Turbinas a Vapor 2

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Turbinas a vapor 
O treinamento básico sobre as turbinas a vapor está segmentado em 
princípios de funcionamento, cálculos termodinâmicos, equipamentos 
de controle e segurança e sistemas auxiliares. 
 
2.1. Princípio do funcionamento de turbinas a vapor 
As turbinas a vapor são máquinas rotativas, as quais transformam a 
energia interna e cinética do vapor em energia cinética rotativa no seu 
eixo. Essa energia pode ser utilizada para o acionamento de 
compressores, ventiladores e bombas para fins quaisquer, ou ainda, 
acionando um gerador síncrono trifásico, com o objetivo de converter 
energia mecânica em energia elétrica. 
Energia interna
do vapor
Energia cinética
no rotor
Acionamento de
máquinas
Energia
elétrica
 
Fig. 2.1a - Conversão de energia do vapor para fins industriais. 
 
 
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O vapor, estando a alta temperatura e pressão, possui grande 
quantidade de energia, estando na forma de vibrações 
intermoleculares e diferença de pressão entre vapor e atmosfera. Esta 
energia é quantificada sob o nome de entalpia. Este vapor é produzido 
por um gerador de vapor, mais conhecido como caldeira. A caldeira 
aquece água pela queima de um combustível (gás, óleo ou bagaço 
de cana), produzindo vapor, o qual é conduzido da caldeira por uma 
tubulação. 
Este vapor então é introduzido na turbina, até um segmento de 
injetores, os quais têm a função de converter a entalpia do vapor em 
velocidade. Além de velocidade, o vapor também perde pressão e se 
expande. Em seguida, o vapor passa por palhetas, conectadas ao rotor 
da turbina. Estas palhetas recebem o impacto do vapor, produzindo 
movimento nas palhetas e impulsionando o rotor, fazendo assim com 
que o eixo da turbina gire, produzindo energia mecânica de rotação. O 
vapor é então expelido da turbina, podendo estar a pressões acima ou 
abaixo da atmosférica. A figura 2.1b ilustra um sistema composto de 
caldeira e turbina. 
Turbina
Caldeira
Combustível
Vapor de saída
WT
Vapor de entrada
 
Fig. 2.1b - Sistema caldeira - turbina. 
 
 
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2.1.1. Princípio de ação e reação 
Podemos imaginar o princípio de movimentação do rotor da turbina 
observando o desenho da figura 2.1.1a. No princípio de reação, 
ilustrado segundo o exemplo A, o tanque possui rodas, de tal forma que 
a força de reação à pressão do vapor de escape movimenta o peso. 
No exemplo B, o vapor é introduzido no tanque a uma pressão P1, de 
modo que o vapor de saída, a uma pressão P2, P2 < P1, impulsione a 
palheta e levante o peso, ilustrando o princípio de ação. 
W
Vapor P1
Força de
reação
(A) (B)
Vapor P1
W
Força de ação
 
Fig. 2.1.1a - Princípios de ação e reação. 
Em turbinas, o princípio de ação e reação é classificado segundo a 
perda de pressão na passagem da palheta. Nas turbinas de ação, o 
vapor ao entrar em contato com a palheta perde somente velocidade, 
mas mantém suas propriedades termodinâmicas, como pressão, volume 
específico e entalpia. Em palhetas de reação, ocorre uma perda de 
velocidade e também de pressão e volume específico, resultando em 
uma perda entálpica e expansão do vapor . 
Pressão
Volume
Velocidade
Injetor Palheta
Pressão
Volume
Velocidade
Injetor Palheta
( A ) ( B )
 
Fig. 2.1.1b - Propriedades do vapor em turbinas de ação (A) e reação (B). 
 
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Na verdade, todas as turbinas são de reação, pois sempre há uma 
perda entálpica nas palhetas. Porém, as turbinas de ação apresentam 
grau de reação(*) de no máximo 15% da perda com relação ao 
conjunto injetores-palhetas, enquanto que as de reação apresentam 
um grau de reação de 50%. 
 
2.1.2. Classificação das turbinas a vapor 
As turbinas a vapor são classificadas de acordo com os seguintes 
aspectos: 
a) Princípio de ação do vapor 
• Turbinas de ação: de acordo com o exemplificado em 2.1.1.1, 
somente há queda de pressão nos injetores. 
• Turbinas de reação: de acordo com 2.1.1.1, a queda ocorre também 
nas palhetas. 
b) Número de estágios 
• Turbinas simples estágio: a expansão do vapor é realizada uma única 
vez, podendo o rotor possuir 1 fileira de palhetas (tipo Laval) ou de 2 
até 4 fileiras de palhetas (tipo Curtis). As turbinas simples estágio são 
sempre de ação. 
• Turbinas multiestágio: a expansão do vapor é realizada em várias 
etapas, sendo que o rotor possui entre as palhetas móveis, um ou 
mais blocos de injetores intermediários (diafragmas) ou palhetas 
diretrizes (dependendo do tipo de turbina, se for de ação ou reação), 
fixados na carcaça da turbina. Isso resulta em maiores eficiências 
para grandes diferenças de entalpia, além do fato que os injetores 
não suportariam o aumento do volume específico. 
c) Direção do escoamento de vapor 
• Axial: O vapor escoa paralelamente pelo eixo de rotação da turbina. 
• Radial: O vapor escoa radialmente ao eixo de rotação da turbina. 
(*) Grau de reação é definido pela seguinte relação: 
G.R. = (Queda entálpica na palheta) / (Queda entálpica no conjunto injetor-palheta) 
 
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d) Tipo de serviço 
• Turbinas de contrapressão: a pressão de escape é maior que a 
pressão atmosférica. Nesse caso, o vapor será aproveitado para um 
processo qualquer. 
• Turbinas de condensação: a pressão de escape é menor que a 
pressão atmosférica. Este tipo de turbina é mais utilizada para 
aproveitamento total da energia do vapor, o qual é condensado 
após a saída da turbina por um condensador. 
• Turbinas com extração: Possível tanto para turbinas de contrapressão 
quanto de condensação. É realizada uma retirada de vapor em um 
ponto intermediário da turbina, para ser aproveitado em outro 
processo. Tanto para turbinas de ação como de reação, é possível 
controlar a vazão de extração. (*) 
Princípio de ação
Ação Reação
Número de
estágios
1 2 ou mais
Direção de
fluxo
Radial Axial
Tipo de serviço
Contrapressão Condensação
Extração
 
Fig. 2.1.2a - Classificação das turbinas a vapor. 
 
(*) A extração pode ser: 
a) Controlada: onde se controla tanto a vazão como a pressão de vapor que é extraído da 
turbina, independente da carga mecânica solicitada ao eixo da turbina. 
b) Não controlada ou tomada simples: onde se controla somente a vazão de vapor extraída 
da máquina. A pressão estará sujeita a variações dependendo da carga no eixo da turbina. 
 
