10. Turbinas a Vapor

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Turbinas a Vapor 
Profª Fernanda Mazuco Clain 
Definição 
• São motores de combustão externa rotativos no 
qual a energia térmica do vapor é transformada 
em energia cinética, devido a sua expansão 
através dos bocais, e posteriormente em energia 
mecânica de rotação, devido à ação do vapor nas 
pás rotativas; 
• É o mais difundido por possibilitar unidades de 
grande potência unitária, alta confiabilidade, vida 
útil e eficiência; 
Definição 
• Mediante a organização de extrações 
reguláveis na sua seção de fluxo, pode-se 
fornecer calor com os parâmetros requeridos 
pelo consumo externo; 
• O custo desse calor não é alto, pois nos 
sistemas de cogeração o vapor, antes de ser 
fornecido a um consumidor de calor, é 
aproveitado para produzir eletricidade. 
Classificação 
De acordo com a finalidade 
• Acionamento elétrico 
 Utilizadas para acionar um gerador elétrico 
de uma indústria que irá suprir as necessidades 
da central. Geralmente operam com velocidade 
síncrona (1800 ou 3600 rpm) e com potências 
na faixa de 16 a 1300 MW; 
Classificação 
De acordo com a finalidade 
• Acionamento mecânico 
 Utilizadas para acionar grandes ventiladores 
de tiragem, bombas, compressores e na 
propulsão de navios e outros equipamentos. 
Operam entre 900 e 10000 rpm e com potências 
de 500 kW a 10 MW. 
Classificação 
De acordo com o princípio de funcionamento 
• De ação (impulso) 
 A expansão ocorre unicamente nos bocais e 
o vapor atravessa as palhetas do rotor com 
pressão constante, atuando sobre elas 
unicamente em função de sua velocidade, 
levando a uma velocidade elevada na saída dos 
bocais. 
 
Classificação 
De acordo com o princípio de funcionamento 
• De reação 
 A expansão tem início nos bocais mas 
permanece acontecendo nas palhetas do rotor. A 
pressão na entrada dos canais das palhetas é 
maior que na saída, de modo que o vapor realiza 
trabalho durante sua ação sobre as palhetas. 
Classificação 
De acordo com o princípio de funcionamento 
Turbina de Ação Turbina de Reação 
Classificação 
De acordo com o princípio de funcionamento 
• Estágio de ação 
 Grupo de bocais distribuidores seguidos de 
sucessivas fileiras de palhetas móveis e fixas, 
tendo a primeira a função de converter a energia 
cinética do vapor em trabalho mecânico, 
enquanto que a segunda tem a função de 
redirecionar o fluxo 
Classificação 
De acordo com o princípio de funcionamento 
• Estágio de reação 
 Conjunto de fileiras de palhetas móveis e 
fixas. A primeira com a função de converter a 
energia do vapor em trabalho mecânico e a 
segunda, além de redirecionar o fluxo, pelo seu 
formato, o espaço entre elas forma um bocal 
convergente divergente, o que converte parte da 
energia térmica em energia cinética, aumentando 
a velocidade do fluxo. 
Classificação 
De acordo com o arranjo dos estágios 
• Turbina de ação simples ou de Laval 
– A expansão do vapor ocorre completamente no 
bocal, produzindo um fluxo de alta velocidade para 
o rotor. 
– Como as palhetas móveis não absorvem toda a 
energia cinética, o vapor sai com velocidade 
relativamente alta, o que constitui uma perda. 
– Possui baixo rendimento, simplicidade de projeto e 
construção, o que a torna recomendada para baixas 
potências. 
 
Classificação 
De acordo com o arranjo dos estágios 
• Turbina de ação simples ou de Laval 
 
Classificação 
De acordo com o arranjo dos estágios 
• Turbina Curtis 
 
– A fim de evitar a perda por energia cinética na 
saída, montam-se 2 ou mais filas de palhetas 
móveis intercaladas por palhetas fixas que só 
redirecionam o fluxo; 
– Estágio Curtis ou de velocidade escalonada. 
 
Classificação 
De acordo com o arranjo dos estágios 
• Turbina Curtis 
 
Classificação 
De acordo com o arranjo dos estágios 
• Turbina Rateau 
– A expansão é dividida em 2 ou mais fileiras de 
bocais (escalonamento de pressões), semelhante a 
um arranjo de 2 ou mais turbinas de Laval em série; 
– Pode-se obter velocidades mais adequadas nas 
palhetas móveis em termos de resistência dos 
materiais; 
– Podem apresentar maiores dimensões conforme o 
número de estágios; 
 
Classificação 
De acordo com o arranjo dos estágios 
• Turbina Rateau 
 
Classificação 
De acordo com o arranjo dos estágios 
• Turbina Curtis – Rateau 
– É a combinação de estágios Curtis (escalonamento 
de velocidades) e Rateau (escalonamento de 
pressões); 
– Velocidades ideais nas pás do rotor; 
– Maiores rendimentos; 
– Permite o uso de materiais mais leves e baratos, 
exceto nos primeiros estágios; 
– Turbinas mais curtas; 
 
Classificação 
De acordo com o arranjo dos estágios 
• Turbina Curtis – Rateau 
 
Classificação 
De acordo com o arranjo dos estágios 
• Turbina Parsons ou de reação 
 
