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MQUINAS DE FLUXO
RESUMO
2011
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BOMBASCENTRFUGAS
DEFINIODEBOMBAS
Bombas so mquinas geratrizes, isto , que recebem trabalho mecnico
geralmente fornecidos por umamquinamotriz, e o transformam em energia
hidrulica, comunicando ao lquido um acrscimo de energia sob as formas de
energiapotencialdepressoecintica.
CLASSIFICAO
Omodopeloqualfeitaatransformaodotrabalhoemenergiahidrulicaeo
recurso para cedla ao lquido aumentado sua presso e/ou velocidade
permitemclassificarasbombasem:
a) BombasdeDeslocamentoPositivo;b) Turbobombas;c)
Bombas
Especiais
(bombas
com
ejetor;
pulsmetro;
bomba
de
emisso
de
ar);
BOMBASDEDESLOCAMENTOPOSITIVO
CARACTERSTICA
Uma partcula lquida em contato com o rgo que comunica a energia tem
aproximadamenteamesma
trajetria
que
ado
ponto
do
rgo
com
oqual
est
emcontato.
FUNCIONAMENTO
Possuem uma ou mais cmaras em cujo interior o movimento de um rgo
propulsor comunica energia de presso ao lquido, provocando o seu
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escoamento.Proporcionaentoascondiesparaque se realizeoescoamento
natubulaodesucoatabombaenatubulaoderecalqueatopontode
utilizao.
TIPOS
Podemser:
Palhetas
PistoRotativo
UmsRotor ElementoFlexvel
ParafusoSimples
Rotativas
Engrenagens
RotoresMltiplos RotorLobular
PistesOscilatrios
Parafusos
DuploEfeito
Pistooumbolo
SimplesEfeito/DuploEfeito
Alternativas
Diafragma
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TURBOBOMBAS
CARACTERSTICAS:
PossuemumrgorotatriodotadodepschamadoROTOR,queexercesobreo
lquidoforasqueresultamdaaceleraoqueorotorimprimeaolquido.
Adescargageradadependedascaractersticasdabomba,donmeroderotaes
edascaractersticasdosistemadeencanamentosaoqualestiverligada.
A finalidadedorotorcomunicarmassa lquidaacelerao,paraqueadquira
energiacinticaeserealizeassima transformaodaenergiamecnicadeque
estdotado.emessncia,umdiscoouumapeadeformatocnicodotadade
ps.
ORotortambmchamadodeImpulsorouImpelidor.
TiposdeRotores
Fechado:almdodiscoondesefixamasps.Existeumacoroacirculartambm
presoasps.Usaseparalquidossemsubstnciasemsuspenso.
Aberto: quando no existe essa coroa circular. Usase para lquido contendo
pastas,lamas,areias,esgotossanitrios.
As turbobombas necessitam de um outro rgo, o difusor, tambm chamado
recuperador, onde feita a transformao, em energia de presso, damaior
partedaelevadaenergiacinticacomqueolquidosaidorotor.
TiposdeDifusores
Detuboretotroncnico,nasbombasaxiais;
De caixa com formas de caracol ou voluta, nos demais tipos de bombas
(chamadonestecasosimplesmentedecoletoroucaracol).
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Entre a sada do rotor e o caracol, em certas bombas, colocamse palhetas,
devidamenteorientadas,aspsguias,paraqueo lquidoque saido rotor seja
conduzidoaocoletorcomvelocidade,direoesentidotaisqueatransformao
daenergiacinticaemenergiapotencialdepressoseprocessecomummnimo
deperdas
por
atrito
ou
turbulncias.
Nasbombasdemltiplosestgios,aspsguiasoudiretrizessonecessrias.
CLASSIFICAODASTURBOBOMBAS
CLASSIFICAOSEGUNDO
A
TRAJETRIA
DO
LQUIDO
NO
ROTOR
A. BOMBACENTRFUGARADIALOUPURACARACTERSTICAS
O lquidopenetranorotorparalelamenteaoeixo,sendodirigidopelaspsp/a
periferia,segundotrajetriascontidasemplanosnormaisaoeixo.
VANTAGENS
Pelasuasimplicidade,seprestamafabricaoemsrie,sendogeneralizadaasua
construoeestendidasuautilizaoagrandemaioriadasinstalaescomunsde
gua limpa, para pequenas, mdias e grandes alturas de elevao, e baixas
vazes,possuibaixocustoemaiorflexibilidadedeoperao.
DESVANTAGENS
Quando se trata de grandes descargas e pequenas alturas de elevao, o
rendimentodasbombasradiaistornasebaixoeoseucustoseelevaemvirtude
dassuasdimenses,tornandopoucoconvenienteempreglas.
