Mini Usinas Hidrelétricas Alterima Geradores (MHU)
A queda d'água de um córrego ou rio é uma fonte alternativa, renovável e gratuita de energia.
Através da instalação de uma Mini usina Hidroelétrica alterima – MUH, esta energia pode ser aproveitada na propriedade rural.
A Microusina Hidrelétrica alterima é composta por barragen de desvio, tomada d'agua, Câmara de carga, casa de maquinas ou de força, tubulação e linhas de transmissão e distribuição.
A barragem serve para manter o nível do rio (ou riacho, corrego, ribeirão, etc...) por meio de um vertedor. Pode ser construída com pedras ou outro material de cotenção. Tomada d'agua é o canal que conduz a água até a câmara de carga. Nos casos mais simples, pode ser escavada com uma enxada.
Câmara de carga é o tanque que recebe a água do canal. Feito geralmente de tijolo e cimento, deve ter uma grade na junção com a tubulação que leva a água até a turbina, para reter folhas, galhos, terra, frutas etc. Casa de maquinas é a construção coberta, quase sempre em alvenaria, que abriga a turbina, o gerador e o painel de controle. A turbina é um dos componentes básicos da usina. Seu rotor, por onde a água escoa, absorve energia hidráulica, transformando em energia mecânica.
Gerador alterima é o equipmento que, ligado ao eixo da turbina ( pch ), transforma a energia mecânica em elétrica. O painel de controle deve ter um voltímetro, para controlar a frequencia, além da chave liga/desliga. Linhas de transmissão: fiação montada em postes de madeira ou de cimento, por onde a energia hidráulica, transformada em energia elétrica, é levada aos pontos de consumo.
No Brazil existe um grande déficit de energia elétrica, principalmente no meio rural.
Enquanto este problema não é solucionado, as fontes energéticas alternativas, como biomassa, energia eólica, energia solar, captadas por células fotovoltaicas, oferecem uma boa opção de desenvolvimento. A mais vantajosa entre essas opções, no entanto, é a energia hidrelétrica, pois é perene e relativamente barata. Além do mais, a energia produzida pelas mini usinas hidrelétricas alterima (MHU) não agride o meio ambiente.
Veja abaixo uma turbina Francis, são para grandes gerações de energia e requer uma obra de grande porte e manutenção constante, isto difere as turbinas Alterima de fácil instalação e manutenção para pequenas quedas d'aguas e vazões.
Turbina Francis
As turbinas hidráulicas alterima são projetadas para transformar a energia hidráulica (a energia de pressão e a energia cinética) de um fluxo de água, em energia mecânica. Atualmente são mais encontradas em usinas hidrelétricas, onde são acopladas a um gerador elétrico, o qual é conectado à rede de energia. Contudo também podem ser usadas para geração de energia em pequena escala, para as comunidades isoladas.
Indice
1 - Princípios
2 - Projeto
3 - Partes principais de uma turbina hidráulica
3.1 - Caixa espiral
3.2 - Pré distribuidor
3.3 - Distribuidor
3.4 - Rotor e eixo
3.5 - Tubo de sucção
4 - Tipos principais de turbinas hidráulicas
4.1 - Pelton Alterima
4.2 - Francis
4.3 -KaplanPrincipios
As turbinas hidráulicas alterima dividem-se diversos tipos, sendo quatro tipos principais: Pelton, Francis, Kaplan, Bulbo. Cada um destes tipos é adaptado para funcionar em usinas, com uma determinada faixa de altura de queda e vazão. As vazões volumétricas podem ser igualmente grandes em qualquer uma delas, mas a potência será proporcional ao produto da queda (H) e da vazão volumétrica (Q).
Em todos os tipos há alguns princípios de funcionamento comuns. A água entra pela tomada de água, a montante da usina hidrelétrica alterima que está num nível mais elevado, e é levada através de um conduto forçado até a entrada da turbina. Lá a água passa por um sistema de palhetas guias móveis, que controlam a vazão volumétrica fornecida à turbina. Para se aumentar a potência as palhetas se abrem, para diminuir a potência elas se fecham. Após passar por este mecanismo a água chega ao rotor da turbina. Nas turbinas Pelton alterima, não há um sistema de palhetas móveis, e sim um bocal com uma agulha móvel, semelhante a uma válvula. O controle da vazão é feito por este dispositivo.
Por transferência de quantidade de movimento parte da energia potencial dela, é transferida para o rotor na forma de torque e velocidade de rotação. Devido a isto a água na saída da turbina estará a uma pressão bem menor do que a inicial.
Após passar pelo rotor, um duto chamado tubo de sucção, conduz a água até a parte de jusante da casa de forçaA, no nível mais baixo. As turbinas Pelton, têm um princípio um pouco diferente (impulsão) pois a pressão primeiro é transformada em energia cinética, em um bocal, onde o fluxo de água é acelerado até uma alta velocidade, e em seguida choca-se com as pás da turbina imprimindo-lhe rotação e torque.
As turbinas hidráulicas, podem ser montadas com o eixo no sentido vertical ou horizontal. Os esforços oriundos do peso próprio e da operação da máquina são suportado axialmente por mancais de escora e contra-escora e radialmente por mais de guia, sendo que o arranjo e quantidade de mancais podem variar em cada projeto.
Normalmente, devido ao seu alto custo e necessidade de ser instalada em locais específicos, as turbinas hidráulicas são usadas apenas para gerar eletricidade. Por esta razão a velocidade de rotação é fixada num valor constante.
A potência de uma turbina pode ser calculada pela seguinte expressão:
O índice 
é a eficiência total da turbina. A eficiência é a fração da energia total da fonte de energia primária (no caso a água) que é convertida em energia útil (no caso potência de eixo). As principais causas da perda de energia nas turbinas são:
Tipicamente turbinas modernas têm uma eficiência entre 85% e 95%, que varia conforme a vazão de água e a queda líquida.
A parte mais Importante
O Projeto
O projeto de uma turbina hidráulica pch é específico para cada usina hidrelétrica. Isto se deve ao fato de que a seleção de uma turbina hidráulica é baseada na queda e vazão disponíveis no local onde a turbina será instalada, o que resultará em máquinas com rotações, diâmetros e potências diferentes, resultando em projetos quase que exclusivos para cada Usina ou mini usina Alterima.
Partes principais de uma turbina hidraulica - PCHs
Uma turbina ou pch é constituída basicamente por cinco partes: caixa espiral, pré-distribuidor, distribuidor, rotor e eixo, tubo de sucção.
Caixa espiral
É uma tubulação de forma toroidal que envolve a região do rotor. Esta parte fica integrada à estrutura civil da usina, não sendo possível ser removida ou modificada. O objetivo é distribuir a água igualmente na entrada da turbina.
É fabricada com chapas de aço carbono soldadas em segmentos. A caixa espiral conecta-se ao conduto forçado na secção de entrada, e ao pré-distribuidor na secção de saída.
Pré distribuidor
A finalidade do pré-distribuidor é direcionar 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, para não gerar perda de carga e não provocar turbulência no escoamento. É uma parte sem movimento, soldada à caixa espiral e fabricada com chapas ou placas de aço carbono.
Distribuidor
O distribuidor é composto de uma série palhetas móveis, acionadas por um mecanismo hidráulico montado na tampa da turbina (sem contato com a água). Todas as palhetas tem o seu movimento conjugado, isto é, todas se movem ao mesmo tempo e de maneira igual.
O acionamento 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 diretrizes. Há casos em que não há anel de regulação para sincronizar o movimento de abertura e fechamento das palhetas. Neste caso, são utilizados diversos servomotores, sendo cada um designado a movimentar uma única palheta diretriz.
O distribuidor controla a potência da turbina pois regula vazão da água. É um sistema que pode ser operado manualmente ou em modo automático, tornando o controle da turbina praticamente isento de interferência do operador.
Rotor e eixo
O rotor da turbina (pch) é onde ocorre a conversão da potência hidráulica em potência mecânica no eixo da turbina.
Tubo de sucção
Duto de saída da água, geralmente com diâmetro final maior que o inicial, desacelera o fluxo da água após esta ter passado pela turbina, devolvendo-a ao rio parte jusante da casa de força.
Tipos principais de turbinas hidraulicas alterima PCH
Pelton
Turbina Pelton Alterima gerador
São adequadas para operar entre quedas de 2 m até 1100 m, sendo por isto muito mais comuns em países montanhosos.
Este modelo de turbina ( PCHs ) opera com velocidades de rotação maiores que os outros, e tem o rotor de característica bastante distintas. Os jatos de água ao se chocarem com as conchas do rotor geram o impulso.
Dependendo da potência que se queira gerar podem ser acionados os 6 bocais simultaneamente, ou apenas cinco, quatro, etc... O número normal de bocais varia de dois a seis, igualmente espaçados angularmente para garantir um balanceamento dinâmico do rotor.
Um dos maiores problemas destas turbinas, devido à alta velocidade com que a água se choca com o rotor, é a erosão provocada pelo efeito abrasivo da areia misturada com a água, comum em rios de montanhas. As turbinas pelton alterima, devido a possibilidade de acionamento independente nos diferentes bocais, tem uma curva geral de eficiência plana, que lhe garante boa performance em diversas condições de operação.
Francis
Turbina Francis de 100 hp (a azul)
São adequadas para operar entre quedas de 40 m até 400 m. A Usina hidrelétrica de Itaipu assim como a Usina hidrelétrica de Tucuruí, Furnas e outras no Brasil funcionam com turbinas tipo Francis com cerca de 100 m de queda d' água, como a figura apresentada no topo deste artigo.
Kaplan
São adequadas para operar entre quedas de 20 m até 50 m. 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 injetado 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.
O acionamento das pás é conjugado ao das palhetas do distribuidor, de modo que para uma determinada abertura do distribuidor, corresponde um determinado valor de inclinação das pás do rotor.
As Kaplans também apresentam uma curva de rendimento plana garantindo bom rendimento em uma ampla faixa de operação. A usina hidroelétrica de Três Marias funciona com turbina Kaplan.
