Turbinas a vapor

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Curso de Graduação em Engenharia Mecânica
Disciplina: Tecnologia do Calor II – MEC 4028-2
Período: 4º - 2º semestre de 2007
Professor: Otavio Henrique Paiva Martins Fontes
Aula nº 5: Turbinas a Vapor

Turbinas a Vapor


Definições



Princípios Básicos de Funcionamento



Elementos de Construção de Turbinas a Vapor



Classificação das Turbinas a vapor



Projeto edimensionamento de Turbinas



Dispositivos de regulagem e segurança



Materiais empregados



Manutenção e reparo de turbinas a vapor

Turbinas a Vapor - Definições


Turbinas a Vapor são Máquinas Térmicas que utilizam a
energia do vapor sob forma de energia cinética. Deve-se
transformar em energia mecânica a energia contida no vapor
sob a forma de energia térmica e depressão.



A história registra a construção de dispositivos rudimentares,
que se baseavam nos princípios de ação ou de reação das
turbinas atuais em épocas longínquas.



O desenvolvimento da turbina a vapor, como um tipo
realmente útil de acionador primário até a sua forma atual,
ocorreu somente nos últimos setenta anos.

Turbinas a Vapor - Definições


As turbinas de umaforma geral, são motores rotativos que
convertem em energia mecânica a energia de uma corrente
de água (turbinas hidráulicas), vapor d'água (turbinas a
vapor) ou ar (turbinas a gás). O elemento básico da turbina
é a roda ou rotor, que conta com palhetas, hélices, lâminas
ou cubos colocados ao redor de sua circunferência, de
forma que o fluido em movimento produza uma força
tangencial queimpulsiona a roda, fazendo-a girar.

Turbinas a Vapor - Definições

Figura 1 – Turbina “Tipo
Francis”, utilizada na
Hidrelétrica de Itaipu

Turbinas a Vapor - Definições

Princípios Básicos de Funcionamento


Em uma turbina a vapor a transformação de energia do vapor
em trabalho é feita em duas etapas: inicialmente, a energia
do vapor é transformada em energia cinética. Para isso ovapor é obrigado a escoar através de pequenos orifícios, de
formato especial, denominados expansores, onde, devido à
pequena área de passagem, adquire alta velocidade,
aumentando sua energia cinética, mas diminuindo, em
conseqüência, sua entalpia (energia).



Em um expansor, além do aumento de velocidade e da
diminuição da entalpia, ocorrem também queda na pressão,
queda na temperaturae aumento no volume específico do
vapor.

Princípios Básicos de Funcionamento


Na segunda etapa da transformação, a energia cinética
obtida no expansor é transformada em trabalho mecânico.
Esta transformação de energia pode ser obtida de duas
maneiras diferentes: segundo os princípios da Ação eu
Reação.



Assim sendo os princípios da Ação e Reação são as duas
formas básicascomo podemos obter trabalho mecânico
através da energia cinética inicialmente obtida.

Princípios Básicos de Funcionamento
A

C

B

D

Figura 2 - (A e B) Turbinas de Reação e Ação; (C e D) Princípios da Reação e Ação

Princípios Básicos de Funcionamento


Se o expansor for fixo e o jato de vapor dirigido contra um
anteparo móvel, a força de ação do jato de vapor irá
deslocar oanteparo, na direção do jato, levantando o peso
W.



Se, entretanto o expansor puder mover-se, a força de
reação, que atua sobre ele, fará com que se desloque, em
direção oposta do jato de vapor, levantando o peso W.



Em ambos os casos a energia do vapor foi transformada
em energia cinética no expansor e esta energia cinética,
então, convertida em trabalho.

Princípios Básicosde Funcionamento


Newton afirmou que é necessário exercer uma força para
mudar a velocidade (tanto em módulo como em direção)
de um corpo em movimento. Este princípio está ilustrado
na caixa D da figura 2. O jato de vapor (um corpo em
movimento) tem sua velocidade modificada pelo anteparo
circular, colocado em seu caminho. A força resultante
move o anteparo, na direção do jato, e...
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