A Usina de Belo Monte está localizada na bacia do rio Xingu, próxima à cidade de Altamira, no estado do Pará. A usina tem potência nominal instalada de 11000 MW , vazão total de
, sendo responsável pelo fornecimento de cerca de
da energia elétrica consumida no Brasil. Essa gigante é a terceira maior usina hidroelétrica do mundo, ficando atrás, apenas, da usina chinesa de Três Gargantas e da usina binacional de Itaipu. A usina possui dezoito turbinas hidráulicas do tipo Francis operando em uma queda líquida de 87 metros de altura. As turbinas do tipo Francis são classificadas como turbinas de reação. Sobre as turbinas de reação, seguem as afirmativas:
I - As turbinas Pelton e Kaplan também são exemplos de turbinas de reação.
II - Nas turbinas de reação, o fluido impulsiona o rotor por meio de um jato livre a alta velocidade.
III - Nas turbinas de reação não ocorre variação da pressão da água.
IV - Nas turbinas de reação ocorre variação da pressão da água.
V - Os rotores das turbinas de reação operam imersos na água.
Assinale a alternativa que apresenta o julgamento correto das afirmativas.
a) Apenas a afirmativa I está correta.
b) Apenas as afirmativas I e II estão corretas.
c) Apenas as afirmativas II e III estão corretas.
d) Apenas as afirmativas IV e V estão corretas.
e) As afirmativas I, IV e V estão corretas.
II - Nas turbinas de reação, o fluido impulsiona o rotor por meio de um jato livre a alta velocidade.
III - Nas turbinas de reação não ocorre variação da pressão da água.
IV - Nas turbinas de reação ocorre variação da pressão da água.
V - Os rotores das turbinas de reação operam imersos na água.
Assinale a alternativa que apresenta o julgamento correto das afirmativas.
a) Apenas a afirmativa I está correta.
b) Apenas as afirmativas I e II estão corretas.
c) Apenas as afirmativas II e III estão corretas.
d) Apenas as afirmativas IV e V estão corretas.
e) As afirmativas I, IV e V estão corretas.
Passo 1
O enunciado pede que eu julgue as afirmativas I a V sobre turbinas de reação e escolha a alternativa correta entre as opções (a) a (e). As afirmativas são:
I - As turbinas Pelton e Kaplan também são exemplos de turbinas de reação.
II - Nas turbinas de reação, o fluido impulsiona o rotor por meio de um jato livre a alta velocidade.
III - Nas turbinas de reação não ocorre variação da pressão da água.
IV - Nas turbinas de reação ocorre variação da pressão da água.
V - Os rotores das turbinas de reação operam imersos na água.
II - Nas turbinas de reação, o fluido impulsiona o rotor por meio de um jato livre a alta velocidade.
III - Nas turbinas de reação não ocorre variação da pressão da água.
IV - Nas turbinas de reação ocorre variação da pressão da água.
V - Os rotores das turbinas de reação operam imersos na água.
O objetivo é determinar, para cada afirmativa, se é verdadeira ou falsa, e então indicar qual alternativa (a)–(e) corresponde ao julgamento correto.
Passo 2
Vamos entender, de forma clara e didática, o que distingue turbinas de reação de turbinas de impulso (impulsoras). Isso é o fundamento para julgar as afirmativas.
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Ideia geral (linguagem simples): uma turbina transforma energia do escoamento de água em energia mecânica no eixo (torque + rotação). Há duas categorias fundamentais:
- Turbinas de impulso (ou de jato): a água sai por um bocal formando um jato livre de alta velocidade e atinge os pás (ou conchas/caçambas) do rotor. A quebra da velocidade do jato e a mudança de direção nas pás transferem momento para o rotor. Importante: o jato incide em contacto com o rotor praticamente em pressão atmosférica, ou seja, não há uma queda de pressão significativa ocorrendo “dentro” do rotor. Exemplo clássico: turbina Pelton.
- Turbinas de reação: o rotor opera com a pá imersa em um fluxo onde existe variação de pressão ao atravessar as pás. Parte da energia potencial (carga de pressão) é convertida em velocidade nas guias e pás, e a pressão continua a mudar dentro das pás — a força de reação (similar a empuxo) gera o torque. Em outras palavras, a água não chega ao rotor como um jato livre: ela passa por condutos, guias e depois pelas pás, e a pressão cai ao longo do caminho incluindo dentro do rotor. Exemplos típicos: turbina Francis e turbina Kaplan.
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Aspectos práticos que ajudam a reconhecer:
- Jato livre presente → provavelmente turbina de impulso (Pelton).
- Rotor imerso, queda de pressão através do rotor → turbina de reação (Francis, Kaplan).
- Turbinas de reação costumam trabalhar em quedas médias a baixas com grandes vazões (Kaplan para quedas baixas, Francis para quedas médias); Pelton é usada em grandes quedas com vazão relativamente menor.
Passo 3
Avaliação da afirmativa I: “As turbinas Pelton e Kaplan também são exemplos de turbinas de reação.”
- Aplicando o que vimos: Pelton é uma turbina de impulso (jato livre) — portanto Pelton NÃO é de reação. Kaplan é uma turbina de reação. Como a afirmativa diz que ambas (Pelton e Kaplan) são exemplos de reação, a afirmativa é falsa (porque Pelton não é de reação).
Conclusão: I é falsa.
Passo 4
Avaliação da afirmativa II: “Nas turbinas de reação, o fluido impulsiona o rotor por meio de um jato livre a alta velocidade.”
- Isso descreve exatamente o mecanismo de uma turbina de impulso (jato livre que atinge as pás), não de uma turbina de reação. Em turbinas de reação o escoamento passa por condutos e há perda/variação de pressão através das pás; não é um jato livre incidente em pressão atmosférica sobre o rotor.
- Logo, a afirmativa II é incorreta.
Conclusão: II é falsa.
Passo 5
Avaliação das afirmativas III e IV, que são contraditórias entre si:
- III afirma que “Nas turbinas de reação não ocorre variação da pressão da água.”
- IV afirma que “Nas turbinas de reação ocorre variação da pressão da água.”
Com base na definição de turbina de reação (a força sobre as pás vem de uma variação de pressão ao atravessar as pás/rojões), a pressão de fato varia ao longo do caminho incluindo dentro do rotor. Essa variação de pressão é a essência do efeito de reação (sem ela não haveria o empuxo/força de reação nas pás).
Conclusão: III é falsa e IV é verdadeira.
Passo 6
Avaliação da afirmativa V: “Os rotores das turbinas de reação operam imersos na água.”
- Nas turbinas de reação típicas (Francis e Kaplan) o rotor está, de fato, imerso em um fluxo pressurizado de água; o rotor não recebe um jato livre em atmosfera, mas sim trabalha com água contida em condutos ou na casa de máquinas, ou seja, o rotor está em contato com água e opera imerso.
- Em contraste, na Pelton o jato é livre e o rotor funciona com as conchas expostas ao ar (não imerso).
- Portanto, V é correta para as turbinas de reação usuais.
Conclusão: V é verdadeira.
Passo 7
Resumo dos julgamentos:
- I: falsa.
- II: falsa.
- III: falsa.
- IV: verdadeira.
- V: verdadeira.
Portanto, apenas as afirmativas IV e V estão corretas.
Passo 8
Conferindo com as alternativas do enunciado: a alternativa que diz “Apenas as afirmativas IV e V estão corretas” é a alternativa (d). Vou escolher essa.
Resposta
d) Apenas as afirmativas IV e V estão corretas.