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2.2. Componentes principais de turbinas a vapor 
Cada componente de uma turbina, em virtude do trabalho sob 
diferentes condições de serviço, sua dimensão, tipo de fabricação, 
esforços a que está submetido, leva a definir um certo número de 
critérios que permite escolher entre os diversos materiais que poderiam 
ser empregados em sua fabricação, aquele que permita assegurar os 
serviços exigidos. 
Além disto os materiais devem satisfazer determinadas condições físicas 
e químicas, como por exemplo: 
• apresentar boa resistência à corrosão e oxidação; 
• possuir boa estabilidade estrutural sob elevada temperatura durante 
um espaço de tempo prolongado; 
• ter dureza superficial para resistir à erosão; 
• ser soldável, pois em alguns casos o único modo de montagem é a 
soldagem. 
Quando a dureza for um fator relevante, uma têmpera será suficiente, 
mas em peças onde se deseja outras carcterísticas, é necessário uma 
nitretação. Qualquer peça tratada não pode ser usinada ou lixada, pois 
ocorrerá remoção do tratamento influenciado no seu desempenho, 
principalmente durabilidade e confiabilidade. 
A descrição dos componentes segue uma seqüência a partir do 
caminho que o vapor faz dentro da turbina, desde a admissão até o 
escape. Outras peças que não entram em contato direto com o vapor 
também serão mencionadas, dada a sua importância. 
 
2.2.1. Câmara de vapor 
Esta peça é feita em ferro ou aço fundido para atender as condições 
máximas de trabalho. No seu interior estão localizadas as válvulas de 
regulagem de vapor, que realizam o controle de entrada de vapor, e a 
válvula de emergência que, em caso de disparo da turbina, fecha 
automaticamente. 
Assim que o vapor entra na turbina ele é obrigado a passarpor um filtro 
de tela de aço inox. Este é um complemento normalmente padrão em 
todas as turbinas. 
 
 
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2.2.2. Carcaça 
É o suporte das partes estacionárias tais como diafragmas, palhetas 
fixas, mancais, válvulas, etc. Na grande maioria das turbinas são de 
partição horizontal, na altura do eixo, o que facilita sobremaneira a 
manutenção. O material empregado na carcaça da turbina pode ser 
ferro fundido, aço ou liga de aço, dependendo das condições de 
pressão e temperatura. Por serem bipartidas, são unidas por parafusos 
prisioneiros com junta metálica entre elas. A carcaça pode ser sub-
dividida ao longo de seu comprimento caracterizando as seções de 
alta e baixa pressão. 
A carcaça de alta pressão é fundida. Para condições de temperatura e 
pressão severas, o material da carcaça é um aço de baixa liga ou em 
condições extremas de aço inoxidável. Para condições de trabalho 
moderadas tem-se carcaça de aço fundido. 
Na parte de baixa pressão, geralmente seu material é o ferro fundido, 
podendo ser de aço carbono fundido em condições um pouco mais 
elevadas. 
Em turbinas condensantes de potência elevada, a carcaça de baixa 
pressão é bastante avantajada fisicamente. Nestes casos é bastante 
comum, por finalidade construtiva, a adoção de uma construção 
soldada, a partir de chapas de aço carbono, que oferece também 
como vantagens, maior rigidez, menor tempo e custo de fabricação e 
união perfeita com o condensador diretamente por soldagem. 
 
2.2.3. Válvula de fecho rápido 
A maneira usual de parar uma turbina a vapor é pelo fechamento de 
uma válvula, chamada válvula de fecho rápido, colocada em série 
com válvula de controle de admissão, o que corta totalmente a 
admissão de vapor para a turbina. Esta válvula é também conhecida 
como válvula de bloqueio automático ou válvula de "trip". 
Em uma turbina de uso geral a válvula de fecho rápido é mantida, 
durante a operação da turbina, totalmente aberta, contra a ação de 
uma mola, travada por um conjunto de alavancas externo, conhecidas 
como gatilho e alavanca de "trip". O gatilho do "trip" pode ser acionado 
pelo dispositivo de desarme por sobrevelocidade ou manualmente pelo 
operador, em ambos os casos liberando a alavanca de "trip", que sob a 
ação da mola, fechará a válvula de fecho rápido, cortando a 
admissão de vapor e parando a turbina. 
 
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O dispositivo de desarme por sobrevelocidade consiste, como mostra a 
figura 2.2.3a, de um pino excêntrico no eixo da turbina. Este é mantido 
em seu alojamento pela força de uma mola, disposta de modo a anular 
a força centrífuga a qual tende a expulsar o pino. A força centrífuga 
aumenta à medida que aumenta a velocidade, então quando a 
turbina atinge uma determinada rotação, conhecida como velocidade 
de "trip", a força centrífuga vence a força da mola e o pino excêntrico‚ 
expulso de seu alojamento, aciona o gatilho disparador. Este, por sua 
vez, libera a alavanca de "trip", o que provoca o fechamento de 
válvula de fecho rápido e a parada da turbina. A velocidade em que o 
dispositivo de desarme por sobrevelocidade atuará pode ser regulada, 
pela modificação da tensão inicial da mola. 
 
Fig. 2.2.3a - Pino disparador e válvula de fecho rápido. 
O dispositivo de desarme por sobrevelocidade protege a turbina, 
impedindo que opere em velocidade superiores à velocidade de "trip", 
onde as tensões resultantes da força centrífuga poderiam ser perigosas 
para a resistência mecânica do conjunto rotativo da turbina. 
Em turbinas de uso especial, a válvula de fecho rápido, bem como as 
válvulas de controle de admissão e extração, exigem forças bastante 
elevadas para sua movimentação e posicionamento. Por isto não 
 
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podem ser acionadas simplesmente por uma transmissão mecânica, 
como nas turbinas de uso geral, exigindo acionamento hidráulico por 
servo-motores, que permite a ampliação do esforço de saída, 
respectivamente, do mecanismo de "trip" e o do regulador, de maneira 
a torná-los suficientes ao acionamento da válvula de bloqueio 
automático e das válvulas de controle de admissão. 
Para aplicações onde são requeridas uma maior confiabilidade e 
segurança, assim como turbinas para potências maiores, utiliza-se um 
sistema de controle eletrônico para desarme por sobrevelocidade no 
lugar do pino excêntrico. 
 
2.2.4. Válvulas de controle de admissão e extração 
São válvulas que regulam a vazão de vapor na turbina, tanto na 
admissão quanto na extração. 
Para evitar a erosão de seu plugue ou sede, o que prejudicaria suas 
caraterísticas de controle, ou a corrosão de sua haste, guias e buchas 
de vedação, o que poderia causar seu emperramento, as válvulas de 
controle têm plugue, sede, haste, guias e buchas de vedação 
fabricadas em material resistente a corrosão-erosão, normalmente um 
aço inoxidável ferrítico. 
Uma vez que a turbina opera normalmente entre condições de vapor 
estáveis, as variações da carga devem ser atendidas por meio do 
controle da vazão de vapor admitida na máquina. Esta função é 
executada, automaticamente, pelas válvulas de controle de admissão, 
sob controle de um dispositivo, o regulador de velocidades, a ser 
explicado mais adiante. 
Existem dois tipos básicos para as válvulas de controle de admissão: a 
construção "multi-valve" e a construção "single-valve". 
 
