1ª E 2º AULAS. MAQ. FLUXO

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UNIVERSIDADE 
MÁQUINAS DE FLUXO
Prof: MSc Décio Alves da Silva
CAPÍTULO 1 
 1.1 - CONCEITO:
	Denominamos “Máquina de Fluxo” ou “Turbomáquinas” a toda máquina em que o meio de trabalho é um fluído em escoamento contínuo.
1.2 – MÁQUINA:
	É o equipamento que troca energia mecânica internamente ou com o meio externo.
1.3 - MEIO DE TRABALHO:
	A expressão meio de trabalho é usada para os componentes, que entre a entrada e a saída da máquina transformam, de modo contínuo, em maior ou menor grau, energias: interna, potencial, de pressão e cinemática em trabalho mecânico ou empuxo.
1.3.1 – CLASSIFICAÇÃO DOS MEIOS DE TRABALHO:
Líquidos: água, óleos, misturas líquidas, outros líquidos;
Vapores: d’água, de mercúrio, freon, amônia, outros vapores e suas misturas;
Gases : ar, gases de combustão, hélio, hidrogênio, outros gases e suas misturas;
1.3.2 – CLASSIFICAÇÃO DAS MÁQUINAS DE FLUXO:
Máquinas de Fluxo Operadoras [MO]:
	 São máquinas que transferem a energia mecânica para o fluído.
Máquinas de Fluxo Motoras [MM]:
		 Transformam a energia do fluído em energia mecânica.
a) MÁQUINAS OPERADORAS [MO]:
	
Ventiladores; e
Turbocompressores
Turbocompressor a vapor
Bombas hidráulicas
GASES
VAPORES
LÍQUIDOS
b) MÁQUINAS MOTORAS [MM]:
	