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UTILIZAO
Bombeamentodegualimpa,guadomar,condensados,leos,parapressesde
at16
kgf/cm
etemperaturas
de
at
140C;
Bombas centrfugas tambm de voluta, para indstria qumica, petroqumica,
refinarias,indstriaaucareira,paraguaquenteat300Cepressesdeat25
kgf/cm;
Bombasdeprocessopodemoperarcomtemperaturasdeat400Cepressesde
at45kgf/cm.
B. BOMBADIAGONALOUDEFLUXOMISTOO lquidosaidorotorcomdireo inclinadacomrelaoaoeixo.Atendeafaixa
intermediriaentreacentrfugaeaaxial.Partedaenergia fornecidaaofluido
devidaforacentrfuga,partedevidaaforadearrasto.Utilizadaparavazes
altasemdiascargasmanomtricas.
B1.BOMBASHELICOCENTRFUGA
O lquidopenetranorotoraxialmente,atingeaspscujoobordodeentrada
curvo e inclinado em relao ao eixo. Segue uma trajetria que uma curva
reversa, pois as ps so de dupla curvatura e atinge o bordo de sada, que
paraleloaoeixoouligeiramenteinclinadaemrelaoaele.
B2.BOMBASHELICOIDALOUSEMIAXIAL
Olquidoatingeobordodasps,quecurvoebastanteinclinadoemrelaoao
eixo.A trajetriaumahlicecnica,reversaeaspssosuperfciesdedupla
curvatura.Obordodesadadaspsbastante inclinadaemrelaoaoeixo.As
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bombasdessetipoprestamseagrandesdescargas(vazes)epequenasemdias
cargasmanomtricas.Por seremaspsdedupla curvatura, seuprojetomais
complexoesuafabricaoapresentaalgunsproblemasdefundio.
C. BOMBAAXIALOUPROPULSORAA gua sai do rotor com direo aproximadamente axial com relao ao eixo.
Neste tipo de bomba o rotor tambm chamado de hlice. No so
propriamentebombascentrfugas,poisaforacentrfugadecorrentedarotao
daspsnoaresponsvelpeloaumentodaenergiadapresso.indicadapara
grandesvazesebaixasalturasmanomtricas.Aenergiatransmitidaaofluido
devidapuramente
s
foras
de
arrasto
(propulso).
Grfico CampodeEmpregodasBombas
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CLASSIFICAOSEGUNDOONMERODEROTORESEMPREGADOS
A. BOMBASDESIMPLESESTGIONelaexisteapenasumrotore,portanto,ofornecimentodaenergiaaolquido
feitoem
um
nico
estgio
(constitudo
por
um
rotor
eum
difusor)
no
se
utilizam
paragrandesalturasdeelevaodevidosdimensesexcessivas,custoelevadoe
baixorendimento.
B. BOMBASDEMLTIPLOSESTGIOSQuandoaalturadeelevaogrande, fazseo lquidopassarpordoisoumais
rotoressucessivamente
fixados
ao
mesmo
eixo
ecolocados
em
uma
caixa
cuja
formapermitaesseescoamento.
Apassagemdo lquidoemcadarotoredifusorconstituiumestgionaoperao
debombeamento.
So prprias para instalaes de alta presso. Utilizadas para alimentao de
caldeirascompressessuperioresa250kgf/cmeparapoosprofundosdegua
ounapressurizaodepoosdepetrleo.
CLASSIFICAOSEGUNDOONMERODEENTRADASPARAASPIRAO
A. BOMBASDEASPIRAOSIMPLESOUDEENTRADAUNILATERALEntradadolquidosefazdeumladoepelaaberturacircularnacoroadorotor.
B. BOMBASDEASPIRAODUPLAOUDEENTRADABILATERALO rotorpermite recebero lquidopordois sentidosopostos.Paralelamenteao
eixoderotao.
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Para permitir amontagem do eixo com os rotores (ou o rotor), a carcaa da
bomba bipartida para temperatura de bombeamento acima de 205C e/ou
quando se tratarde lquidos txicos ou inflamveis com densidademenorque
0,7.
FUNCIONAMENTODEUMABOMBACENTRFUGA
A bomba Centrfuga necessita ser previamente enchida com o lquido a
bombear,isto,deveserescorvada.
Logo que se inicia o movimento do rotor e do lquido contido nos canais
formados pelas ps, a fora centrfuga decorrente destemovimento cria uma
zonademaiorpressonaperiferiadorotore,consequentemente,umadebaixa
pressonasuaentrada,produzindoodeslocamentodolquidoemdireosada
doscanaisdorotorebocaderecalquedabomba.
POTNCIANASBOMBASCENTRFUGAS
POTNCIAMOTRIZ: tambm denomonada consumo de energia da bomba, a
potnciafornecidapelomotoraoeixodabomba(Lm).
POTNCIADEELEVAO:apotnciacedidapelorotoraolquido(Le).