 
Fig. 2.2.4a - Bloco de 3 válvulas de admissão. 
 
 
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a) "Multi-valve": neste tipo de construção, o controle da admissão de 
vapor é feito através de várias válvulas, em paralelo, cada uma 
alimentando um grupo de expansores. A abertura destas válvulas é 
sequencial, isto é, para uma carga muito baixa, a vazão de vapor 
necessária seria muito pequena, e estaria aberta, total ou parcialmente, 
apenas uma válvula, alimentando, portanto, apenas um grupo de 
injetores, permanecendo bloqueados os demais grupos. À medida que 
a carga aumenta, exigindo uma vazão maior de vapor, vão sendo 
abertas, sequencialmente, as demais válvulas, alimentando outros 
grupos de injetores, até a condição de carga máxima, onde todas as 
válvulas estarão abertas e todos os injetores recebendo vapor. Esta 
abertura sequencial permite que, à medida que a vazão total de vapor 
cresce, para atender ao aumento da carga, a quantidade de injetores 
que está recebendo vapor cresça proporcionalmente. Assim, a vazão 
de vapor através de cada injetor em operação pode ser mantida 
constante e igual à sua vazão de projeto, a despeito da carga. Isto 
aumenta bastante a eficiência da turbina, principalmente em condição 
de baixa carga. Estas válvulas de admissão de vapor, de construção 
múltipla e abertura sequencial, são também conhecidas, devido à sua 
função, como válvulas parcializadoras, figura 2.2.4a. Em turbinas de uso 
especial usamos quase sempre esta construção, pois permite obter uma 
melhor eficiência para a turbina e um controle mais preciso. 
b) "Single-valve": em turbinas de uso geral, onde a obtenção de uma 
solução de simples e econômica‚ mais importante que o aumento da 
eficiência da turbina ou a precisão do controle, usamos este tipo de 
construção, caracterizado pelo estrangulamento da passagem de 
vapor. Nesta construção, a válvula de controle da admissão do vapor é 
única, admitindo vapor simultaneamente para todos os injetores. Esta 
construção‚ bastante ineficiente quando a turbina opera com carga 
baixa e, em consequência, com baixa vazão total de vapor, que será 
dividida igualmente por cada injetor. Isto fará com que a vazão em 
cada injetor seja bastante interior à sua vazão de projeto e prejudicará 
a eficiência da turbina. 
Algumas turbinas possuem uma retirada parcial de vapor, em um 
estágio intermediário, e portanto a uma pressão intermediária, entre a 
admissão e a de descarga, conhecida como extração. Como a 
pressão em um ponto qualquer ao longo da turbina varia, quando 
variam as condições de carga da turbina, se a extração consistir 
simplesmente em um flange, através do qual poderemos retirar vapor, 
após um determinado estágio da máquina, a pressãodo vapor extraído 
será influenciada pelas condições de carga da turbina. Em alguns 
casos, como por exemplo na retirada de vapor para aquecimento 
regenerativo de água de alimentação da caldeira, esta flutuação na 
pressão do vapor extraído é perfeitamente aceitável. A este tipo de 
 
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extração chamamos de extração não controlada ou tomada. 
 
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Em outras ocasiões, entretanto, como no caso das refinarias, desejamos 
uma retirada do vapor, a pressão constante, para uso no processo ou 
para acionamento de máquinas menores. Para manter a pressão do 
vapor extraído constante, a despeito das flutuações da carga da 
turbina ou do consumo de vapor extraído, a turbina deverá ter um 
conjunto de válvulas de controle de extração. 
As válvulas de controle de extração funcionam de maneira semelhante 
às válvulas de controle de admissão, só que controladas pela pressão 
do vapor extraído, através do regulador. Assim, em qualquer aumento 
incipiente da pressão de extração, seja causado por flutuação da 
carga da turbina ou do consumo de vapor extraído, o controlador de 
pressão de extração comandará uma abertura maior da válvula de 
extração, permitindo um maior fluxo de vapor para a descarga da 
máquina, e, em consequência, um fluxo menor para a extração, o que 
restabelecerá a pressão no nível controlado. Em caso de diminuição da 
pressão de extração a ação do controlador de pressão seria inversa, 
comandando o fechamento da válvula de extração. Este tipo de 
extração, com controle de pressão, chamamos de extração 
automática. 
 
2.2.5. Regulador de velocidades 
Em caso de baixa pressão na linha de escape, a turbina tenderá a 
demandar mais vapor que o necessário, resultando também em um 
aumento na rotação no eixo. Para evitar que isto ocorra, existe um 
regulador de velocidades, o qual controla a admissão de vapor de 
acordo com a rotação da turbina, movimentando as válvulas do bloco 
de admissão através de um sistema de atuação conectado com o 
regulador. O regulador pode ser mecânico, hidráulico ou eletrônico. 
O regulador mecânico é ligado ao eixo da turbina, diretamente ou por 
meio de uma redução, girando, portanto, a uma rotação igual ou 
proporcional à rotação da turbina, e sente as flutuações da carga por 
intermédio de seu efeito sobre a velocidade da turbina. Assim, quando 
ocorre, por exemplo, um aumento de carga, se a vazão do vapor 
permanecer inalterada, haverá uma queda da velocidade incipiente e 
comanda uma abertura maior das válvulas de controle de admissão, 
permitindo a passagem de um a vazão maior de vapor, necessária ao 
aumento de carga e ao reestabelecimanto da velocidade inicial. 
 
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O regulador eletrônico é preferido por sua maior precisão e 
confiabilidade no controle de carga para turbinas maiores, além de sua 
operação justificar o custo mais elevado com relação aos reguladores 
mecânicos. Ainda, este modelo é utilizado quando as válvulas de 
controle de admissão e extração requerem forças motrizes muito 
elevadas. O regulador emite um sinal elétrico para um conversor eletro-
hidráulico, o qual transforma o sinal de corrente em impulso de óleo 
pressurizado. Este óleo é injetado em um servo-motor, responável pelo 
controle de abertura e fechamento da haste das válvulas. Os 
reguladores eletrônicos também podem regular as válvulas de 
extração, através do controle de pressão de extração por um 
transmissor de pressão posicionado na câmara da válvula. 
O regulador hidráulico atualmente anda em desuso, devido ao avanço 
dos dispositivos eletrônicos, porém ainda é utilizado. 
 
