Top 6 principais componentes da usina hidrelétrica

Leia este artigo para aprender sobre os seguintes seis componentes da usina hidrelétrica, ou seja, (1) Estruturas anteriores e de entrada, (2) Head Race ou conduítes de admissão, (3) tanque de surto, (4) turbinas e geradores, (5) Power House, e (6) Trail Race e Draft Tube.

1. Estruturas anteriores e de entrada:

Como o nome sugere, o forebay é um corpo de água aumentado na frente da ingestão. O reservatório atua como forebay quando penstock leva água diretamente dele. Quando o canal leva água para as turbinas, a seção do canal na frente das turbinas é ampliada para criar o forebay. O forebay armazena temporariamente a água para fornecer o mesmo para as turbinas. Não se pode permitir que a água passe como ela vem no reservatório ou no canal. Nos portões de entrada são fornecidos com guincho para controlar a entrada de água. Na frente dos portões, há prateleiras de lixo para evitar que detritos, árvores, etc. entrem na comporta. Rakes também são fornecidos para limpar as prateleiras de lixo em intervalos.

2. Corrida de Cabeça ou Condutas de Admissão:

Eles carregam água para as turbinas do reservatório. A escolha do canal aberto ou de uma conduta de pressão (Penstock) depende das condições do local. O conduto de pressão pode estar na forma de uma passagem de admissão dilatada no corpo da barragem ou pode ser um conduto longo de aço ou concreto ou às vezes um túnel que se estende por poucos quilômetros entre o reservatório e a casa de força.

O conduíte de pressão não segue os contornos do solo e qualquer gradiente é dado para se adequar às condições do local. A velocidade da água no conduto de energia também é maior do que no canal aberto. Até cerca de 60 metros de cabeça, a velocidade pode variar entre 2, 5 a 3 0 m / seg.

Para cabeças maiores, a velocidade pode ser ainda maior. Às vezes é conveniente ou econômico adotar o canal aberto em parte ou totalmente como o canal principal. O canal da corrida da cabeça pode levar a água para as turbinas ou para as comportas e geralmente é adotado em instalações de baixa cabeça, onde as perdas de carga são relativamente importantes. A vantagem de um canal aberto é que ele poderia ser usado para fins de irrigação ou navegação.

3. tanque de surto:

Um tanque de surto é um reservatório de armazenamento instalado em alguma abertura feita em uma linha de tubo longa ou comporta para receber o fluxo rejeitado quando a linha de tubulação é subitamente fechada por uma válvula instalada em sua extremidade íngreme, veja a Fig. 20.5. Um tanque de compensação, portanto, alivia a linha de tubulação de pressão excessiva produzida devido ao seu fechamento, eliminando assim o efeito de golpe de aríete positivo.

Isso é feito admitindo-se no tanque de surto uma grande massa de água que, de outra forma, teria voado para fora da linha de tubulação, mas retornaria ao tanque devido ao fechamento da extremidade do tubo. Ele também serve ao propósito de suprir repentinamente um fluxo adicional sempre que requerido pelos motores hidráulicos a qualquer momento. O tanque de surto é empregado principalmente em uma usina de energia hidráulica ou em uma grande usina de bombeamento para controlar as variações de pressão resultantes de mudanças rápidas no fluxo.

No caso da usina hidrelétrica, quando há redução repentina de carga na turbina, torna-se necessário que o regulador feche as comportas da turbina para ajustar o fluxo de água, a fim de manter constante a velocidade da turbina. No entanto, a água já está a caminho da turbina.

Quando as portas da turbina estão fechadas, a água em movimento tem que voltar. Um tanque de descarga atuaria então como um receptáculo para armazenar a água rejeitada e, assim, evitar o golpe de aríete. Por outro lado, quando há uma demanda imediata na turbina e mais energia, o regulador reabre as comportas em proporção ao aumento da carga., tornando necessário fornecer mais água.