POTNCIATIL:
aenergia
aproveitada
pelo
lquido
para
seu
escoamento
fora
da
prpriabomba(Lu).
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RENDIMENTOSNASBOMBASCENTRFUGAS
RENDIMENTOMECNICO:arelaoentreapotnciadeelevaoeamotriz
= Le = He
Lm Hm
RENDIMENTOHIDRULICO:arelaoentreapotnciatileadeelevao
= Lu = Hu
Le He
RENDIMENTOTOTAL:arelaoentreapotnciatileamotriz
= Lu = Hu
Lm Hm
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ASSOCIAODEBOMBASCENTRFUGAS
Dentreasrazesqueconduzemanecessidadedeassociarmosbombas,citamos:
a)A inexistncia,nomercado,debombasquepossam, isoladamente,atendera
vazonecessria;
b)Aumentoescalonadodevazescomocorrerdotempo;
c) Inexistncianomercadodebombascapazesdevenceraalturamanomtrica
deprojeto.
Asrazes(a)e(b)requeremassociaoemparalelo,queconsisteemfazerduas
oumaisbombasrecalquememumaoumais linhascomuns,de formaquecada
bombarecalque
uma
parte
da
vazo.
Para satisfazer a razo (c) necessria a associao em srie.Neste caso as
bombasrecalcamem linhacomum,detal formaqueaanteriorbombeiaparaa
sucodaposterior,que recebe o fluido commaiorquantidade de energia de
presso.
ASSOCIAODE
BOMBAS
EM
PARALELO
recomendvel neste tipo de associaoque asbombas tenham asmesmas
caractersticas,oupelomenosmuitoprximas.
Nestetipodeassociaotemse:
Bombasoperandocomamesmaalturamanomtrica: HB1=HB2 Avazodosistema: QS=Q1+Q2
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ASSOCIAODEBOMBASEMSRIE
Seduasoumaisbombasestooperandoemsriesasvazessemantmeas
alturasmanomtricastotaissesomam.
Para
aassociao
em
srie,
acurva
resultante
tem
as
seguintes
caractersticas:
HBS=HBS1+HBS2 QS=Q1=Q2
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COMPRESSORES
DEFINIO:
So mquinas operatrizes que transformam trabalho mecnico em energia
comunicada a um gs, preponderantemente sob forma de energia de presso.
Graasenergiadepressoqueadquire,isto,pressurizao,ogspode:
Deslocarsealongasdistnciasemtubulaes;
serarmazenadoemreservatriosparaserusadoquandonecessrio,isto
,acumularenergia;
realizar trabalhomecnico, atuando sobre dispositivos, equipamentos e
mquinasmotrizes
(motores
aar
comprimido,
por
exemplo).
UTILIZAO:
Almde serempregadopara comprimiroar,o compressor aplicadoa
outrosgasesemisturasdegases, sendode imensa importncianas instalaes
qumicas,petroqumicas,mecnicas,naconstruocivileoutrasmais.
Faamos uma referncia s aplicaes de ar comprimido, conforme as
caractersticasdosequipamentosqueoutilizam:
a) Equipamentos presso de ar ou de ao fechada: trabalhossubmarinos; inflagem de cmaras de ar de veculos; transporte
pneumtico.
b) Equipamentosajatodearoudeaolivre:resfriadoresouaquecedoresaar;
jateamento
de
areia;
pintura
apistola;
metalizao;
projeo
de
revestimentosplsticos.
c) Equipamentosemquinasdepercusso:marteletesaar comprimido;perfuratrizesderocha;bateestacas.
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d)Motoresaarcomprimidodepistes,depalhetas,deengrenagens.e) Bombasdeinjeodeconcreto.f) Mquinas ferramentas fixas e portteis de todos os tipos: furadeiras,serras,aparafusadeiras,etc.
g) Aberturaefechamentodeportas.
CLASSIFICAO
Oscompressoresvisam conseguirqueapressodogsvenhaaalcanar
uma presso consideravelmente maior do que a presso atmosfrica. Se
classificamem:
a) CompressoresdeDeslocamentoPositivoOgsadmitidoemumacmaradecompresso,que,por isso, isolada
doexterior.Pormeiodareduodovolumetildacmarasobaaode
umapea
mvel,
alternativa
ou
rotativa,
realiza
se
acompresso
de
gs.
b) CompressoresDinmicosOgspenetraemumacmaraondeumrotoremaltarotaocomunicas
partculas gasosas acelerao tangencial e, portanto, energia. Atrav da
descargaporumdifusor,grandepartedaenergiacinticaseconverteem
energia de presso, forma adequada a transmisses por tubulaes a
distnciasconsiderveiserealizaodeoperaesespecficas.