2.2.6. Dispositivo de giro lento 
Para turbinas de porte maior, é necessário fazer uma partida e parada 
progressivas, devido à dilatação térmica conseqüente da alta 
temperatura do vapor. Para isso, o regulador de velocidades atua em 
conjunto com um dispositivo chamado giro-lento, turning gear device, o 
qual reduz a velocidade da turbina nos períodos de partida e parada. 
Durante a partida da turbina, o regulador é programado para admitir 
somente uma fração de vapor para a turbina, de modo que esta passe 
por um pré-aquecimento, permitindo uma dilatação térmica suave dos 
componentes. O giro lento consiste em um motor elétrico que aciona 
um conjunto de engrenagens engatadas ao eixo de alta rotação do 
redutor. Comandado pelo regulador, o motor aciona o dispositivo o 
qual obriga a turbina a girar a uma baixa rotação durante o período de 
pré-aquecimento. A mesma lógica é executada inversamente durante 
a parada, quando se quer evitar brusca queda de temperatura. 
 
 
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2.2.7. Injetores 
O injetor é o elemento cuja função é orientar o jato de vapor sobre as 
palhetas móveis. No injetor o vapor perde pressão e ganha velocidade. 
Podem ser convergentes ou convergentes-divergentes, conforme sua 
pressão de descarga seja, respectivamente maior ou menor que 55% da 
pressão de admissão. São montados em determinada quantidade, de 
acordo com o tamanho e a potência da turbina, e consequentemente 
terão formas construtivas específicas, de acordo com sua aplicação. 
É fundamental que os injetores tenham: 
• bom acabamento superficial; 
• razão de expansão correta; 
• igualdade dimensional. 
Os injetores de uma turbina de ação, conforme sua situação na 
máquina, podem estar colocados em um arco de injetores (primeiro 
estágio ou estágio único) ou em um anel de injetores. 
Um arco de injetores pode ser obtido a partir de uma peça única onde 
são usinados os injetores. Esta construção é muito usada para turbinas 
pequenas de estágio único. 
O arco de injetores usado no primeiro estágio de máquinas de 
multiestágios‚ obtido pela usinagem individual dos injetores, são a partir 
de blocos de aço inoxidável ferrítico com cromo. Estes injetores são, 
então, encaixados e soldados no arco de injetores. 
Os estágios intermediários de uma turbina de ação têm os injetores 
constituindo o que se chama um anel de injetores. O anel de injetores 
fica colocado em uma peça circular, encaixada na carcaça da 
turbina, o diafragma. 
Os diafragmas são constituídos por dois semicírculos, que separam os 
diversos estágios de uma turbina de ação multiestágio. São fixados no 
estator, suportam os injetores e abraçam o eixo sem tocá-lo. Entre o eixo 
e os diafragmas existe um conjunto de vedação que reduz a fuga de 
vapor de um para outro estágio através da folga entre o diafragma e o 
eixo, de forma que o vapor só passa pelos injetores. Este conjunto de 
vedação, geralmente labirintos, podem ser fixos no próprio diafragma, 
no eixo ou em ambos. Este tipo de vedação‚ chamada selagem 
interna. 
Os diafragmas de estágios intermediários, onde a pressão‚ mais 
elevada, são usualmente de construção soldada. Já os diafragmas dos 
estágios finais, onde a pressão‚ menor, são normalmente fundidos. Em 
ambos os casos, os injetores são normalmente de aço inoxidável 
ferr¡tico com cromo, enquanto as partes estruturais, externas e internas, 
são de aço carbono nos diafragmas fundidos. 
 
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2.2.8. Rodas 
As rodas são elementos que suportam as palhetas ou injetores. 
Geralmente são de aço forjado. 
A roda fixa ou estator é o elemento fixo da turbina cuja função é 
transformar a energia potencial (térmica) do vapor em energia cinética, 
e é quem envolve o rotor. 
A roda móvel é o elemento da turbina cuja função é transformar a 
energia cinética do vapor em trabalho mecânico, sendo envolvido 
pelo estator. 
Rotor é o termo usado para definir o conjunto girante e é composto 
basicamente pelas rodas e o eixo. O diâmetro do eixo‚ determinado 
afim de transmitir o torque e garantir que a turbina será de eixo rígido 
nas simples estágio e de eixo flexível nas multiestágios. 
a) Eixo Rígido: quando a primeira velocidade crítica está acima da 
velocidade máxima contínua de operação. 
b) Eixo Flexível: quando a primeira velocidade crítica está abaixo da 
velocidade máxima contínua. 
O conjunto rotativo de uma turbina é usualmente obtido por meio de 
rodas montadas, com interferência e chaveta,em um eixo único; o eixo 
pode ser usinado a partir de uma barra de aço laminada, para 
temperaturas de trabalho moderadas, ou a partir de uma barra 
laminada ou um tarugo de aço liga, para temperaturas de trabalho 
mais elevadas. As rodas podem ser usinadas a partir de chapas de aço 
carbono laminadas, para temperaturas moderadas, ou a partir de 
discos forjados em aço liga, para temperaturas elevadas. 
Em máquinas de alta rotação, entretanto, usa-se uma construção 
integral para o conjunto rotativo, com rodas e o eixo obtidas a partir de 
uma peça forjada em aço liga. 
 
Fig. 2.2.8a. Conjunto rotor-estator. 
 
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2.2.9. Palhetas 
São chamadas palhetas móveis, as fixadas ao rotor; e fixas, as fixadas 
ao estator. 
As palhetas fixas (guias, diretrizes) orientam o vapor para a coroa de 
palhetas móveis seguinte. As palhetas fixas podem ser encaixadas 
diretamente no estator (carcaça), ou em rebaixos usinados em peças 
chamadas anéis suportes das palhetas fixas, que são, por sua vez, presos 
na carcaça. 
As palhetas móveis, são peças com finalidade de receber o impacto do 
vapor proveniente dos injetores (ou palhetas fixas) para movimentação 
do rotor. São fixadas na fita de cobertura pela espiga ao disco do rotor 
pelo malhete e, ao contrário das fixas, são removíveis. Sua fixação do 
disco do rotor (ou tambor para as de reação) depende da 
configuração do malhete. 
 
Fig. 2.2.9a - Palheta. 
O projeto de uma palheta de turbina deve considerar: a performance 
termodinâmica e a eficiência da palheta, sua resistência mecânica na 
temperatura de trabalho, seu comportamento com relação a vibrações 
e sua resistência à erosão. 
As palhetas de turbinas são quase sempre feitas em aço inoxidável 
ferrítico com 13% de cromo, porque este material apresenta boa 
resistência mecânica em temperaturas elevadas, boa capacidade de 
amortecimento de vibrações e boa resistência à erosão. 
As palhetas de pequena altura dos estágios iniciais da turbina, que 
recebem vapor da alta pressão e alta temperatura, são normalmente 
obtidas por usinagem a partir de barras laminadas a quente. As 
palhetas de maior altura dos estágios seguintes, que recebem vapor em 
pressão e temperatura mais baixas, podem ser obtidas a partir de perfis 
laminados a frio. 
As palhetas de grandes dimensões dos últimos estágios das turbinas 
 
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condensantes de grande potência são muitas vezes obtidas por 
forjamento. 
Em algumas aplicações particulares, em turbinas que recebem vapor 
de alta temperatura e trabalham com elevada rotação, pode ser 
usado um conjunto rotativo completo (eixo, rodas e também palhetas) 
usinado por eletroerosão. Neste caso, o conjunto rotativo‚ obtido a 
partir de uma única peça forjada, usinada por eletroerosão, isto é‚ por 
uma corrosão eletroquímica controlada. 
 
2.2.10. Porta palhetas 
O disco do rotor ou porta palhetas é a peça da turbina destinada a 
receber o empalhetamento móvel. Este empalhetamento é chamado 
de coroa de palhetas, o qual é montado na periferia do porta palhetas 
e dependendo do tipo e da potência da turbina pode existir de uma a 
cinco coroas em cada disco do rotor. 
 
 
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2.2.11. Fita de cobertura 
É uma tira metálica, seccionada, presa às espigas das palhetas móveis 
com dupla finalidade: aumentar a rigidez do conjunto, diminuindo a 
tendência à vibração das palhetas e reduzindo também a fuga de 
vapor pela sua periferia. São utilizadas nos estágios de alta e média 
pressão envolvendo de 6 a 8 palhetas cada seção, figura 2.2.11a. Nos 
estágios de baixa pressão, é substituído por um arame amortecedor, 
que liga as palhetas, não por suas extremidades, mas em uma posição 
intermediária mais próxima da extremidade que da base da palheta. 
 
Fig. 2.2.11a - Fita de cobertura envolvendo palhetamento. 
 
2.2.12. Selagem 
Para evitar o escapamento de vapor para o exterior da turbina ou a 
passagem do mesmo, de um estágio para outro, que não seja pelas 
palhetas ou expansores, são utilizados dispositivos de selagem, os mais 
utilizados são: 
• anéis de carvão; 
• labirintos. 
Os anéis de carvão são tripartidos para facilitar a montagem e são 
mantidos próximos ao eixo através da pressão de uma mola. A 
superfície do eixo onde os anéis trabalham‚ metalizada para garantir 
uma alta resistência ao desgaste por atrito e prevenir corrosão. A 
vedação‚ feita radialmente através de uma pequena folga anel-eixo e 
axialmente através do contato anel-placa espaçadora. As placas são 
de aço inox. As placas e os anéis são peças estacionárias, girando o 
eixo. A quantidade de anéis e placas espaçadoras depende da 
pressão de trabalho da turbina e o tipo do anel depende da 
temperatura de operação. 
Os labirintos são peças metálicas circulares com ranhuras existentes nos 
locais onde o eixo sai do interior da máquina atravessando a carcaça, 
cuja finalidade é evitar o escapamento de vapor para o exterior nas 
 
19 
turbinas não condensantes e não permitir a entrada de ar para o interior 
nas turbinas condensantes. Esta vedação é chamada de selagem 
externa. 
Nas turbinas de baixa pressão utiliza-se vapor de fonte externa ou o 
próprio vapor de vazamento da selagem de alta pressão para auxiliar a 
selagem, evitando-se assim não sobrecarregar os ejetores e não 
prejudicar o vácuo que se obtém no condensador. 
Ao escapar entre os anéis e o eixo, o vapor sofre sucessivas quedas de 
pressão, enquanto que a velocidade decorrente destas expansões‚ 
reduzida pelo turbilhonamento. 
Nas selagens externas de uma turbina a vapor ocorre uma 
condensação contínua de vapor. Para resistir à corrosão, nestas 
condições, todos os componentes da selagem, como labirintos, 
espaçadores dos anéis de carvão, molas, devem ser de material 
resistente à corrosão, como aço inoxidável, monel, inconel. 
Segue um esquema típico de selagem e de compensação axial na 
figura 2.2.12a. 
 
Fig. 2.2.12a - Esquema de selagem e balanceamento. 
 
 
20 
2.2.13. Pistão de balanceamento 
O vapor de fuga, ao invés de ser despejado para a atmosfera, pode ser 
reaproveitado através do pistão de balanceamento. Este sistema 
consiste simplesmente de buchas de labirinto imediatamente antes da 
câmara da roda de regulagem, às quais uma tubulação recolhe o 
vapor de fuga destes labirintos e despeja para uma região de menor 
pressão da turbina. 
O vapor retido entre a câmara da roda e os labirintos funciona como 
uma compensação sobre as forças axiais no eixo da turbina. Este é 
aproveitado em duas faixas de pressão. A primeira (AK I) é a do vapor 
imediatamente antes da câmara da roda, lançado para os estágios de 
alta pressão. A segunda (AK II) corresponde ao vapor remanescente da 
primeira bucha de labirintos, a pressões mais baixas que AK I, sendo 
lançado na parte de condensação. 
 
2.2.14. Mancais 
Os mancais são os elementos responsáveis pela sustentação do eixo na 
carcaça. Eles permitem o movimento relativo entre o eixo (rotação) e a 
carcaça (estacionária). São divididos em: 
a) mancais radiais ou de apoio 
b) mancais axiais ou de escora 
Os mancais radiais são distribuídos, normalmente, um em cada extremo 
do eixo da turbina com a finalidade de manter o rotor numa posição 
radial exata. Os mancais de apoio suportam o peso do rotor e também 
qualquer outro esforço que atue sobre o conjunto rotativo, permitindo 
que o mesmo gire livremente com um mínimo de atrito. 
Em aplicação de turbinas, os mancais utilizados são de deslizamento, 
divididos em lubrificação por anéis pescadores e por sistema 
pressurizado de óleo. A primeira configuração somente é utilizada para 
turbinas de pequenas potências e que são mantidas como stand-by. 
 
21 
Os mancais de deslizamento de sistema pressurizado, como mostra a 
figura 2.2.14a, constituídos por casquilhos revestidos com metal patente, 
com lubrificação forçada, o que melhora sua refrigeração e ajuda a 
manter o filme de óleo entre o eixo e casquilho. São bipartidos 
horizontalmente e nos casos das máquinas de alta rotação existeum 
rasgo usinado no casquilho superior que cria uma cunha de óleo 
forçando o eixo para baixo mantendo-o numa posição estável, isto é, 
que o munhão flutue sobre uma película de óleo. Os casquilhos dos 
mancais de apoio podem ser de aço, bronze ou ferro fundido, porém 
sempre revestidos internamente por uma camada de metal patente. 
 
Fig. 2.2.14a - Mancal de deslizamento por lubrificação forçada. 
 
Os moentes do eixo (regiões de trabalho dos mancais radiais) devem ser 
usinados de maneira apresentar um ótimo acabamento superficial, pois 
qualquer irregularidade poderá prejudicar o formação da cunha de 
óleo essencial ao bom funcionamento do mancal. Algumas vezes esta 
região recebe uma deposição eletrolítica de cromo, conhecida como 
"cromo duro", que permite obter um ótimo acabamento superficial e 
uma resistência ao desgaste. 
 
