Visão geral e princípios de design da turbina Pelton

Turbina Pelton (também traduzida: Pelton waterwheel ou turbina Bourdain, em inglês: Pelton wheel ou Pelton Turbine) é um tipo de turbina de impacto, que foi desenvolvida pelo inventor americano Lester W. Desenvolvido por Alan Pelton.As turbinas Pelton usam água para fluir e batem na roda d'água para obter energia, o que é diferente da tradicional roda d'água de injeção ascendente acionada pelo próprio peso da água.Antes do projeto de Pelton ser publicado, existiam várias versões diferentes da turbina de impacto, mas eram menos eficientes do que o projeto de Pelton.Depois que a água sai da roda d'água, a água geralmente ainda tem velocidade, desperdiçando grande parte da energia cinética da roda d'água.A geometria da pá de Pelton é tal que o impulsor sai do impulsor apenas a uma velocidade muito baixa depois de funcionar a metade da velocidade do jato de água;portanto, o projeto de Pelton capta quase inteiramente a energia de impacto da água, de modo que o possui uma turbina hidráulica de alta eficiência.

Depois que o fluxo de água de alta velocidade de alta eficiência entra na tubulação, a coluna de água forte é direcionada para as pás do ventilador em forma de balde na roda móvel através da válvula de agulha para acionar a roda móvel.Isso também é conhecido como as pás do ventilador de impacto, elas circundam a periferia da roda motriz e são chamadas coletivamente de roda motriz.(Veja a foto para detalhes, Vintage Pelton Turbine).À medida que o jato de água colide com as pás do ventilador, a direção do fluxo da água mudará devido ao formato do balde.A força do impacto da água exercerá um momento no balde de água e no sistema de roda móvel, e usará isso para girar a roda móvel;a direção do fluxo da própria água é “irreversível”, e a saída do fluxo de água é definida fora do balde de água, e a taxa de fluxo do fluxo de água cairá para velocidade muito baixa.Durante este processo, a quantidade de movimento do jato de fluido será transferida para a roda em movimento e daí para a turbina hidráulica.Portanto, o “choque” pode realmente funcionar para a turbina.Para maximizar a potência e a eficiência do trabalho da turbina, o sistema de rotor e turbina é projetado para dobrar a velocidade do jato de fluido na caçamba.E uma proporção muito pequena da energia cinética original do jato de fluido permanecerá na água, o que faz com que o balde esvazie e encha na mesma velocidade (ver conservação de massa), para que o fluido de entrada de alta pressão possa continuar a ser injetado sem interrupção.Nenhuma energia precisa ser desperdiçada.Normalmente, dois baldes serão montados lado a lado no rotor, o que permitirá que o fluxo de água seja dividido em dois tubos iguais para jato (ver foto).Essa configuração equilibra as forças de carga lateral no rotor e ajuda a garantir suavidade, enquanto a energia cinética dos jatos de fluido também é transferida para o rotor da turbina hidráulica.

Como a água e a maioria dos líquidos são quase incompressíveis, quase toda a energia disponível é capturada no primeiro estágio após o fluido fluir para a turbina.As turbinas Pelton, por outro lado, possuem apenas uma seção de roda móvel, ao contrário das turbinas a gás que operam com fluidos compressíveis.

Aplicações práticas As turbinas Pelton são um dos melhores tipos de turbinas para geração de energia hidrelétrica e são o tipo de turbina mais adequado para o ambiente quando a fonte de água disponível tem alturas manométricas muito altas e baixas vazões.eficaz.Portanto, no ambiente de alta queda e baixo fluxo, a turbina Pelton é a mais eficaz, mesmo que seja dividida em duas correntes, ela ainda contém a mesma energia em teoria.Além disso, os conduítes usados ​​para as duas correntes de injeção devem ser de qualidade comparável, uma das quais requer um tubo longo e fino e a outra um tubo curto e largo.As turbinas Pelton podem ser instaladas em locais de todos os tamanhos.Já existem usinas hidrelétricas com turbinas hidráulicas de eixo vertical Pelton na classe ton.Sua maior unidade de instalação pode ser de até 200 MW.As menores turbinas Pelton, por outro lado, têm apenas alguns centímetros de largura e podem ser usadas para extrair energia de correntes que fluem apenas alguns galões por minuto.Alguns sistemas de encanamento doméstico utilizam rodas d'água do tipo Pelton para entrega de água.Essas pequenas turbinas Pelton são recomendadas para uso em alturas de 30 pés (9,1 m) ou mais para gerar energia significativa.Atualmente, de acordo com o fluxo de água e o projeto, a altura da cabeça do local de instalação da turbina Pelton está preferencialmente na faixa de 49 a 5.905 pés (14,9 a 1.799,8 metros), mas não há limite teórico no momento.