Turbina a vapor

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TURBINAS A VAPOR
A turbina a vapor é uma máquina motriz que utiliza a elevada energia cinética da massa de vapor expandido, fazendo com que forças consideráveis, devidas à variação de velocidade, atuem sobre as pás do rotor. As forças, aplicadas às pás, determinam um momento motor resultante, que faz girar o rotor. Sua maior aplicação é no acionamento de bombas, ventiladores, compressores egeradores de energia elétrica. Também são usadas para acionamento de navios. O ciclo termodinâmico que descreve a operação de uma turbina a vapor é o ciclo Rankine.

A figura 2-1 mostra duas turbinas a vapor.
Breve histórico
A turbina a vapor moderna foi inventada em 1884, pelo britânico Sir Charles Parsons, cujo primeiro modelo foi ligado a um dínamo que gerava 7,5 kW (10 cv) de eletricidade. Ainvenção da turbina a vapor Parsons tornou mais barata a eletricidade para o transporte marítimo, revolucionando-o. Sua patente foi licenciada e a turbina foi dimensionada pouco depois pelo americano George Westinghouse. Após, uma série de outras variações de turbinas foram desenvolvidas para trabalhar eficazmente com vapor. Em 1890, Gustaf de Laval criou um tubo para acelerar o vapor a umavelocidade máxima antes de lançá-lo contra uma lâmina da turbina, esta ficou conhecida como a turbina de Laval. A partir disto, o impulso da turbina se tornou mais simples, menos dispendioso e não precisa ser à prova de pressão. Em 1900, as empresas E.U. Internacional Curtis Marine Turbine Companye John Brown & Company desenvolveram em conjunto as turbinas Brown-Curtis. Essas turbinas foramutilizadas em navios mercantes e navios de guerra.
Ciclo Rankine
O ciclo Rankine é um ciclo termodinâmico baseado em quatro processos que ocorrem em regime permanente. Este ciclo é o ideal de potência a vapor. Seu estado 1 é líquido saturado e o estado 3 é vapor saturado (ou superaquecido). Seu nome foi dado em razão do matemático escocês William John Macquorn Rankine.
A figura 2.2-1 mostra o diagramaT-s referente ao ciclo. Os processos que compões o ciclo são: Processo de bombeamento adiabático reversível, na bomba;Transferência de calor e pressão constante, na caldeira; Expansão adiabática reversível, na turbina (ou noutra máquina motora tal como a máquina a vapor);Transferência de calor a pressão constante, no condensador.

Figura 2.2-1:Unidade motora simples a vapor que opera segundo umciclo Rankine.
O rendimento térmico é definido pela seguinte relação:
FÓRMULA
onde wliq é o trabalho líquido realizado pela turbina e que é a taxa de calor transferida para o meio. Neste ciclo é útil considerar que o rendimento depende da temperatura média na qual o calor é fornecido e da temperatura média a qual o calor é rejeitado. Qualquer variação que aumente a temperatura média na qual ocalor é fornecido, ou que diminua a temperatura média na qual o calor é rejeitado, aumentará o rendimento do ciclo Rankine.
Princípio de Funcionamento
As turbinas acionadas a vapor possuem suas dimensões, formato, dutos de entrada, válvulas de emergência, válvulas de regulação e câmara de admissão determinadas pelo volume e pelas condições iniciais do vapor (temperatura e pressão). Apósmovimentar a turbina, o vapor retorna ao estado líquido e é bombeado de volta à caldeira, dando continuidade ao processo. A transformação do vapor em água novamente é feita com o auxílio de um circuito de água de refrigeração, o chamado condensador. Essa água pode provir de um rio, lago ou mar, dependendo da localização da usina. Ressalta-se que essa água de refrigeração não tem contato direto com o vapor,e somente circula no interior dos tubos do condensador. Quanto ao princípio de funcionamento, as turbinas a gás dividem-se em turbinas de ação e turbinas de reação. Turbinas de ação Nas turbinas de ação, a queda de pressão do vapor ocorre somente em peças estacionárias. Nelas predomina a força de impulsão, conforme a figura 2.3-1 e os estágios podem ser de dois tipos: estágio de pressão,...
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