22 
O mancal de escora é responsável pelo posicionamento axial do 
conjunto rotativo em relação as partes estacionárias da máquina e, 
consequentemente, pela manutenção das folgas axiais. Deve ser 
capaz de verificar ao empuxo axial atuante sobre o conjunto rotativo 
da máquina, que é mais acentuado nas turbinas de reação. 
Em turbinas de pequena potência o mancal de escora resume-se a 
apenas um rolamento em consequência do esforço axial ser pequeno. 
Para as turbinas de uso especial, usa-se mancais de deslizamento, que 
consiste em dois conjuntos de pastilhas oscilantes (tilting pads), 
revestidas de metal patente, que se apoiam um em cada lado de uma 
peça solitária ao eixo, o colar (anel) de escora. 
Como os casquilhos dos mancais radiais, as pastilhas oscilantes dos 
mancais são também revestidos de metal patente. 
O colar de escora, sobre o qual se apoiam as pastilhas, pode ser 
integral com o eixo ou não. No primeiro caso seu material será 
obviamente igual ao do eixo. No segundo caso o colar de escora 
poderá ser de material diferente, ou receber um tratamento térmico 
diferente, visando aumentar sua dureza e diminuir seu desgaste. 
 
 
23 
2.3. Sistema de lubrificação 
O sistema de lubrificação forçada é fundamental para a lubrificação 
dos mancais e a regulagem das válvulas de vapor servo-assistidas. Neste 
sistema estão contidos elementos responsáveis pela alimentação, 
filtragem, armazenamento, resfriamento e monitoração do óleo da 
turbina. 
O óleo de circulação possui duas funções básicas, as quais são lubrificar 
os mancais hidrodinâmicos da turbina e atuar no sistema de regulagem 
e segurança. Posteriormente serão discutidos os componentes dos 
sistemas de regulagem e segurança. 
Os equipamentos serão descritos de acordo com o caminho de 
circulação de óleo. 
 
2.3.1. Tanque de óleo 
Responsável pelo armazenamento do óleo circulante, este deve possuir 
uma capacidade suficiente para que o óleo seja resfriado em tempo 
hábil, e o demande a uma velocidade de escoamento admissível a fim 
de evitar a perda das características lubrificantes. Os tanques de óleo 
são dispostos em duas possíveis configurações. Podem fazer parte do 
quadro base da turbina e da máquina acionada, ficando o tanque 
então embaixo destes. É possível também o tanque ser separado do 
quadro base da turbina. 
 
2.3.2. Exaustor de névoa 
O óleo, devido à constante circulação, tem a tendência de espumar 
quando retorna ao tanque. Esta espuma, chamada de névoa de óleo, 
é bombeada junto com o óleo de circulação, prejudicando em muito a 
lubrificação e a regulagem. Para evitar a formação desta névoa, é 
implantado um exaustor sobre o tanque de óleo, de modo a expelir o ar 
contido na espuma para a atmosfera. 
 
 
24 
2.3.3. Trocador de calor 
O trocador de calor é indispensável para o resfriamento do óleo dos 
mancais, que se aquecem devido à alta temperatura (até 90 oC) do 
metal patente. Como a função do óleo de circulação é, além de 
formar a película hidrodinâmica para os mancais, refrigerar e evitar altas 
temperaturas, é necessário que haja um constante resfriamento deste. 
O trocador de calor normalmente é posicionado após o tanque de 
óleo. Em turbinas, onde não se deve parar o funcionamento do sistema 
em caso de manutenção, costuma-se utilizar trocadores duplos, onde 
um é reserva do outro. Em caso de problemas com o ativo, basta 
acionar uma válvula para direcionar o óleo para o trocador reserva, 
para que seja feita a manutenção do equipamento defeituoso. 
 
2.3.4. Filtro de óleo 
Com o natural desgaste do equipamento, eventuais impurezas podem 
contaminar o óleo de lubrificação, como por exemplo lascas de metal 
da tubulação. Para evitar tais problemas utiliza-se um filtro de óleo, o 
qual impede a passagem de impurezas para o corpo dos mancais. Os 
filtros possuem uma malha de filtragem de metal, com dois possíveis 
graus de filtragem (10 ou 25 microns). 
Assim como nos trocadores, é comum o uso de filtros duplos para uma 
manutenção sem interrupção de funcionamento. 
 
2.3.5. Válvula redutora e placas de orifício 
O óleo de circulação é bombeado a um certo valor de pressão, 
necessária para a adequada circulação. Esta pressão é muito alta para 
ser transmitida diretamente para os mancais. Ainda, em caso de trip, o 
óleo de circulação deve ser desviado de volta para o tanque de óleo. 
Através de uma válvula redutora de pressão, situada após o filtro, o óleo 
é reduzido até a uma pressão menor, para ser conduzido até os 
mancais ou para retornar ao tanque. A redução de pressão é 
necessária pois o óleo de retorno deve ter a mesma pressão que o 
tanque. 
Após a válvula redutora, o óleo ainda passa por placas de orifício. 
Também conhecidas como orifícios de restrição, as placas de orifício 
são malhas com orifícios, os quais reduzem um pouco mais a pressão do 
óleo em sua passagem, a níveis adequados para a lubrificação dos 
mancais. 
2.3.6. Bombas de circulação de óleo 
O óleo é circulado pelo sistema através de uma bomba hidráulica, a 
 
25 
uma certa pressão de recalque de modo que o óleo possa ser utilizado 
tanto para a lubrificação quanto para a regulagem, utilizando válvulas 
redutoras e orifícios de restrição. 
Como este equipamento é fundamental para o funcionamento do 
sistema de óleo, normalmente existem três diferentes bombas em 
turbinas: 
a) Bomba principal: acionada pelo eixo de baixa rotação do redutor. 
Em caso de turbinas com acionamento direto, a altas rotações 
(compressores segundo normas API), a bomba deve ser acionada por 
uma turbina a vapor, destinada exclusivamente para esse fim. 
b) Bomba auxiliar: em caso de falha da bomba principal, quando há 
queda na pressão da linha, um sinal elétrico aciona a bomba auxiliar, 
acionada por um motor elétrico de corrente alternada. 
c) Bomba de emergência: se a bomba auxiliar também falhar, uma 
bomba de emergência acionada por um motor de corrente 
contínua é responsável para suprir óleo para os mancais, durante o 
trip da máquina. Dimensionada para uma parcela da vazão total, 
esta só funciona para o período de desarme. 
 
2.3.7. Bomba de elevação de rotor 
Esta bomba, também conhecida como jacking oil pump, é utilizada em 
grandes turbinas onde o peso do rotor é muito grande. Como 
consequência, durante a partida ou parada, somente com o sistema de 
óleo não há pressão suficiente para garantir o filme de óleo necessário 
à ação hidrodinâmica, havendo risco de se ter a decapagem dos 
casquilhos dos mancais. Em adição, o giro-lento torna-se muito grande 
devido ao alto torque necessário. 
A bomba de elevação do rotor capta uma pequena porção de óleo 
do circuito de lubrificação e direciona a uma bomba de alta pressão. 
Esta envia o óleo diretamente aos mancais da turbina, e quando 
necessário, aos mancais do gerador ou máquina acionada, elevando 
o(s) rotor(es) e assim garantindo a formação do filme de óleo. Sua 
atuação é sincronizada com o dispositivo de giro-lento, tanto na partida 
quanto na parada. 
 