– São de múltiplos estágios; 
– A queda de pressão ocorre nas palhetas fixas e 
também nas móveis; 
– A queda de pressão em cada fileira de palhetas é 
pequena, resultando em baixas velocidades de 
vapor em cada estágio; 
Classificação 
De acordo com o arranjo dos estágios 
• Turbina Parsons ou de reação 
Classificação 
De acordo com o arranjo dos estágios 
• Turbina Parsons ou de reação 
– As fileiras de palhetas tem suas dimensões 
aumentadas progressivamente à medida em que o 
vapor se expande (aumento do volume específico); 
– Como o volume específico do vapor é baixo nos 
estágios de alta pressão, há excessiva fuga de vapor 
pelas folgas, induzindo a uma queda sensível de 
rendimento total da turbina, assim evita-se usar 
turbinas de reação como turbinas de alta pressão; 
 
Classificação 
De acordo com o arranjo dos estágios 
• Turbina Curtis/Parsons 
 
– Utiliza os princípios de ação e reação; 
– Adição de um estágio Curtis a uma turbina Parsons, 
reduzindo-se a pressão e a temperatura do vapor 
para ser utilizado nos estágios de reação; 
Classificação 
De acordo com o arranjo dos estágios 
• Turbina Curtis/Parsons 
Classificação 
De acordo com a descarga de vapor 
• Turbina de contrapressão de fluxo direto; 
 
– O termo contrapressão indica que o vapor na saída 
da turbina está a uma pressão igual ou superior a 
atmosférica, condição necessária para atender a 
demandas de calor em temperaturas superiores a 
100 °C; 
Classificação 
De acordo com a descarga de vapor 
• Turbina de contrapressão de fluxo direto; 
 
– Geralmente menores do que uma unidade de 
condensação equivalente e, usualmente, operam 
com maiores rotações; 
– Instaladas em indústrias em que haja necessidade 
de vapor nos processos de fabricação; 
Classificação 
De acordo com a descarga de vapor 
• Turbina de contrapressão de fluxo direto; 
Classificação 
De acordo com a descarga de vapor 
• Turbina de contrapressão com sangria ou 
extração controlada 
 
– Utilizadas quando o processo exigir vapor em 
diferentes níveis de pressão (média e baixa); 
– Sangrias são usadas quando o volume de vapor de 
extração (média pressão) é menor que o de escape 
(baixa pressão); 
Classificação 
De acordo com a descarga de vapor 
• Turbina de contrapressão com sangria ou 
extração controlada 
 
– Extrações controladas são usadas quando o fluxo de 
extração (média pressão) é relativamente alto 
quando comparado com o fluxo de vapor de escape 
(baixa pressão) e a demanda de vapor de média 
pressão está sujeita a flutuações consideráveis; 
Classificação 
De acordo com a descarga de vapor 
• Turbina de contrapressão com sangria ou 
extração controlada 
 
Classificação 
De acordo com a descarga de vapor 
• Turbina de condensação de fluxo direto 
– Descarrega o vapor para o condensadora uma 
pressão menor que a atmosférica (alto vácuo) afim 
de aumentar a eficiência térmica ; 
– Tendem a ser maiores e mais potentes do que as de 
contrapressão; 
– A eficiência total é inferior ao de uma instalação de 
contrapressão, pois uma parte da energia contida 
no vapor se perde no condensador; 
 
Classificação 
De acordo com a descarga de vapor 
• Turbina de condensação de fluxo direto 
 
Classificação 
De acordo com a descarga de vapor 
• Turbina de condensação com extração 
 
– Empregada quando se necessita mais eletricidade 
do que se pode gerar com o calor de processo; 
– Compensação das oscilações de consumo de 
eletricidade e vapor de processo; 
 
Classificação 
De acordo com a descarga de vapor 
• Turbina de condensação com extração 
 
– Quando de extração automática ou regulável, 
permitem a retirada de vazões variáveis de vapor 
sob pressão constante, em um ou mais pontos de 
extração; 
– Quando de extração não regulável, não há controle 
da pressão do vapor retirado, que varia em função 
da carga; 
Classificação 
De acordo com a descarga de vapor 
• Turbina de condensação com extração 
Classificação 
De acordo com a descarga de vapor 
• Turbina de condensação com reaquecimento 
 
– Após o 1° estágio de expansão (alta pressão) o 
vapor retorna ao gerador de vapor para o 
reaquecimento antes de prosseguir para o estágio 
de pressão intermediária; 
– Podem ser de reaquecimento duplo; 
Classificação 
De acordo com a descarga de vapor 
• Turbina de condensação com reaquecimento 
Classificação 
De acordo com a descarga de vapor 
• Turbina de condensação com reaquecimento 
Classificação 
De acordo com a direção do fluxo 
• Turbina de fluxo axial 
 
– O escoamento é axial, paralelo ao eixo; 
– Maioria das turbinas modernas 
Classificação 
De acordo com a direção do fluxo 
• Turbina de fluxo axial 
 
Classificação 
De acordo com a direção do fluxo 
• Turbina de fluxo axial 
 
Classificação 
De acordo com a direção do fluxo 
• