Aula 01b Turbinas a vapor de água

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01 Turbinas à Vapor d’água.
� Aplicação: 
acionamento de 
bombas, 
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bombas, 
compressores e 
geradores de 
energia elétrica
Prof. Dr. Eduardo J. Cidade Cavalcanti
carcaça : Parte fixa da turbina com vários estágios, 
acoplados em série. 
A parte móvel dela é constituída por discos com as 
palhetas fixadas ao redor destes discos. 
Nos vãos entre um disco e outro tem-se os diafragmas 
intermédios fixos, onde estão fixadas as palhetas 
diretrizes fixas.
Componentes
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diretrizes fixas.
� Os discos e a carcaça vão aumentando de tamanho 
para acompanhar a expansão do vapor.
� O vapor é introduzido através de válvulas reguladoras, 
� As turbinas têm um sistema de distribuição de óleo 
lubrificante, com uma bomba própria, um tanque, um 
injetor e um sistema de resfriamento. 
Rendimento térmico, mecânico, gerador e 
elétrico
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Classificação das turbinas 
A. pelo fornecimento de vapor e 
condições de exaustão;
B. pelo princípio de funcionamento;
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B. pelo princípio de funcionamento;
C. pela direção do fluxo.
A. Quanto ao fornecimento de vapor e 
condições de exaustão:
1. Turbinas de Condensação: Pressão de
descarga menor do que a atmosférica
empregado para geração de energia
2. Turbinas de Contrapressão: Pressão de
descarga superior à atmosférica. (2 bares é
um valor comum)
utilizadas em sistemas de cogeração,
normalmente é um vapor saturado seco.
B. Quanto ao princípio de
funcionamento:
Turbinas de ação:
A queda de pressão do vapor ocorre
somente em peças estacionárias. Nelas
predomina a força de impulsão.
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No bocal/expansor: transforma toda energia do vapor
em energia cinética, haverá uma queda na pressão do
vapor e um aumento da velocidade.
Nas palhetas móveis não ocorre expansão (queda
de pressão), pois as palhetas móveis têm seção
simétrica. Assim a velocidade relativa do vapor nas
palhetas móveis ficará constante, porém, haverá
uma queda de velocidade absoluta do vapor nas
palhetas móveis,transformando a energia cinética
em trabalho mecânico.
Turbinas de reação:
Em turbina comercial há vários
estágios, colocados em serie, sendo cada
estágio constituído de um anel de
expansores (também chamado de roda
de palhetas fixas), seguido de uma roda
de palhetas móveis.
Tanto as palhetas fixas, como as
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Tanto as palhetas fixas, como as
palhetas móveis têm seção assimétrica, o
que resulta em áreas de passagens
convergentes, para o vapor em ambas.
Por esta razão, em uma turbina de reação
comercial, parte da expansão do vapor
ocorrerá nas palhetas fixas e parte
ocorrerá nas palhetas móveis.
Nas palhetas fixas tem-se, portanto, uma
expansão parcial do vapor, resultando em uma queda
de pressão e em um aumento da velocidade.
Nas palhetas movéis ocorrerá o restante da
expansão, resultando em uma segunda queda de
pressão e em um aumento da velocidade do vapor
em relação à palheta.
Entretanto, mesmo havendo um
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aumento da velocidade do vapor em relação
à palheta móvel, causada pela expansão, a
velocidade absoluta do vapor nas palhetas
móveis cairá, pois estas atuam, não só
como expansores, mas também pelo
princípio da ação, transformando a
velocidade gerada em trabalho mecânico.
C. Quanto a direção do fluxo:
As turbinas podem ser de fluxo radial,axial ou helicoidal.
Radial
Axial
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Axial
Helicoidal
Consiste em um ou mais bocais fixos que descarregam
TIPOS DE TURBINAS:
1. Turbina de ação simples
ou de Laval:
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Consiste em um ou mais bocais fixos que descarregam
vapor sobre uma fileira de palhetas moveis montadas
num disco acoplado a um eixo. A expansão do vapor
ocorre completamente nos bocais. As palhetas moveis
não conseguem absorver toda a energia cinética do
vapor, conseqüentemente a velocidade do vapor na
saída é alta, constituindo-se numa perda de energia.
Possui baixo rendimento.
Pela sua simplicidade de projeto e a construção é
recomendada para pequenas potências.
Opera com rotação muito alta, da ordem de 640 1/s,
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Opera com rotação muito alta, da ordem de 640 1/s,
esta alta velocidade trazia alguns problemas de
projeto, já que era necessário introduzir reduções.
Estas turbinas trabalhavam com geradores de até 500
kW.
Utiliza um bocal convergente-
divergente, que produz uma alta
aceleração no vapor, saindo do
bocal.
O vapor bate nas palhetas fixas no
contorno de um disco. A
transformação de energia térmica
para energia cinética acontece no
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para energia cinética acontece no
bocal, posteriormente, a
transformação para energia
mecânica acontece no momento em
que o vapor bate nas palhetas,
mudando a direção de escoamento
e impulsionando o rotor.
2. Turbina Curtis (Velocidade 
Escalonada):
Para aproveitar as perdas de
energia são adicionadas duas ou
mais filas de palhetas moveis,
intercalando-se entre elas palhetas
fixas. As palhetas fixas sãofixas. As palhetas fixas são
montadas na carcaça e tem como
único propósito direcionar o jato de
vapor sobre as palhetas moveis.
3. Turbina Rateau (Pressão Escalonada):
Ao invés de a queda total de pressão ocorrer
em um único bocal (ou conjunto de bocais) a
queda de pressão é dividida em duas ou
mais fileiras de bocais. Com este arranjo se
obtém um efeito semelhante ao que se teriaobtém um efeito semelhante ao que se teria
com um arranjo de duas ou mais turbinas de
Laval em série.
A vantagem reside em que se
pode obter uma velocidade
de palhetas mais adequada
em termos de resistência de
materiais.
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Turbina Curtis-Rateau:
� O desenvolvimento desta turbina partiu do
principio de se conseguir velocidades de pás
ideais (portanto maiores rendimentos)
utilizando-se um uma combinação de
estágios Curtis (escalonamento deestágios Curtis (escalonamento de
Velocidade) e estágios Rateau
(escalonamento de Pressão).
� O emprego do estágio Curtis ocasiona
grande perda de pressão e de temperatura
do vapor permitindo o uso de matérias mais
leves e baratos, assim como turbinas mais
curtas.
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Combinação de
estágios Curtis
(escalonamento de
Velocidade) e
estágios Rateau
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estágios Rateau
(escalonamento de
Pressão).
Referência Bibliográfica
1) 1) AnotaçãoAnotação das das aulasaulas 1111--12 de 12 de MáquinasMáquinas TérmicasTérmicas, , 
Silvia Silvia nebranebra, , UNICAMP UNICAMP -- DepartamentoDepartamento de de 
EngenhariaEngenharia Mecânica, 2003.
2) Geração Termelétrica: Planejamento, Projetos e 
Operação (volume 1 E 2), Electo Eduardo Silva 
Lora
3) Turbina à vapor, Site www.ebah.com.br
19
3) Turbina à vapor, Site www.ebah.com.br