Lester Pelton inventou um tipo de turbina de jato livre chamada Pelton Wheel ou turbina Pelton. Esta turbina é usada para geração de energia hidrelétrica. É uma das tecnologias verdes originais, substituindo o carvão ou a madeira pelo poder da queda d'água.
Lester Pelton e a turbina de roda d'água Pelton
Lester Pelton nasceu em 1829 em Vermillion, Ohio. Em 1850, ele imigrou para a Califórnia durante a época de a corrida do ouro. Pelton ganhava a vida como carpinteiro e carpinteiro.
Naquela época, havia uma grande demanda por novas fontes de energia para operar as máquinas e moinhos necessários para a expansão das minas de ouro. Muitas minas dependiam de motores a vapor, mas essas exigiam suprimentos esgotáveis de madeira ou carvão. O que era abundante era a energia hidráulica dos riachos e cachoeiras de alta velocidade das montanhas.
Waterwheels que tinha sido usado para movimentar moinhos de farinha funcionava melhor em rios maiores e não funcionava bem nos riachos e cachoeiras de montanha mais rápidos e menos volumosos. O que funcionou foram as novas turbinas de água que usavam rodas com copos em vez de painéis planos. Um projeto de referência em turbinas de água foi a roda Pelton altamente eficiente.
C. F. Durand, da Universidade de Stanford, escreveu em 1939 que Pelton fez sua descoberta quando observou um turbina de água desalinhada, onde o jato de água atingiu os copos perto da borda, em vez de no meio de a xícara. A turbina se moveu mais rápido. Pelton incorporou isso em seu projeto, com uma divisória em forma de cunha no meio de um copo duplo, dividindo o jato. Agora, a água que está sendo ejetada de ambas as metades dos copos divididos age para impulsionar a roda mais rápido. Ele testou seus projetos em 1877 e 1878, obtendo uma patente em 1880.
Em 1883, a turbina Pelton venceu uma competição para a turbina de roda d'água mais eficiente realizada pela Idaho Mining Company de Grass Valley, Califórnia. A turbina de Pelton provou ser 90,2% eficiente, e a turbina de seu concorrente mais próximo tinha apenas 76,5%. Em 1888, Lester Pelton formou a Pelton Water Wheel Company em San Francisco e começou a fabricar em massa sua nova turbina de água.
A turbina de roda d'água Pelton definiu o padrão até que a roda de impulso Turgo foi inventada por Eric Crewdson em 1920. No entanto, a roda de impulso Turgo foi um projeto aprimorado baseado na turbina Pelton. O Turgo era menor do que o Pelton e mais barato de fabricar. Dois outros sistemas hidrelétricos importantes incluem a turbina Tyson e a turbina Banki (também chamada de turbina Michell).
As rodas Pelton foram usadas para fornecer energia elétrica em instalações hidrelétricas em todo o mundo. Um na cidade de Nevada teve uma produção de 18.000 cavalos de eletricidade por 60 anos. As maiores unidades podem produzir mais de 400 megawatts.
Hidroeletricidade
A energia hidrelétrica converte a energia da água corrente em eletricidade ou hidroeletricidade. A quantidade de eletricidade gerada é determinada pelo volume de água e a quantidade de "queda" (a altura das turbinas na usina até a superfície da água) criada pela barragem. Quanto maior o fluxo e a queda, mais eletricidade é produzida.
O poder mecânico da queda d'água é uma ferramenta antiga. De todos os fontes de energia renováveis que geram eletricidade, a energia hidrelétrica é a mais utilizada. É uma das fontes de energia mais antigas e foi usada há milhares de anos para girar uma roda de pás para fins como moer grãos. No século XVIII, a energia hidrelétrica mecânica foi amplamente usada para moagem e bombeamento.
O primeiro uso industrial de energia hidrelétrica para gerar eletricidade ocorreu em 1880, quando 16 lâmpadas de arco elétrico foram alimentadas por uma turbina de água na Wolverine Chair Factory em Grand Rapids, Michigan. A primeira usina hidrelétrica dos EUA foi inaugurada no Rio Fox perto de Appleton, Wisconsin, em 30 de setembro de 1882. Até então, o carvão era o único combustível usado para produzir eletricidade. As primeiras usinas hidrelétricas eram estações de corrente contínua construídas para fornecer energia a arco e iluminação incandescente durante o período de cerca de 1880 a 1895.
Como a fonte de energia hidrelétrica é a água, as usinas hidrelétricas devem estar localizadas em uma fonte de água. Portanto, não foi até o tecnologia para transmitir eletricidade em longas distâncias foi desenvolvido que a energia hidrelétrica se tornou amplamente utilizada. No início dos anos 1900, a energia hidrelétrica respondia por mais de 40% do fornecimento de eletricidade dos Estados Unidos.
Os anos de 1895 a 1915 testemunharam mudanças rápidas no projeto hidrelétrico e na construção de uma ampla variedade de estilos de usinas. O projeto da usina hidrelétrica tornou-se bastante padronizado após Primeira Guerra Mundial com a maior parte do desenvolvimento nas décadas de 1920 e 1930 relacionados a usinas térmicas e transmissão e distribuição.