Turbinas Kaplan: Características Principais, Aplicações e Funcionamento

Com a vasta maioria de turbinas existentes, a Kaplan é uma delas. Funciona no princípio de fluxo axial de reação, embora outros tipos funcionem neste princípio. Em turbinas de fluxo axial, a água flui através do rotor na direção paralela ao eixo de rotação do rotor. Continue comigo, isso será explicado mais!

Hoje você conhecerá a definição, aplicações, função, componentes, diagrama e princípio de funcionamento de uma turbina Kaplan. Também conhecerá as vantagens e desvantagens desta turbina Kaplan.

O que é uma turbina Kaplan?

Uma turbina Kaplan é uma turbina hidráulica do tipo hélice que funciona no princípio de fluxo axial de reação. Diferente de outras, a turbina Kaplan possui pás ajustáveis. Sua invenção permitiu produção eficiente de energia em aplicações de baixa queda. Esta queda varia de 10 a 70 metros (33 a 230 pés) e a potência varia de 5 a 200 MW. O uso de turbinas Kaplan é na produção de energia de alto fluxo e baixa queda.

Turbinas Kaplan são a evolução da turbina Francis, permitindo produção eficiente de energia em aplicações de baixa queda. Isso não é possível com turbinas Francis, e é onde a modificação começa.

O professor austríaco Viktor Kaplan desenvolveu esta turbina em 1913. Ele combinou pás de hélice ajustadas automaticamente com comportas de entrada ajustadas automaticamente para que a eficiência possa ser alcançada em uma ampla gama de vazão e níveis de água.

Aplicações da turbina Kaplan

Abaixo estão as aplicações de uma turbina Kaplan:

• Turbinas Kaplan são amplamente usadas para produção de energia elétrica.
• Sua versão pequena ou modelo é produzida para produção de energia individual.
• Grandes turbinas Kaplan são projetadas para locais operarem na maior eficiência possível.
• Recentemente, turbinas Kaplan são usadas offshore para geração de energia de ondas.

Nota: assim como outras turbinas, a função principal de uma turbina Kaplan é geração de energia elétrica.

Componentes da turbina Kaplan

Abaixo estão os componentes de uma turbina Kaplan e suas funções.

Carenagem espiral:

Este é um tipo de carenagem espiral, com área de seção transversal decrescente. A água das tubulações de alimentação entra neste componente e então se move para as aletas guia onde gira 90°. Também flui axialmente através do rotor. O rotor, pás do rotor, aletas guia e outras partes internas da turbina são protegidos de danos externos.

Mecanismo de aletas guia:

Turbinas Kaplan usam o mecanismo de aletas guia para controlar toda a turbina. Abre e fecha dependendo da necessidade de potência. Em casos onde maior potência de saída é necessária, abre mais para permitir mais água atingir as pás do rotor. Em menor potência de saída, fecha para cessar o fluxo de água. Na ausência destes componentes nas turbinas Kaplan, a eficiência diminui extremamente.

Tubo de aspiração:

A função de um tubo de aspiração é descarregar água da saída de uma turbina para o canal de fuga. Isso porque a pressão na saída do rotor de turbinas de reação é geralmente menor que a pressão atmosférica. A água na saída não pode ser descarregada diretamente no canal de fuga. Portanto, um tubo ou cano de áreas gradualmente crescentes é usado para descarga da água.

Pás do rotor:

Em turbinas Kaplan, as pás do rotor são um dos componentes essenciais. De fato, é considerado o coração das turbinas Kaplan pois ajuda na geração de energia elétrica. A pá é projetada com um eixo conectado ao eixo do gerador. Há um grande cubo montado no rotor que permite que as pás se assentem firmemente. Estas pás são ajustáveis a um ângulo de ataque ótimo para máxima potência de saída. Turbinas Kaplan têm torções ao longo de seu comprimento.

Diagrama da turbina Kaplan:

Princípios de funcionamento da turbina Kaplan

O funcionamento de uma turbina Kaplan é menos complexo e pode ser facilmente compreendido. Em seu funcionamento, a água vinda da tubulação de alimentação entra na carenagem espiral. Esta carenagem é projetada de forma que a pressão de fluxo não seja perdida. Uma aleta guia ajustável direciona a água para as pás do rotor. Estas aletas podem se ajustar dependendo da necessidade de vazão. A água faz uma curva de 90 graus para que a direção da água seja axial às pás do rotor.

A água atinge devido à força de reação da água, as pás do rotor começam a girar. Para maior eficiência da turbina, as pás do rotor têm torções ao longo de seu comprimento. Portanto, um ângulo de ataque ótimo para todas as seções transversais das pás é obtido.

A água entra no tubo de aspiração a partir das pás do rotor, onde sua energia de pressão e energia cinética diminuem. O aumento da pressão da água é experimentado quando a energia cinética é convertida em energia de pressão.

Esta rotação da turbina é o que gira o eixo do gerador para produção de energia elétrica.

assista ao vídeo abaixo para saber mais sobre uma turbina Kaplan:

Vantagens e desvantagens da turbina Kaplan

Vantagens:

Abaixo estão os benefícios da turbina Kaplan em suas várias aplicações:

• Design é menos complexo e pode ser facilmente construído.
• Menos espaço é necessário para instalação.
• Tem eficiência muito alta comparada a outras
• Mais eficiente em baixa queda
• O número de pás é menor
• Aço inoxidável é o material da pá que pode reduzir cavitação.

Desvantagem:

Apesar das boas vantagens da turbina Kaplan, algumas limitações ainda ocorrem. Abaixo estão as desvantagens de uma turbina Kaplan em suas várias aplicações.

• Cavitação é um grande defeito de uma turbina Kaplan. Ocorre devido à queda de pressão no tubo de aspiração.
• O eixo só pode ser posicionado na direção vertical.
• Sua operação requer grande vazão.

Conclusão

Turbinas Kaplan foram explicadas como turbina hidráulica tipo hélice que funciona no princípio de fluxo axial de reação. Sua função principal é geração de energia elétrica. Isso é tudo para este post, onde demos a definição, aplicações, funcionamento, componentes e diagrama da turbina Kaplan. Também demos suas vantagens e desvantagens.

Espero que tenha obtido muito deste post; se sim, compartilhe com outros estudantes. Obrigado por ler, até a próxima!