Para um tubo longo, leva um tempo considerável antes que toda a massa de água possa ser acelerada. O tanque de descarga, que geralmente está localizado perto da turbina, atenderá à demanda repentinamente aumentada de água até que a velocidade na parte superior da linha adquira um novo valor.

Da mesma forma, para uma grande usina de bombeamento com um tubo de entrega longo, um tanque de compensação também pode ser empregado para controlar as variações de pressão no lado da entrega, que resultam do desligamento ou arranque repentino de uma bomba. Quando a bomba é ligada, a maior parte do fluxo inicial da bomba entra no tanque de compensação, reduzindo assim o efeito de golpe de aríete no tubo de distribuição. Por outro lado, quando a bomba é desligada repentinamente, o tanque de compensação fornece espaço extra para acomodar a água que retornaria, aliviando assim a pressão do golpe de aríete.

Funções do tanque de surto:

O tanque de surto serve assim os seguintes propósitos:

Eu. Controle de variações de pressão resultantes de mudanças rápidas no fluxo da tubulação, eliminando assim o efeito de golpe de ariete.

ii. Regulação do fluxo em energia e bombeamento de plantas, fornecendo a necessária cabeça aceleradora ou retardadora.

Localização do tanque de surto:

Teoricamente, um tanque de compensação deve ser localizado o mais próximo possível de uma usina de energia ou bombeamento. O local ideal no caso de usina de energia é na entrada da turbina, mas raramente é possível no caso de instalações de cabeça média e alta, porque ela terá que ser muito alta. Para reduzir sua altura, ela geralmente está localizada em uma junção de túnel de pressão e uma comporta (ver Fig. 20.5) ou no lado da montanha.

4. Turbinas e Geradores:

Turbina converte energia hidráulica em energia mecânica. A energia mecânica desenvolvida por uma turbina é usada na operação de um gerador elétrico. Está diretamente acoplado ao eixo da turbina. O gerador desenvolve energia elétrica. Uma turbina consiste em uma roda chamada corredor. O corredor é fornecido com lâminas ou baldes especialmente projetados. A água que possui grande energia hidráulica atinge as lâminas e o rotor gira.

Turbinas de água podem ser classificadas em dois tipos, a saber:

Eu. Turbinas de impulso ou de velocidade e

ii. Turbinas de reação ou pressão.

Turbina de Impulso:

Na turbina de impulso, toda a energia potencial disponível ou a cabeça é convertida em energia cinética ou cabeça de velocidade, passando a água através de um bico de contração ou por palhetas guia antes de atingir os baldes. A roda gira livremente no ar e a água está em contato com apenas uma parte da roda de cada vez. A pressão da água o tempo todo é atmosférica.

A fim de evitar salpicos e guiar a água descarregada dos baldes para a pista de corrida, é fornecido um invólucro. Uma turbina de impulso é essencialmente uma roda de baixa velocidade e é usada para cabeças relativamente altas. Roda Pelton, roda de impulso Turgo e turbina Girard, são alguns tipos de turbina de impulso. Na roda de Pelton, a água atinge o corredor tangencialmente.

Turbina de reação:

Em uma turbina de reação, apenas parte da energia potencial disponível é convertida em cabeça de velocidade, na entrada do corredor. A parte de equilíbrio permanece como uma cabeça de pressão. A pressão na entrada da turbina é muito maior que a pressão na saída.

Varia ao longo da passagem da água pela turbina. Principalmente o poder é desenvolvido pela diferença na pressão atuando na frente e atrás das pás do rotor. Apenas uma pequena parte do poder vem da ação dinâmica da velocidade. Como a água está sob pressão, todo o fluxo da corrida da cabeça para a corrida de cauda ocorre em um sistema fechado.

As turbinas Francis e Kaplan são dois tipos importantes de turbinas de reação. Na turbina Francis há fluxo radial interno de água. Na moderna turbina Francis, o fluxo entra radialmente para dentro, mas sai em direção paralela ao eixo no centro. É chamado fluxo misto.

