Turbinas para Micro-Hídrica

Introdução

As turbinas hidráulicas convertem a energia da água em energia mecânica, que pode ser posteriormente transformada em energia eléctrica através de um gerador. Existem diversos tipos de turbinas, cada uma adequada para diferentes condições de queda de água e caudal.

Nos micro-aproveitamentos hídricos, onde o foco é a simplicidade, eficiência e custo-benefício, a escolha da turbina deve considerar:

• A altura da queda (diferença de nível da água).
• O caudal disponível (quantidade de água por segundo).
• A eficiência da turbina e o custo de fabrico/implementação.

Comparação das Turbinas

A tabela abaixo apresenta uma comparação das turbinas mais utilizadas para micro-aproveitamentos hídricos, com base na queda recomendada, caudal necessário e eficiência estimada.

Turbina	Queda Recomendada	Caudal Recomendado	Eficiência (%)
Roda de Água Cross-Flow	0,5 - 5 m	Elevado	50 - 60
Turbina Cross-Flow	1 - 30 m	Médio a Elevado	65 - 80
Turbina Propeller	1 - 10 m	Elevado	75 - 90
Turbina Kaplan	2 - 25 m	Elevado	85 - 95
Turbina Francis	10 - 100 m	Médio	85 - 92
Turbina Turgo	10 - 80 m	Moderado	75 - 85
Turbina Pelton	30 - 120 m	Baixo	85 - 90
Turbina PAT	5 - 50 m	Moderado	60 - 80
Turbina VLH	0,5 - 5 m	Elevado	75 - 85
Turbina Archimedes Screw	1 - 10 m	Médio a Elevado	75 - 85
Turbina de Gravidade	1 - 15 m	Médio	50 - 70
Turbina Darrieus Hidráulica	2 - 20 m	Moderado	60 - 75

A eficiência da turbina depende de vários factores, incluindo precisão no fabrico, ajuste do bocal de admissão, perdas mecânicas e condições do caudal.

Tipos de Turbinas e Aplicações

1️⃣ Roda de Água de Tipo Cross-Flow com Eixo Vertical

Queda recomendada: 0,5 a 5 metros

✅ Caudais elevados | ✅ Eficiência superior às rodas tradicionais | ✅ Baixo custo e fabrico simples

A água entra pela parte superior da roda e atravessa as pás duas vezes, aproveitando tanto a energia cinética como a energia potencial.

O fluxo contínuo mantém um movimento estável e eficiente, sem grandes perdas de energia.

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📌 Vantagens:

• ✔️ Melhor eficiência em baixas quedas comparado com rodas tradicionais.
• ✔️ Construção simples e adaptável a diversos locais.
• ✔️ Possibilidade de acoplamento directo a geradores assíncronos.

📌 Aplicações:

• ✔️ Moinhos e levadas antigas.
• ✔️ Pequenas centrais hidroeléctricas em cursos de água de baixo desnível.
• ✔️ Sistemas de irrigação com aproveitamento energético.

2️⃣ Turbina Cross-Flow

• ✅ Queda recomendada: 1 a 30 metros
• ✅ Caudais médios a elevados
• ✅ Boa eficiência e funcionamento estável
• ✅ Baixo custo e fácil fabrico

A turbina Cross-Flow é amplamente utilizada em microprodução hídrica devido à sua construção simples e boa eficiência. A água entra através de um bocal ajustável, atravessa as pás da turbina e sai pelo lado oposto, garantindo duas passagens do fluxo pela roda.

📌 Vantagens

• ✔️ Melhor eficiência em quedas baixas a médias.
• ✔️ Fácil de fabricar, mesmo em oficinas simples.
• ✔️ Adaptável a diferentes volumes de água.

📌 Aplicações

• ✔️ Pequenos aproveitamentos hídricos para autoconsumo.
• ✔️ Sistemas isolados e micro-redes.

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3️⃣ Turbina Turgo

• ✅ Queda recomendada: 10 a 80 metros
• ✅ Caudais moderados
• ✅ Maior eficiência que a Cross-Flow em quedas médias
• ✅ Construção robusta e durável

A Turbina Turgo funciona de forma semelhante à Pelton, mas possui um ângulo de jacto diferente, permitindo um melhor aproveitamento em quedas médias. A água é injectada nas pás por um ou mais bocais, gerando rotação.

📌 Vantagens

• ✔️ Maior rendimento que a Cross-Flow em quedas médias.
• ✔️ Menor custo e mais simples que a Pelton.
• ✔️ Boa eficiência com múltiplos bocais.

📌 Aplicações

• ✔️ Pequenas centrais hídricas para venda de energia à rede.
• ✔️ Sistemas isolados em regiões montanhosas.

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4️⃣ Turbina Pelton

• ✅ Queda recomendada: 30 a 120 metros
• ✅ Excelente eficiência em quedas elevadas
• ✅ Adequada para caudais reduzidos
• ✅ Ideal para regiões montanhosas

A Turbina Pelton é a escolha ideal para quedas elevadas e caudais pequenos. Possui um conjunto de cápsulas (ou pás em formato de concha), onde a água é direccionada por bocais de alta pressão, garantindo uma conversão eficiente da energia da água em energia mecânica.

📌 Vantagens

• ✔️ A turbina mais eficiente para quedas elevadas.
• ✔️ Fácil manutenção e longa vida útil.
• ✔️ Adaptação simples a diferentes quedas e caudais.

📌 Aplicações

• ✔️ Sistemas de microprodução em locais montanhosos.
• ✔️ Aproveitamentos de água canalizada para geração de energia.