TURBOALIMENTA-
DORES
REVERSÍVEIS
MOTORES A REAÇÃO
UNIÕES HIDRODINÂMICAS
TURBINAS A GÁS 
TURBINAS A VAPOR
TURBINAS HIDRÁULICAS
GASES
VAPORES
LÍQUIDOS
x
x
c) PRINCIPAIS MÁQUINAS DE FLUXO:
Turbinas Hidráulicas: Michell-Banki, Turgo, Pelton,
		Francis, Hélice, Kaplan, de rotores simples ou 	duplo;
Bombas Hidráulicas e Ventiladores: Centrífugos, 	Axiais, 	Diagonais, de um ou vários 	estágios, de 	rotores simples ou 	duplos;
Uniões Hidrodinâmicas: Acoplamentos 	Hidrodinâmicos, 	Conversores de Conjugados, 	Turboembreagem;
Turbocompressores: Centrífugos, Axiais, de um ou 	de 	vários 	estágios;
Turbinas a Vapor: Laval, Curtis, Rateau, Parsons;
Turbinas a Gás: de Circuito Aberto ou de Circuito Fechado;
Motores de Reação: Turbohélice, Turbojato, Pulsojato, 	Estatoreator, Foguete.
	As turbinas hidráulicas são projetadas para transformar a energia mecânica de um fluxo de água, em potência de eixo. 
	Atualmente são mais encontradas em usinas hidrelétricas, onde são acopladas a um gerador elétrico, o qual é conectado à rede de energia. Podem também serem usadas para geração de energia em pequena escala, para as comunidades isoladas.
TURBINAS HIDRÁULICAS
TURBINA HIDRÁULICA
FRANCIS
GERADOR
EIXO
CARCAÇA
TURBINA
ENTRADA D’ÁGUA
SAÍDA D’ÁGUA
FIG. Nº 1 – Turbina tipo Francis
TURBINA HIDRÁULICA
PELTON
ROTOR
PALHETA TIPO CONHA
FIG. Nº 2 – Turbina tipo Pelton
FUNCIONAMENTO
ESQUEMA DE FUNCIONAMENTO DA TURBINA PELTON
FIG. Nº 3 – Turbina tipo Pelton
PELTON
FIG. Nº 4 – Turbina tipo Pelton Acoplada a um Gerador
MICHELL - BANKI
FIG. Nº 5 – Turbina tipo Michell-Banki (fluxo cruzado)
SEQUENCIA DE FOTOS DE MONTAGEM DE UMA TURBINA BANKI (FLUXO CRUZADO)
FIG. Nº 5.a – Detalhe do rotor com eixo flangeado nos discos 
laterais (deixar o centro do rotor livre)
FIG. Nº 5.b – Análise em elementos finitos das tensões 
nas pás e flanges
FIG. Nº 5.c – Distribuidor 
FIG. Nº 5.d – Vista da chapa do injetor radial
FIG. Nº 5.e – Caixa de rolamentos de 
sustentação do rotor
FIG. Nº 5.f – Outra Vista da caixa de 
rolamentos de sustentação rotorl
FIG. Nº 5.g – Vista inferior da caixa da turbina
FIG. Nº 5.h – Detalhe da placa suporte de
ajuste do injetor
FIG. Nº 5.j – Montagem da peça de transição
Para a tubulação 
FIG. Nº 5.i – Polia de transmissão em alumínio
 montada no eixo da turbina
FIG. Nº 5.l – Turbina montada na bancada
 para teste
FIG. Nº 5.d – Aspecto final da turbina após 
lmpeza e pintura
INSTALAÇÕES DE TURBINA KAPLAN
FIG. Nº 6.a – Rotor de Turbina tipo Kaplan
HIDROELÉTRICA COM TURBINA KAPLAN
FIG. Nº 6.b – Rotor de Turbina tipo Kaplan
ROTOR DE TURBINA KAPLAN
Distribuidor
Saída de Água
Entrada de Água
FIG. Nº 7 – Rotor de Turbina tipo Kaplan
DETALHES DO CUBO E DAS PÁS DA TURBINA
Eixo
Pás
Cubo
Saída de Água
Entrada de Água
FIG. Nº 8 – Rotor de Turbina tipo Kaplan 
CUBO DE FIXAÇÃO DAS PÁS
Eixo
Cubo
Hélice
Sistema de HPC
FIG. Nº 9 – Detalhes do Cubo da Turbina tipo Kaplan
TURBINAS A GAS
FIG. Nº 10 – Detalhes de Turbina a Gás 
“Rolls-Royce Trent 800”
PRINCIPAIS CARACTERÍSCAS DO MOTOR:
		Este motor foi desenvolvido a partir de um modelo anterior RB-211. 
		A turbina Trent cobre uma faixa de Thrust que vai de 71.000 lbs até 92.000 lbs, podendo chegar até 110.000 lbs.
 a) Diâmetro: 110 polegadas;
 b) Compressor de alto fluxo;
 c)	Controle digital do motor (FADEC – “FULL AUTHORITY DIGITAL CONTROL”).
1 lbf = 4,45N 1,00 pol = 25,4 mm
71000lbf = 315823,73N 110,00 pol = 2794mm 
DESENVOLVIMENTO DO PROJETO DO MOTOR:
		O projeto detalhado de engenharia iniciou em 1988 com a finalidade de encontrar os requisitos de propulsão do Air Bus A330 (Trent 700) e o Boeing 777 (Trent 800).
		O primeiro motor Trent funcionou em agosto de 1990 e em janeiro de 1994 um Trent 800 foi demonstrado com um Thrust record de 106.087 lbs.
		Este motor entrou em serviço a partir de 1998 no Air Bus A330.
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
FIG. Nº 11 – Detalhes de Turbina a Gás desenvolvida pelo engenheiro francês René Lorin 
HISTÓRICO
		O engenheiro francês, René Lorin, patenteou em 1913 um motor de propulsão a jato, fig 11, mas naquela época era impossível fabricar e utilizar este tipo de motor, devido aos materiais disponíveis não resistirem ao calor gerado pelo motor. 
		Outro motivo impeditivo de sua utilização foi que a propulsão a jato era extremamente ineficiente nas baixas velocidades das aeronaves da época.
		Em 1930 foi concedido a Frank Whittle sua primeira patente para utilizar uma turbina a gás para produzir um jato propulsivo, mas seu motor só completou o primeiro vôo onze anos depois.
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DA TURBINA DE WHITTLE
FIG. Nº 12– Detalhes de Turbina a Gás desenvolvida pelo engenheiro Frank Whittle
PRINCÍPIOS DE PROPULSÃO A JATO
	A propulsão a jato é uma aplicação prática de o terceira lei de Isaac Newton de movimento que diz o seguinte:
	“Para toda força que age sobre um corpo existe uma reação de mesma intensidade e sentido oposto”. 	
	Para propulsão a jato, o ar atmosférico é acelerado quando passa pelo motor ocasionando um empuxo para trás e como reação uma força de igual intensidade empurra a aeronave para frente.
ALGUNS TIPOS DE TURBINAS
FIG. Nº 13– Entrada dupla simples estágio
Turbo jato centrifugo
FIG. Nº 14– Simples entrada dois estágio
turbo hélice centrifugo
FIG. Nº 15 –Turbina de simples carretel e fluxo axial 
FIG. Nº 16– turbina de duplo carretel, 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
FIG. Nº 17– Princípio de funcionamento de uma turbina comparada
 com o de um motor de combustão interna
FIG. Nº 18– Detalhes das pressões, velocidades e temperaturas 
desenvolvidas no interior das turbinas
FIG. Nº 19– Detalhes das pressões, velocidades e temperaturas 
desenvolvidas no interior das turbinas
CICLO DE TRABALHO
FIG. Nº 17– Ciclo de trabalho de uma turbina