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COMPRESSORESDEDESLOCAMENTOPOSITIVO
1) COMPRESSORESALTERNATIVOSDEPISTOCARACTERSTICAS
Podemserde:
umcilindro,parapressesde6a8kgf/cm;
maisdeumcilindro:duplex,comdoiscilindrosedoispistes;triplex,com
trscilindrosetrspistes,eexistemoutrosdeaindamaiornmerodecilindros.
Oscompressoresalternativos,conformeaatuaodopisto,podemser:
de simples efeito, quando apenas uma das faces do pisto atua
comprimindoogs;
deduploefeito,quandoocorreaaodasduas facesdopistosobreo
gs
Podemaindaserclassificadosem:
compressoresdeumestgio,quepossuemumscilindro;
compressoresdedoisestgiosouduploestgio,nosquaisosgs,depois
desair
comprimido
do
primeiro
cilindro,
resfriado
eentra
num
segundo
cilindro
pararecebernovacompresso.
compressoresdevriosestgios,nosquaisoarpassasucessivamentepor
vrioscilindros.
Orendimentodocompressordedoisestgiosmaiordoqueodeumestgio.
O compressor necessita ser resfriado, e esse resfriamento pode ser a ar
(ventilaonatural,ventilaoforadacomventilador)ouagua.
Devemosfazer
uma
distino
entre
os
compressores
convencionais
de
ar
comprimido e os compressores de gases diversos chamados compressores de
processo. Estes possiem caractersticas construtivas e empregam materiais
altamenteresistentesaodosgasesaosquaissedestinam.
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Podesedizerqueotipomaisverstilparaamaioriadasaplicaesindustriais,
principalmentequandosetratadearcomprimido,sendo,porissomesmo,omais
usado.
VANTAGENS
So facilmente controlados de acordo com a demanda do gs comprimido.
Podem operar em plena carga, meia carga ou em vazio, mediante abertura
automticadasvlvulasdeadmisso,desortequenohcompressoduranteos
perodosemquenohdemandadegscomprimido.
Operaoeconmica.
Manuteno
simples.
Umaparcelaelevadadaenergia fornecidaaoeixodo compressordissipada
sob formadecalorepode seraprovaitadaparaaquecimentodeelementosde
umainstalaoindustrial.
Consumoespecficodepotnciaemcompressoresalternativos
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COMPRESSORESDINMICOS
Possuem um oumais rotores parecidos com os das turbobombas e que
giramcom
elevada
rotao
no
interior
de
uma
caixa.
Podem
ser
dos
seguintes
tipos:
1) CENTRFUGOOUTURBOCOMPRESSORPossuipssemelhantessdasbombascentrfugas.Aunidadecompressora
dessetipoconhecidanaprticacomoumacentrfuga.
2) HELICOCENTRFUGOOUHELICOIDALAspssodeduplacurvaturasemelhantes,emalgunstipos,sdeturbinas
Francis.Asvazesobtidassomaioresqueasdoturbocompressoreaspresses
somenores.
3) COMPRESSORAXIALPossui grande nmero de palhetas e proporciona um escoamento no
sentidolongitudinal.
compressor
para
grandes
descargas
at
1.000.000
m/h,
compressodetrabalhodeat6bars.
4) COMPRESSORAXIALCENTRFUGORene em um mesmo eixo rotores do tipo axial e rotores centrfugos,
conseguindoaliarasvantagensdevazeselevadas(500.000m/h)apressesde
at9bars.
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5) COMPRESSORCENTRFUGOSUNDYNEumcompressordealta rotao (4.800a3.400 rpm), isentodeleo,de
um estgio, pra presses elevadas com vazes reduzidas (at 3.200m/h nos
tiposmaiores).
Existem
dois
modelos:
a) O de emisso parcial, para vazesmenores.O rotor possui oito lminasradiais.
b)Odeemissototal,paragrandesvazes.Orotorpossuide16a19lminasradiais.
FATORESA
CONSIDERAR
NA
ESCOLHA
DO
COMPRESSOR
ParaBaixoCustodeOperao=BaixosCustosdeFuncionamento.
Baixocustodeenergia.
Altoatendimentosetraduzembaixoconsumoespecficodeenergia.
Seguranadeoperao.
Bom
balanceamento,
mnima
vibrao,
materiais
edimenses
adequados,
alta
qualidadenafabricaodaspeascomponentes.
Baixocustodemanuteno.
Aspeas sujeitas desgastedevem serde fcil substituioeprojeto simples,
possibilitandomanutenoporpessoaladequado.
Baixocustodeguaderesfriamento
Em
certos
casos,
baixo
consumo
de
gua
de
resfriamento
Baixocustodesuperviso
Lubrificaoautomtica;drenagemautomticadeguacondensada;dispositivos
decontroleedeseguranatornamdesnecessriasupervisomanualcontnua.
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ParaBaixoCustodeInstalao=BaixosCustosIniciais
Pequenoespaonecessrio.
