
queda de agua. 
 
REFERENCIAS: 
 
https://www.enelgreenpower.com/pt/learning-hub/energias-renoveveis/energia-hidraulica/turbina-hidreletrica 
 
http://mtz.ind.br/sistemas-tradicionais/francis/ 
 
https://www.enelgreenpower.com/pt/learning-hub/energias-renoveveis/energia-hidraulica/turbina-hidreletrica