26 
2.4. Sistema de regulagem e segurança 
Naturalmente, para desarmar uma turbina em caso de emergência, 
não basta simplesmente bloqueara passagem de vapor. Como já foi 
visto, deve-se manter a lubrificação dos mancais via bomba elétrica em 
caso de falha, entre outras medidas. 
O sistema de trip da turbina é responsável pela segurança do 
equipamento como um todo, evitando que qualquer anomalia advinda 
de vibrações excessivas, altas temperaturas ou mesmo de fontes 
externas (por exemplo, caso ocorram problemas semelhantes com a 
máquina acionanda) possam danificar a máquina, causando grandes 
prejuízos materiais e físicos (dependendo da gravidade do problema). 
Assim, um conjunto de sensores, pressostatos e termostatos conectados 
às mais diversas partes da turbina, monitoram constantemente o 
comportamento daquelas variáveis que poderão eventualmente ser a 
causa de algum problema. 
O trip ou desarme de emergência pode ser acionado pelas seguintes 
fontes, dentre outras: 
• Sobrevelocidade do eixo da turbina; 
• Pressão de lubrificação insuficiente nos mancais; 
• Pressão de escape alta; 
• Temperatura do metal patente dos mancais alta; 
• Excesso de vibração radial e/ou deslocamento axial do eixo. 
O desarme pode ser também manual via botoeira que controla a 
válvula solenóide ou via chave comutadora localizada na tubulação 
de óleo que alimenta a válvula de fecho-rápido. 
Seguem abaixo os principais instrumentos e equipamentos de controle e 
segurança de uma turbina a vapor. 
 
2.4.1. Termômetros 
Utilizados para monitoração local, eles são colocados diretamente nos 
poços usinados na turbina, e seu sinal lido por um ponteiro. As variáveis 
geralmente monitoradas são: 
• Temperatura de óleo nos mancais de turbina, redutor e gerador; 
• Temperatura no tanque de óleo; 
• Temperatura para o sistema de selagem. 
 
 
27 
2.4.2. Manômetros 
Também para monitoração local, estes são colocados no próprio ponto 
de medição, ou em um suporte local de instrumentos através de um 
capilar, que envia mecanicamente o sinal de presão desde o ponto de 
medição até o instrumento. Estes medem a pressão principalmente nos 
seguintes pontos de interesse: 
• Pressão de vapor para sistema de selagem; 
• Pressão de óleo após bombas de circulação. 
 
2.4.3. Resistance temperature detectors (RTD´s) 
Os RTD´s são conversores de sinal, os quais transformam um sinal de 
temperatura para um valor de resistência elétrica. Utilizados para 
transmissão de sinal para uma indicação digital de temperatura, se 
aplicam para faixas de temperatura relativamente baixas (até 100 oC). 
Como principais aplicações temos: 
• Temperatura do metal patente nos mancais; 
• Temperatura de óleo antes do resfriador de óleo; 
• Temperatura de óleo após o resfriador de óleo. 
 
2.4.4. Termopares 
Semelhantes aos RTD´s, os termopares convertem um sinal de 
temperatura em tensão elétrica, com maior resistência ao calor e 
precisão a altas temperaturas. São utilizados para medições de vapor, 
com transmissão de sinal para um indicador digital. Como aplicações 
temos: 
• Temperatura de vapor vivo; 
• Temperatura de vapor de extração; 
• Temperatura de vapor de escape. 
 
2.4.5. Transmissores de pressão 
Utilizados no lugar dos manômetros, os transmissores de pressão 
convertem o sinal de pressão em um sinal elétrico, transmitindo a 
informação para um indicador digital. Aplicados geralmente em: 
• Pressão de vapor vivo; 
• Pressão de vapor na câmara da roda de regulagem (em turbinas 
multiestágio); 
• Pressão de vapor de extração; 
 
28 
• Pressão de de vapor de escape; 
• Pressão de óleo após filtro (óleo de impulso P1); 
• Pressão de óleo após válvula redutora (óleo de lubrificação); 
• Pressão de óleo para servo-motor (óleo de regulagem P3). 
 
2.4.6. Transmissores de temperatura 
Estes elementos tem como finalidade converter os sinais de resistência 
vindos dos RTD e/ou termopares em sinal de corrente em 4 a 20 mA. 
Estes sinais permitem uma maior precisão e melhor gerenciamento do 
sinal, que podem ser repetidos diretamente dos transmissores até um 
sistema supervisório digital de controle (SDCD). Os sinais são os mesmos 
já mencionados para os RTD’s e termopares. 
 
2.4.7. Indicadores digitais 
São os dispositivos de recepção dos sinais vindos dos RTD´s, termopares e 
transmissores de pressão e temperatura. Estes convertem os sinais 
elétricos em valores digitais, informados na tela do aparelho. A 
preferência por sinais elétricos é justificada pela transmissão de sinal 
para um painel de instrumentos, ao invés do suporte local. Ainda, este 
sinal elétrico pode ser passado para um SDCD. 
Os sinais de temperatura podem vir tanto de transmissores quanto 
diretamente dos RTD´s ou termopares. A diferença é que a repetição de 
sinal fica restrita somente ao indicador no segundo caso, enquanto que 
no primeiro caso os sinais podem ser repetidos diretamente do 
transmissor local. Ainda pode-se desejar uma melhor precisão na 
detecção da temperatura, e para isto se utilizam os transmissores como 
transdutores auxiliares. 
Os sinais indicados são os mesmos já citados na instrumentação dos 
RTD´s, termopares e transmissores de pressão e temperatura. 
 
2.4.8. Pressostatos e termostatos 
Os pressostatos e termostatos são instrumentos que emitem um sinal 
elétrico quando a variável a ser medida alcança um valor pré-
determinado. Portanto, servem para detectar quando uma pressão está 
demasiado baixa ou uma temperatura está muito alta, por exemplo. 
Estes instrumentos emitem o sinal para um alarme ou para uma válvula 
solenóide responsável pelo trip da turbina. 
Os principais pressostatos e termostatos para uma turbina a vapor são os 
seguintes: 
 
29 
Função Local Atuação 
Baixa pressão de impulso 
(P1) 
Após filtro Liga bomba auxiliar 
Muito baixa pressão de 
lubrificação 
Antes dos mancais Alarme 
Liga bomba de emergência 
Sinal de trip 
Alta pressão de vapor de 
escape 
Flange de escape Alarme 
Sinal de trip 
Alta temperatura metal 
patente dos mancais 
RTD’s mancais Alarme 
Sinal de trip 
Alta pressão diferencial Filtro de óleo Alarme 
Alta temperatura óleo Trocador de calor Alarme 
Normalmente quando já há transmissão de pressão ou temperatura nos 
pontos de interesse, são utilizados os próprios transmissores de pressão e 
temperatura para o envio do sinal, ao invés de pressostatos ou 
termostatos. 
 