Compressordeprojetocompactoeequipamentoauxiliarreduzidoeconomizam
reade
construo.
Baixopeso.
Economiadefundaesedeequipamentosdelevantamento.
Instalaosimples.
Equipamento de instalao simples e adequado para a montagem sobre
amortecedoresdeborrachaemfundaessimples(pequenoscompressores).
Equipamentoeltricosimples
Um compressor projetado para motores e chaves de partida padronizadas
contribuiparabaixocustoinicial.
Preosmoderados.
CONSUMOESPECFICO
Parauma
comparao
entre
vrios
tipos
de
compressores,
faz
se
referncia
grandezadenominadaconsumoespecfico.
Consumoespecficoapotnciaabsorvidaporunidadedevolumedeare
naunidadedetempoescolhida.
Oconsumoespecficodepotnciamedidoemcv/m/min,ouemHP/100
ps/mindedescargalivrepadrodear.
Umconsumo
especfico
de
7vc/m/min
j
bastante
baixo,
e6,5
cv/m/min considerado extremamente baixo, portanto excelente.Os valores
baixossoobtidosemgeralemcompressoresparacapacidademdiaegrande.
Paraseconseguirumbomdesempenho,isto,umbaixoconsumodepotncia,
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preciso que o compressor seja adequadamente resfriado, e que a gua de
resfriamentosejafornecidaacercade10abaixodatemperaturaambiente.
Compressoresresfriadosaarpossuemconsumoespecfico3a5%superior
aodos
resfriados
agua,
sendo
oventilador
responsvel
por
cerca
de
1a1,5%
desteacrscimo.
Oconsumoespecficodeenergia,portanto,umparmetrodaqualidade
deumcompressor.
DESCARGALIVREPADRO(DLP)OUDESCARGALIVREEFETIVA(DLE)
aquantidade
de
ar
livre
descarregada
por
um
compressor,
corrigida
para
as condies de presso, temperatura e umidade reinantes na admisso.
Considerarse na admisso o ar livre, isto , o ar submetido presso
atmosfrica, cujo valor corresponde a um coluna de 760mm demercrio,
temperaturade15Ceaumaumidaderelativaiguala36%.
Consumoespecficodepotnciaemfunodadescarga.Escolhadotipodecompressor
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TURBINASAVAPOR
DEFINIO
TurbinaaVaporaMquinaTrmicaqueutilizaaenergiadovaporsobformade
energia cintica. Deve transformar em energiamecnica a energia contida no
vaporvivosobaformadeenergiatrmicaedepresso.
FUNCIONAMENTO
A
turbina
um
motor
rotativo
que
converte
em
energia
mecnica
a
energia
deumacorrentedegua,vapordguaougs.Oelementobsicodaturbinaa
roda ou rotor, que conta com paletas, hlices, lminas ou cubos colocados ao
redordesuacircunferncia,deformaqueofluidoemmovimentoproduzauma
foratangencialqueimpulsionaorotor,fazendoogirar.Essaenergiamecnica
transferidaatravsdeumeixoparamovimentarumamquina,umcompressor,
umgeradoreltricoouumahlice.Asturbinasclassificamcomohidrulicasoude
gua,avaporoudecombusto.
Emumaturbinaavapor,atransformaodeenergiadovaporemtrabalho
feita em duas etapas. Inicialmente, a energia do vapor transformada em
energia cintica. Para isso o vapor obrigado a escoar atravs de pequenos
orifcios,de formatoespecial,denominadosexpansoresonde,devidopequena
readepassagem,adquirealtavelocidade,aumentandosuaenergiacintica,mas
diminuindoemconsequncia, suaentalpia.Emumexpansor,almdoaumento
develocidadeedadiminuiodaentalpiaocorrem tambmquedanapresso,
queda
na
temperatura
e
aumento
no
volume
especfico
do
vapor.
Nasegundaetapadatransformao,aenergiacinticaobtidanoexpansor
transformadaem trabalhomecnico.Esta transformaodeenergiapodeser
obtidanoexpansortransformadaemtrabalhomecnico.Estatransformaode
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energia pode ser obtida de duasmaneiras diferentes: Segundo o princpio da
AoousegundooprincpiodaReao.
EXPANSORESCONVERGENTES
ECONVERGENTES
DIVERGENTES
Os expansores so restries ao fluxo de vapor e tem o objetivo de
converteraenergiadovaporemenergiacintica.
Expansores Convergentes: so usados sempre que a presso de descarga for
maiorouiguala53%dapressodeadmisso(pequenossaltosdeentalpia).
Expansores ConvergentesDivergentes: so usados sempre que a presso de
descargaformenorque53%dapressodeadmisso(grandessaltosdeentalpia).
