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Controle de velocidade de turbinas hidráulicas

O assunto deste post é o controle de velocidade de turbinas em usinas hidrelétricas. Este controle é importante para manter a estabilidade na presenças de distúrbios, fornecendo potência de acordo com a demanda e mantendo frequência constante.

Sistema de controle

Este é o fluxograma do controle de velocidade da turbina.

Dentro do regulador de velocidade, tem o controlador e o amplificador hidráulico. Geralmente é usado um controlador digital PID para todos os tipos de turbinas hidráulicas. Pode-se usar um algoritmo genético para ajuste do controlador e lógica fuzzy para monitorar os ganhos do controle PID. O amplificador hidráulico recebe o sinal de saída do controlador em um microprocessador para acionar válvulas e servomotores. Este é um controlador para turbinas Pelton de 50Hz, chamado de governador.

São usados sensores de posição para válvulas e servomotores e um sensor de velocidade mede a frequência da turbina, que deve ficar em 50 ou 60 Hz, para ficar em sincronia com o gerador. Geralmente um sensor indutivo com um ímã permanente ou uma roda dentada de ferro mede a velocidade da turbina.

Regulando a velocidade das turbinas Pelton

O regulador de velocidade depende do tipo de turbina usado. Para controlar a velocidade das turbinas Pelton são usados bicos com válvulas em forma de agulha para controlar a vazão.

Algumas turbinas Pelton têm 5 bicos.

Por quê as pás da turbina Pelton tem este formato mostrado abaixo? A água é distribuída igualmente nas duas conchas, o jato d’agua vira quase 180º, maximizando a força de impulso. O corte nas conchas é para prevenir que uma pá interfira no impulso da pá anterior. São feitas em uma única peça para evitar fadiga.

Controle de velocidade das turbinas Francis e Kaplan

Na turbina Francis, a vazão é controlada pelo distribuidor, que é um conjunto de pás móveis em forma de aerofólio.

O ângulo das pás é controlado por servomotores hidráulicos, estes recebem comandos do microprocessador do amplificador hidráulico que determina a posição para controlar a velocidade. As turbinas Kaplan também usam distribuidores. As pás da turbina Kaplan em si também podem ter o ângulo ajustado para controle de velocidade, a figura abaixo mostra fluxo baixo na esquerda e fluxo alto na direita.

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About Pedro Ney Stroski

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