Nas turbinas Girard, hélice e Kaplan, o fluxo é axial ou paralelo ao eixo do eixo da turbina. A seleção de um tipo adequado de turbina depende principalmente da cabeça disponível e da quantidade de resíduos necessária.

As turbinas podem ser classificadas da seguinte forma com referência ao tipo de usina:

Turbina de cabeça baixa (menos de 30 m);

Turbina de cabeça média (30 a 160 m);

Turbina de cabeça alta (até e acima de 1000 m);

As turbinas de cabeça baixa são turbina propulsora e turbina Kaplan. Essas turbinas usam grande quantidade de água. Turbinas de cabeça média são modernas turbinas Francis. As turbinas de impulso são turbinas de alta capacidade. Estas turbinas requerem relativamente menos quantidade de água.

5. Casa de Força:

O objetivo da casa de força é apoiar e alojar o equipamento hidráulico e elétrico.

A casa de força é prontamente dividida em duas partes, como segue:

Eu. A subestrutura para suportar o equipamento e fornecer os caminhos de água necessários.

ii. A superestrutura ou prédio para abrigar e proteger o equipamento.

Subestrutura:

A subestrutura pode formar uma parte integral da estrutura da barragem e da admissão. Em outros casos, a subestrutura pode estar distante da barragem, a entrada da barragem e a casa de força sendo estruturas inteiramente separadas. A subestrutura é construída exclusivamente de concreto e é reforçada com aço, quando necessário.

Superestrutura:

A sala de geração, a parte principal da casa de força, contém as unidades principais e seus acessórios, e geralmente há uma ponte rolante de força ou operada manualmente que cobre a largura da casa de força. O quadro elétrico e o posto de operação estão geralmente próximos ao centro da estação, tanto ao nível do piso como, para melhor visibilidade, no segundo andar ou em um nível acima do piso principal.

Geralmente, um compartimento auxiliar ou seção da casa de força será necessário a montante das unidades principais para os comutadores, conexões de barramento e linhas de saída. Se os transformadores estiverem localizados dentro da estação, eles também estarão no compartimento auxiliar, comumente no nível do piso e desligados do piso principal por portas ou persianas de aço.

Um guindaste itinerante é uma parte importante do equipamento da casa de força. Ao fixar a elevação do trilho do guindaste acima do piso, é essencial que haja espaço suficiente para elevar e transportar qualquer uma das várias partes da máquina.

6. Corrida de Cauda e Tubo de Rascunho

O canal no qual a turbina descarrega no caso da roda de impulso e através do tubo de sucção no caso da turbina de reação é chamado de corrida de cauda. O tubo de sucção ou tubo de sucção não é nada além de um tubo hermético instalado em todas as turbinas de reação no lado de saída. Estende-se desde a extremidade de descarga do rotor da turbina até cerca de 0, 5 metros abaixo da superfície do nível da água da cauda. O tubo de sucção retilíneo geralmente recebe um flare de 4 a 6 graus para reduzir gradualmente a velocidade da água.

A ação de sucção da água nesse tubo tem o mesmo efeito no corredor do que uma cabeça equivalente, de modo que a turbina desenvolve a mesma potência como se fosse colocada na superfície da água da cauda. A cauda da roda de impulso é comumente uma passagem aproximadamente retangular, correndo de um ponto sob a roda até um ponto fora das fundações da casa de força onde ela entra no canal de saída ou no rio. Por causa da pequena descarga da roda de impulso, bem como da velocidade admissível mais alta, a passagem da cauda é muito menor que a da turbina de reação.

No caso da turbina de reação, a largura do canal da pista de corrida sob a casa de força depende do espaçamento da unidade e da espessura dos pilares e paredes entre os compartimentos da unidade. A profundidade do canal da pista de corrida depende da velocidade que geralmente é considerada em torno de 1 metro por segundo. Onde a casa de força está perto do rio, a corrida de cauda pode ser o próprio rio. Em outros casos, um canal de corrida de cauda de um certo comprimento pode ser fornecido para se juntar ao poço da turbina com o rio.