Expansor
TURBINADE
AO
ETURBINA
DE
REAO
Setivermosumexpansor,montadoemumacmaradevaporestacionria,
dirigindoumjatodevaporparaumapalheta,montadanaperiferiadeumaroda,
teremosumaturbinadeaorudimentar.
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Por,outrolado,montarmosaprpriacmaradevaporcomoexpansor,na
periferiadarodaeconseguirmos levarvapor,deformacontnua,aestacmara,
atravsdeumeixooco,teremosconstrudoumaturbinadereaoelementar.
Emboraestas
duas
turbinas
rudimentares
ilustrem
os
princpios
bsicos
envolvidos,algumasmodificaessonecessriasparaconvertlasemunidades
prticas.
TURBINADEAO
Em um estgio de ao, toda a transformao de energia do vapor
(entalpia)emenergiacinticaocorrernosexpansores.Emconsequncia,noarco
ounoaneldeexpansores(rodadepalhetasfixas)deumestgiodeao,haver
umaquedanapressodovapor(diminuemtambmaentalpiaeatemperatura,
enquantoaumentaovolumeespecfico)eumaumentodavelocidade.Narodade
palhetas mveis no haver expanso (queda de presso), pois as palhetas
mveistmseosimtricaequeresultaemreasdepassagensconstantespara
ovapor.
TURBINADEREAO
Na realidade, o que chamamos comercialmente de turbina de reao uma
combinao com grandes saltos de entalpia e onde a preocupao com a
eficincia essencial, seramos levados a velocidades excessivas nas palhetas,
incompatveiscomsuaresistnciamecnica.Asoluoparaoproblemadividir
o aproveitamentodo saltodeentalpia em vrios saltosmenores subsequentes
que chamamos de estgios. Mquinas de grande potncia tem, portanto,
usualmente,vriosestgioscolocadosemsrie,podendosertantodeaocomo
dereao.
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ESTGIOSDEAO
Osestgiosdeaopodemserdedoistipos:estgiosdepresso,tambm
conhecidoscomoestgiosRATEAU,eestgiosdevelocidadesconhecidoscomo
estgiosCURTIS.
Osestgiosdepressosocompostosporumarcodeexpansoreseuma
rodadepalhetasmveis,seforoprimeiroestgiodamquina,ouporumanelde
expansores (rodadepalhetas fixas) euma rodadepalhetasmveis, se forum
estgiointermedirio.
Oestgiodevelocidadecompostodeumarcodeexpansores,seguidopor
duasrodasdepalhetasmveisentreasquaishumarcodepalhetasguias.Toda
aqueda
de
presso
do
estgio
ocorre
nos
expansores.
A
velocidade
do
vapor,
pormabsorvidaapenasparcialmentenaprimeirarodadepalhetasmveis.O
vapordeixaentoestarodacomumaenergiacinticaaindaelevada.
Estgiosde
Ao
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EstgiosdeReao(esq.)TurbinadeReaodeEstgiosMltiplos(dir.)
ESTGIOSDE
AO
EESTGIOS
DE
REAO
ESTGIOSDEAO
Osestgiosdeaopodemserdedoistipos:estgiosdepresso,tambm
conhecidos como estgios Rateau e estgios de velocidade conhecidos como
estgioCurtis.
Oestgiodepressocompostodeumarcodeexpansoreseumarodade
palhetamveis
se
for
oprimeiro
estgios
da
mquina,
ou
por
um
anel
de
expansores (roda de palhetas fixas) e uma roda de palhetasmveis se for um
estgiointermedirio.
Oestgiosdevelocidadecompostodeumarcodeexpansores, seguido
porduasrodasdepalhetasmveis,entreasquaishumarcodepalhetasguias.
Toda a queda de presso do estgio ocorre nos expansores. A velocidade do
vapor porm, absorvida apenas parcialmente na primeira roda de palhetas
mveis.O
vapor
deixa
ento
esta
roda
com
uma
energia
cintica
ainda
elevada
queseraproveitadaemumasegunda rodadepalhetasmveis.Apenascoma
finalidadedereorientarojatodevapor,paraqueoesforosobreasegundaroda
depalhetamveis sejade sentido igualaodoesforo sobreaprimeira roda,
colocadoentreambasumarcodepalhetasguias.importantenotarquenoh
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expansonaspalhtasguias,permanecendo constantes,ao longodelas, tantoa
pressocomoavelocidade.
Emumestgiodevelocidade,comoapenasmetadedavelocidadedovapor
absorvida
por
roda,
admite
se
que
avelocidade
do
vapor
na
entrada
da
primeira roda seja igual aquatro vezes a velocidade perifrica dapalheta. Por
estarazo,emumestgiodevelocidadeconseguimosaproveitarumgrandesalto
deentalpia,emboracomalgumprejuzodaeficincia.
