A EFICIÊNCIA DE UMA TURBINA PELTON CRIADA POR ESTUDANTES DE ENGENHARIA MECÂNICA

A EFICIÊNCIA DE UMA TURBINA PELTON CRIADA POR ESTUDANTES DE ENGENHARIA MECÂNICA

Daniel Malanczuk ; Gabriel Labella ; Gustavo Selhorst ; Vilson Felix

Resumo

O objetivo deste artigo é levar à você, caro leitor, os resultados de uma experiência que foi a criação de protótipo de uma turbina de impulso (Pelton), lembrando que nosso experimento se baseou em transformar a energia mecânica do eixo da turbina em energia elétrica e medir sua eficiência. Sabemos que por se tratar um experimento acadêmico não teríamos tempo e nem recursos para produzir uma turbina de alta potência, portanto construímos uma de tal maneira que conseguíssemos medir alguns volts. Basicamente nossa estrutura foi feita em aço na base, cotovelos de PVC no lugar das pás de metal, um eixo rolamentado e um motor de corrente contínua de 9,6V. Ao testar a turbina em laboratório percebemos que nós não iriamos atingir sequer um volt de tensão pois faltava um conjunto de engrenagens ou polias que multiplicasse a rotação do eixo do motor em relação ao eixo da turbina. Por fim testamos nossa turbina e concluímos que alcançamos míseros 0,28V, ou seja, produzimos uma turbina de baixa eficiência.

Palavras Chave: Experiência, Protótipo, Turbina, Pelton, Eficiência.

1. Introdução

O desenvolvimento de uma turbina requer um conhecimento básico sobre as mesmas, algumas perguntas como, para que serve uma turbina?, como é utilizada? e quais os modelos mais comuns de se encontrar?, podem nos ajudar na busca deste conhecimento. Primeiramente uma turbina serve para captar a energia de movimento dos ventos (turbinas eólicas) e das águas (turbinas hidráulicas) e transformar em energia elétrica através de um mecanismo de pás acopladas, um conjunto de engrenagens e um gerador. Com o foco em turbinas hidráulicas podemos dizer que existem três tipos mais conhecidos, a turbina de Pelton, Francis e Kaplan. Estas turbinas trabalham de forma semelhante, por exemplo, todos os três tipos aproveitam a energia da água armazenada em um reservatório, onde deverá existir um nível d'água considerável em relação a turbina, que posteriormente passará por um conduto forçado e por fim será descarregada em um curso de abaixo da turbina.

1. Tipos de Turbinas Hidráulicas

1. Pelton

1. Francis

1.1.3 Kaplan

1.2 Objetivos

A partir disso, o objetivo deste trabalho é apresentar à você o desenvolvimento prático da construção de uma turbina Pelton realizado por estudantes de engenharia mecânica, bem como os resultados obtidos. Esperamos ao final do trabalho conseguir gerar a energia suficiente para acender um LED. Independente do resultado que teremos julgamos importante o desenvolvimento deste experimento para futuramente auxiliar pessoas como nós na construção desta turbina, de tal maneira que aqui iremos apontar nossos erros e acertos e por fim analisá-los.

1. Metodologia e Desenvolvimento

Para o desenvolvimento deste trabalho foram realizadas diversas pesquisas em sites informativos sobre o assunto, além dos vídeos que assistimos de turbinas hidráulicas feitas por profissionais e alunos. Vimos inicialmente que a grande maioria dos alunos construíram as turbinas utilizando materiais recicláveis, como garrafas de refrigerante, papelão, plásticos, porém poucos apresentaram turbinas feitas com materiais em aço. Então a partir disso definimos que iríamos construir algo diferente da maioria, utilizando eixo rolamentado, um disco com um peso maior, cotovelos de PVC e acabamento com tinta spray.

1.  Turbina de Eixo Horizontal

Com base em pesquisas realizadas em sites de geração de energia vimos que os rotores de eixo horizontal são mais comuns, e grande parte das experiências estão voltadas para a sua utilização. Estes rotores são geralmente movidos por forças de sustentação e devem possuir mecanismos capazes de permitir que o disco esteja sempre em posição perpendicular ao escoamento.

1.  Projeto

Para o desenvolvimento deste projeto foram necessários diversos itens que foram separados inicialmente de acordo com a sua função, como, componentes elétricos (motor e cabos), componentes mecânicos fixos (base e hastes) e componentes mecânicos móveis (eixo e rolamento). A nossa turbina é composta por base, haste fixa de sustentação do conjunto, haste ajustável da altura do motor, motor, eixo, rolamento, disco de corte, cotovelos de PVC (90º e T) e garrafas PET. A base e a haste fixa são os componentes que irão manter a turbina em pé e garantirá que a mesma não irá tombar com a força da água, a haste ajustável permitirá o alinhamento do eixo do motor ao eixo do disco, o motor e os cabos serão responsáveis pela conversão da energia mecânica em elétrica, o disco de corte com os cotovelos de PVC acoplados ao eixo e rolamento, transformarão a energia cinética da água em energia mecânica. Por fim as garrafas PET quando cortadas no tamanho ideal serão responsáveis pela proteção contra água no motor.