2.4.9. Sistema de monitoração de vibração 
Em função das turbinas de reação funcionarem a rotações mais altas, 
muitas vezes existem problemas quanto à vibração radial e axial. A 
vibração excessiva resulta em elevado nível de ruído, desgaste dos 
mancais e até empenamento do rotor. Em função disso, existe o sistema 
de monitoração de vibração axial e radial, os quais estão diretamente 
ligados a sinais de alarme e ao sistema de trip em caso de valores 
inadmissíveis. 
Um sensor de vibração conhecido como proximeter, é instalado nos 
mancais e transmite o sinal a um monitor instalado no painel da turbina. 
Este monitor processa o sinal e o converte em valor de leitura, 
geralmente um sinal de amplitude. 
Em caso de deslocamento axial, os sensores fornecem sinais para 
medição de distância relativa e não de amplitude de vibração. 
Para análises mais detalhadas, pode ser utilizado um medidor de ângulo 
de fase (keyphasor). 
 
2.4.10. Equipamentos do sistema de regulagem e segurança 
O sistema para controle e proteção da turbina consiste em uma série de 
equipamentos que, sobre qualquer anomalia detectada pela 
instrumentação, atuam nas válvulas de admissão e na válvula de fecho 
rápido. 
 
30 
Abaixo segue um breve descritivo de um sistema de regulagem e 
segurança eletrônico e seus equipamentos. 
O eixo da turbina possui uma roda dentada em uma de suas 
extremidades. Um sensor de rotação é direcionado para a roda, de 
modo a registrar a rotação instantânea e convertê-la em um sinal 
elétrico. Este sinal é emitido para o regulador de velocidades da turbina. 
Um sinal de óleo após o filtro é transmitido para um conversor eletro-
hidráulico (CPC), responsável para converter o sinal elétricodo 
regulador de velocidades em impulso de óleo; o outro sinal, para 
transmitir para uma das admissões do servo-motor das válvulas de 
regulagem. O impulso de óleo vindo do CPC é inserido na outra 
admissão do servo-motor, de forma que os dois sinais hidráulicos atuam 
no comando de abertura e fechamento das válvulas. 
Todo sinal elétrico de trip é transmitido para uma válvula solenóide. Esta 
solenóide aciona uma válvula direcionadora de fluxo, que desvia o 
curso do óleo, direcionado para um aparelho de comando. O aparelho 
de comando é uma bóia tipo fole, a qual permanece cheia de óleo. A 
ausência de óleo força o aparelho a levantar a bóia, a qual está 
conectada com a haste da válvula de fecho rápido. 
 
 
31 
2.5. Cálculos termodinâmicos 
2.5.1. Expansão isoentrópica 
De acordo com a Primeira Lei da Termodinâmica, temos para o 
processo ocorrido na turbina, em regime permanente: 
( ) ( )& & & &Q m h V g Z m h V g Z WVC e e e s s s VC+ + + = + + +. . . .2 2 
Simplificando de acordo com as hipóteses convenientes (desprezar 
variação de energia cinética e potencial, não considerar perdas de 
calor): 
( )& & .W m h hVC = −2 0 
O processo de expansão isoentrópica do vapor pode ser melhor 
observado no Diagrama de Mollier, segundo a figura 2.5.1a. 
h
s
T0 
P0
h0
h1
 
Fig. 2.5.1a - Expansão isoentrópica no Diagrama de Mollier. 
Devem ser levados em conta algumas perdas a serem descontadas na 
estimativa da potência. Todas essas perdas termodinâmicas são 
representadas pelo rendimento interno da turbina, ηi. 
 
 
32 
2.5.2. Perdas termodinâmicas e mecânicas 
Algumas perdas são significativas e devem ser estimadas para o cálculo 
da eficiência da turbina. Segue abaixo as principais causas de perda de 
eficiência em turbinas a vapor. 
• Perdas no bloco de válvulas de admissão 
O vapor, antes de ser introduzido entre o segmento de injetores, passa 
pelas válvulas de admissão da turbina, as quais controlam o fluxo 
necessário de operação. Como o processo de controle baseia-se em 
estrangulamento da secção de admissão, existem perdas de 
velocidade e pressão do vapor, mas a energia disponível não se perde. 
O processo se resume a uma pequena queda entálpica, seguida de um 
ganho de entalpia a pressão constante até o mesmo valor de entalpia 
anterior (ver gráfico em figura 2.5.2a). A pressão a ser utilizada para os 
cálculos será P1 ao invés de P0. 
h P0
h0
Perda entálpica
nas válvulas
P1
 
Fig. 2.5.2a - Processo de perda no bloco de válvulas de admissão. 
• Perdas na saída das palhetas 
Se toda a energia cinética do vapor fosse convertida em movimento na 
sua passagem pelas palhetas, teríamos aproveitamento total desta 
energia. Porém, isto é impossível, já que o vapor sai da turbina com uma 
certa velocidade. Este vapor é então considerado como uma 
quantidade de energia que se perde. 
 
 
33 
• Perdas por atrito e ventilação 
O vapor, passando pela roda palhetada, produz efeitos indesejáveis 
como o atrito de fricção tangencial na roda, e turbulências devido à 
rotação no topo das palhetas. Esses efeitos produzem perdas de 
energia do vapor, chamadas de perdas por atrito e ventilação. 
 
• Perdas por fuga de vapor 
A turbina possui entre seus mancais, dispositivos de modo a impedir que 
ocorram perdas de água ou vapor por estes. São os labirintos de 
selagem, os quais consistem em um caminho sinuoso o qual o vapor de 
fuga adentra, e é condensado com os choques nas paredes. Este 
condensado é recolhido por canais (ver figura 2.5.2b). 
Logicamente, este vapor não está sendo aproveitado para gerar 
energia, e isto é então considerado como uma perda. 
Entrada de
vapor de fuga
Retorno de
condensado
Saída de
vapor de fuga
 
Fig. 2.5.2b - Esquema de funcionamento de labirinto de selagem. 
• Perdas mecânicas 
A turbina, como todo equipamento mecânico, não transmite 
integralmente os esforços devido à perda de potência nos mancais, já 
que eventualmente ocorrem contatos metal-metal e dissipação de 
calor. Para turbinas, essas perdas são de certo modo significativas, e 
devem ser levadas em conta. 
 
34 
 
2.5.3. Expansão real 
Considerando os rendimentos devido às perdas termodinâmicas e 
mecânicas ilustradas anteriormente, podemos escrever: 
( )& & . . .W m h hVC i m= −2 0 η η 
Este processo pode ser observado no Diagrama de Mollier na figura 
2.5.3a. 
h
s
T1
P1
h0
h2
P0
P2
h2´ Expansão
isoentrópica
Expansão
real
 
Fig. 2.5.3a - Expansão real no Diagrama de Mollier.