OestgioCURTIStemduasaplicaescaractersticas:comoestgionico
demquinas de pequena potncia e como primeiro estgio demquinas de
grandepotncia.
ESTGIOSDEREAO
Os estgios de reao, chamados tambm de estgios PARSONS, so
sempre constitudos de uma roda de palhetas fixas, seguidas de uma roda de
palhetasmveis.Comoas turbinasdeestgionicososempredeao,ouso
dos estgios de reao restringese aos estgios intermedirios e finais das
turbinasdereaodeestgiosmltiplos,poismesmonestasoprimeiroestagio
usualmenteum
estgio
de
ao.
Estgiodeaoedereao
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VANTAGENSDASTURBINASAVAPOR
a) Dopontodevistatermodinmico:O ciclo trmico a vapor do qual a turbina parte integrante, apresenta
rendimentosbastante
satisfatrios
quando
comparados
com
os
ciclos
trmicos de outrasmquinas (Turbinas Gs eMotores de Combusto
Interna)
b)Dopontodevistamecnico: AsTurbinasaVaporsopuramenterotativasisto,aforaacionadora
aplicada diretamente no elemento rotativo da mquina. Tm
balanceamento bastante fcil, resultando em um funcionamento bem
suavedamquina.
umamquina de alta rotao (3.500 a 6.000 rpm) sendo ideal para
acionarbombasecompressorescentrfugos.
Nohlubrificaointerna.Oleocirculasomenteatravsdosmancaise
dosistemadecontrole,sendocontinuamentefiltradoeresfriado.
Afacilidadedecontroleeapossibilidadedevariaodevelocidadefeita
pelogovernador
bastante
simples,
precisa
econfivel.
CLASSIFICAODASTURBINASAVAPOR
SEGUNDOTRAJETRIADESCRITAPORUMAPARTCULADEVAPOREMRELAO
BASEDATURBINA
TURBINASAXIAIS
Ovaporfluiaxialmentedeboquilhasdispostasradialmenteemtornodorotor.
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TURBINASRADIAIS(tipoLjungstrom)
Ovaporsedirigededentroparaforaradialmenteatravsdecanaisformadospor
palhetasmveis
dispostas
axialmente.
TURBINASTANGENCIAIS
O vapor conduzido tangencialmenteao rotor.Oescoamentono rotoruma
composiodeescoamentoaxialeradial.
CONFORMEOMODODEATUAODOVAPORNOROTOR
TURBINASDEAO
Ovaporseexpandeunicamenteemrgosfixos(boquilhasouexpansores)eno
nosmveis
(rotores),
de
modo
que
apresso
sobre
as
faces
das
palhetas
dos
mesmosnovariasensivelmente.
TURBINASDEREAO
O vapor se expande tambm no rotor, demodo que a presso entrada do
mesmomaiorquenasada.
TURBINASMISTAS(deaoereao)
Aparte inicialdaturbinaconstrudaparaaao(altapresso)eaoutraparte
comoturbinadereao.
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TURBINADECONTRAPRESSO
Ovapordeescapeconduzidoadispositivosespeciaisparaasuaposterior
utilizao,comoporexemplo,nacalefao.
TURBINASCOMBINADAS
Partedo vapor subtradadamquinaantesde sua totalutilizao,e
conduzidaaoutrosdispositivos (paracalefao,porexemplo).O restante
do vapor continua sua evoluo no interior da turbina, passando a um
condensadoroudiretamenteatmosfera.
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TURBINASAGS
DEFINIO
O termo turbina a gs mais comumente empregado em referncia a um
conunto de trs equipamentos: compressor, cmara de combusto e turbina
propriamentedita.Estaconfigurao formaumciclo termodinmicoags,cujo
modeloidealdenominaseCicloBrayton.Esteconjuntooperaemcicloaberto,ou
seja,o fluidode trabalho (ar)admitidonapressoatmosfricaeosgasesde
escape, aps passarem pela turbina, so descarregados de volta na atmosfera
semqueretornemadmisso.
Apalavragsnosereferequeimadegasescombustveis,massim,aofluido
detrabalho
da
turbina,
que
neste
caso
amistura
de
gases
resultante
da
combusto.
UTILIZAO
Turbinas a gs so amplamente empregadas na propulso de avies e outros
tiposdeaeronaves.Istosedeveprincipalmentesuaaltadensidadedepotncia,
emrelao
aoutras
mquinas
como
os
MCI.
Ou
seja,
as
turbinas
ags
geram
maiorespotnciacomparadasamquinasdomesmopeso.
FUNCIONAMENTO
A turbina a gs umamquina feita para empurrar, usando a terceira lei de
Newton.Aaode forarmassaem formadegasesquentesparaumadireo
gera
uma
fora
em
sentido
contrrio.
TodasaspeasqueestodentrodaTurbinaaGstmafinalidadedecaptaroar
eexpulslocomamaiorvelocidadepossvel.