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5️⃣ Turbina Propeller

• ✅ Queda recomendada: 1 a 10 metros
• ✅ Alta eficiência para quedas baixas
• ✅ Caudais elevados
• ✅ Ideal para cursos de água com fluxo constante

A Turbina Propeller opera de forma semelhante a uma hélice de barco, onde a água empurra as pás e gera movimento. É especialmente eficiente para locais onde há queda baixa, mas um caudal elevado e constante.

📌 Vantagens

• ✔️ Muito eficiente em quedas pequenas.
• ✔️ Simples de instalar e operar.
• ✔️ Funciona bem com fluxo constante de água.

📌 Aplicações

• ✔️ Pequenos aproveitamentos hídricos para autoconsumo.
• ✔️ Sistemas de geração de energia em cursos de água regulados.

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6️⃣ Turbina Kaplan

A turbina Kaplan é uma turbina de reacção de fluxo axial, desenvolvida por Viktor Kaplan em 1913. Possui pás ajustáveis, permitindo adaptar-se a variações de caudal e queda, tornando-a altamente eficiente.

Vantagens

• Alta eficiência em quedas baixas e médias.
• Adaptação automática a variações de caudal.
• Funcionamento contínuo, ideal para fluxos constantes.

Desvantagens

• Mais complexa e cara do que a turbina Propeller.
• Manutenção mais exigente devido às partes móveis.

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7️⃣Turbina Francis

A turbina Francis é uma turbina de reacção de fluxo misto, sendo das mais utilizadas em centrais hidroeléctricas. Funciona direccionando a água através de um distribuidor fixo que guia o fluxo para um rotor de pás curvas.

Vantagens

• Elevada eficiência numa ampla gama de quedas e caudais.
• Robusta e durável, com longa vida útil.
• Mais eficiente do que Kaplan em quedas médias e altas.

Desvantagens

• Requer estrutura mais complexa para instalação.
• Menos eficiente em quedas muito baixas.

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8️⃣ Turbina PAT (Pump as Turbine)

A Turbina PAT (Pump as Turbine) é uma bomba hidráulica utilizada no modo inverso, actuando como turbina para gerar electricidade. Esta tecnologia é uma alternativa de baixo custo para pequenas e micro centrais hidroeléctricas.

Vantagens

• Baixo custo – Muito mais barata do que turbinas convencionais, pois aproveita bombas standard.
• Fácil instalação – Simples de integrar em sistemas de tubagem existentes.
• Manutenção reduzida – Como são bombas standard, a manutenção é simples e acessível.

Desvantagens

• Eficiência menor – Em comparação com turbinas dedicadas, a PAT apresenta menor rendimento.
• Sem controlo de caudal – Não possui pás ajustáveis como as turbinas Kaplan, dificultando a adaptação a variações de caudal.

Aplicações

• Sistemas de redução de pressão em redes de abastecimento de água, aproveitando o excesso de energia para gerar electricidade.
• Pequenos cursos de água com queda moderada e caudais constantes.
• Aproveitamento energético em infraestruturas hidráulicas já existentes.

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9️⃣ Turbina VLH (Very Low Head)

A turbina VLH (Very Low Head) foi projetada para operar com quedas muito baixas, entre 0,5 e 5 metros, sendo uma excelente opção para locais onde turbinas tradicionais não são viáveis.

Vantagens

• ✅ Alta eficiência em quedas muito baixas.
• ✅ Operação silenciosa e impacto ambiental reduzido.
• ✅ Instalação simples e sem necessidade de barragens elevadas.

Desvantagens

• ❌ Limitada a locais com caudais elevados.
• ❌ Requer manutenção especializada.

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🔟 Turbina Archimedes Screw (Parafuso de Arquimedes)

A turbina Archimedes Screw funciona com base num parafuso helicoidal que gira com o caudal da água, sendo uma alternativa ecológica e eficiente para quedas baixas.

Vantagens

• ✅ Funcionamento contínuo e silencioso.
• ✅ Amigo do ambiente, permitindo a passagem segura de peixes.
• ✅ Simples de instalar e operar.

Desvantagens

• ❌ Menor eficiência comparado a Kaplan e Francis.
• ❌ Requer espaço significativo para instalação.

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1️⃣1️⃣ Turbina Darrieus Hidráulica

A Turbina Darrieus utiliza um rotor vertical semelhante ao das turbinas eólicas Darrieus, aproveitando a corrente da água.

Vantagens

• ✅ Pode operar em fluxos bidireccionais, sem necessidade de ajuste mecânico.
• ✅ Ideal para sistemas flutuantes e correntes naturais.
• ✅ Construção simples e robusta.

Desvantagens

• ❌ Eficiência moderada, inferior a turbinas Kaplan ou Francis.
• ❌ Mais adequada para correntes constantes, sem grandes variações.

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Conclusão

A diversidade de turbinas disponíveis permite escolher a solução mais adequada para cada local, dependendo da queda, do caudal e das condições ambientais. A integração de novas tecnologias, como as turbinas VLH e Darrieus, amplia as possibilidades de aproveitamento hidroeléctrico sustentável.

Resumo das Recomendações

A escolha da turbina mais adequada depende da queda disponível, do caudal e do orçamento. Para um projecto eficiente e sustentável, devem-se considerar soluções simples, robustas e de fácil implementação.

• ✅ Quedas muito baixas (0,5 - 5 m) → Roda de Água Cross-Flow, VLH ou Archimedes Screw
• ✅ Quedas baixas a médias (1 - 30 m) → Cross-Flow, Propeller, Kaplan, Archimedes Screw ou PAT
• ✅ Quedas médias a altas (10 - 100 m) → Turgo, Francis, PAT ou Gravidade
• ✅ Quedas muito altas (30 - 120 m) → Pelton

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