Contribuiu significativamente
para o desenvolvimento da hidroelectricidade e da energia hidreléctrica no
Velho Oeste americano, bem como em todo o mundo.
No final da década de 1870,
ele inventou a Turbina Pelton, na época o projecto mais eficiente da
turbina hidráulica de impulso. Reconhecido como um dos pais da energia hidreléctrica.
As ideias de Pelton para
melhorar a roda de água de turbina vieram dos seus estudos de equipamentos e
operações de mineração no país da corrida ao ouro da Califórnia. Seguem-se
descrições resumidas da tecnologia local observada por Pelton e da ciência pela
qual a sua roda de água de turbina extrai energia cinética de um riacho de
montanha.
O calor a vapor alimentava
grande parte das actividades de mineração locais, mas exigia muita madeira como
combustível; florestas próximas foram dizimadas rotineiramente.
Rodas hidráulicas de turbina
também eram usadas para fornecer energia, mas
eram ineficientes para converter a energia cinética de riachos de montanha em cavalos de força.
D.P. Stern relata: «De
acordo com um artigo de 1939 de W.F. Durand da Universidade de Stanford de
Engenharia Mecânica,
a invenção de
Pelton começou a
partir de uma observação acidental em algum momento da década de 1870. Pelton
estava a observar uma turbina de água a girar quando a chave segurando a sua
roda no seu eixo escorregou, fazendo com que ficasse desalinhado. Em vez de o
jacto atingir as xícaras no meio, o deslizamento fez com que ele atingisse a
borda; em vez de o fluxo de água ser interrompido, ele foi desviado em um
semicírculo, saindo novamente. Surpreendentemente, a turbina agora movia-se
mais rápido. Essa foi a grande descoberta de Pelton».
Experimentando e modelando,
Pelton melhorou a eficiência da roda Knight (desenvolvida anteriormente
pela Knight Foundry na vizinha Sutter Creek). A roda de Knight
recebeu o jacto de fluxo ligeiramente fora do centro e num ângulo em um único
copo de turbina. Alternativamente, a roda Pelton - implantando um copo
duplo dividido (na verdade, dois copos lado a lado) e, em seguida, dividindo o
jacto de água directamente na palheta comum do copo duplo - capturou a energia
cinética de um fluxo com mais eficiência. O projecto de Pelton teve dois
resultados principais: consolidou a introdução de uma nova ciência física na
antiga busca humana para desenvolver a energia hidreléctrica, ou seja, a
ciência do impulso turbina em oposição à turbina de reacção; e revolucionou o
uso de turbinas adaptadas para locais de alta queda (isto é, energia de
elevação).
Antes de Pelton, quase todas
as turbinas de água eram máquinas de reacção movidas por pressão de água,
enquanto a roda de Pelton era movida pela energia cinética de um jacto de água
de alta velocidade, que poderia ser convenientemente desenvolvido a partir de
um pequeno riacho na montanha.
No final da década de 1870,
Pelton modelou, testou e fabricou a sua primeira roda de turbina, apelidada de Pelton
Runner - mais tarde referindo-se apenas às lâminas de impulso - na Miners
Foundry em Nevada City, Califórnia.
Em 1878, na Mina Mayflower
em Nevada City, ele instalou a primeira roda Pelton operacional. Naquela
época, a roda da Knight Foundry estava sendo vendida como o padrão da
indústria, mas numa competição directa realizada em 1883 na mina de Idaho nas
proximidades de Grass Valley, o projecto de Pelton provou ser muito mais
eficiente.
O projecto Pelton forneceu 90
por cento de eficiência (de conversão de energia cinética do fluxo em cavalos
de força), enquanto o próximo melhor concorrente alcançou menos de 77 por cento
- num momento em que a maioria das rodas de água existentes normalmente tinham
menos de 40 por cento.
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