Parafazeristo,emumaturbinadetamanhoadequadoausoparaaeromodelo,
usadoumcompressorradialqueaogirarexpulsaoaragrandevelocidadeparaa
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sua periferia. Ou seja, este compressor retira energia mecnica do eixo e
transfereestaenergiaparaoar.Estearcomaltavelocidadeobrigadoapassar
pelo difusor que com passagens divergentes, reduzem a velocidade,
transformandoestavelocidadeempresso.
Este ar sob presso entra na cmara de combusto, onde recebe energia pela
queima do combustvel, e se expande ao ser aquecido. Este ar quente e sob
presso obrigado a passar pelo estator da turbina, que pela forma das suas
palhetas,direcionaestearemaltavelocidadeparaorotordaturbina.Aoalcanar
orotor,oarentregaumapartedasuaenergia,aoobrigloagirar.
Observarquea turbinasomente tema finalidadede fornecerenergiamecnica
paraocompressor.Asobradeenergiadoardoescapamentoqueutilizada
comoenergiadepropulso.
TurbinaaGs
VANTAGENS
Tendemasermaiscompactas,isto,temumamaiorrazopotncia/peso(at70%emrelaoaoutrosmotores).Por isso,elassoadequadaspara
sistemas de transportes como avies, navios e at mesmo transporte
terrestre.
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Partidaeparadamaisrpidas. Tempoderespostabaixo. Equipedeoperaoemanutenoreduzida. Consomemenosmatriaprimanafabricao. Menorcusto. Produzmenosvibrao. (Quase)norequerguaderesfriamento.
DESVANTAGENS
Menorpotnciaespecfica. Menoreficincia. Menorvidatil. Maissensvelqualidadedocombustvel. Muitoscomponentessobaltatensomecnica. Rudosdealtafreqncia. Necessidadedegrandequantidadedear. Produodegrandequantidadedegasesquentes(objetivo). Nopodeserconsertadonaplanta.
RAZODEPOTNCIA
Parcelasignificativadapotnciadaturbinautilizadaparaacionarocompressor
(backwork).
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TURBOGERADORES
Turbinas a gs dedicadas gerao de energia eltrica so divididas em duas
principaiscategorias,noqueserefereconcepo.
Soelas
as
pesadas
Heavy
Duty,
desenvolvidas
especificamente
para
agerao
de
energiaeltricaoupropulsonavaleasaeroderivativas,desenvolvidasapartirde
projetosanterioresdedicadosaaplicaesaeronuticas.
Ocompressorutilizadogeralmentetrabalhacomfluxoaxial,tipicamentecom17
ou18estgiosdecompresso.Cadaestgiodocompressor formadoporuma
fileira de palhetas rotativas que impemmovimento ao fluxo de ar (energia
cintica) e uma fileira de palhetas estticas,que utiliza a energia cintica para
compresso.O
ar
sai
do
compressor
auma
temperatura
que
pode
variar
entre
300Ce450C.Cercademetadedapotnciaproduzidapelaturbinadepotncia
utilizadanoacionamentodocompressoreorestanteapotncialquidagerada
quemovimentaumgeradoreltrico.
Saindodacmaradecombusto,osgasestmtemperaturadeat1250C.Aps
passarpelaturbina,osgasessoliberadosaindacomsignificantedisponibilidade
energtica,tipicamenteatemperaturasentre500Ce650C.Considerando isso,
astermeltricas
mais
eficientes
ede
maior
porte
aproveitam
este
potencial
atravsdeumsegundociclotermodinmico,avapor(ouCicloRankine).
Estes ciclos juntos formam um ciclo combinado, de eficincia trmica
frequentementesuperiora60%.Ciclossimplesagstmtipicamente35%.
Turbinas projetadas para operar em ciclo simples, tendo em vista a eficincia
trmicadociclo,tmtemperaturadesadadegasesreduzidaaomximoetm
otimizadataxadecompresso.Ataxadecompressoarelaoentreapresso
doar
entrada
esada
do
compressor.
Por
exemplo,
se
oar
entra
a1atm,
edeixa
ocompressora15atm,ataxadecompressode1:15.
Turbinasagsespecficasparaoperaremciclocombinado,sodesenvolvidasde
modoamaximizaraeficincia trmicado ciclo comoum todo.Desta forma,a
reduo de temperatura dos gases de escape no necessariamente o ponto
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maiscrtico,emtermosdeeficincia,umavezqueosgasesdesadada turbina
aindasoutilizadosparagerarpotncia.
OUTRASAPLICAES
Turbinasagstambmpodemacionardiversosoutrostiposdemquinamovidas
poreixo,taiscomonavios,nibus,helicpteros,locomotivas,tanquesdeguerra,
bombasecompressores(externosaoprpriociclodaturbina).
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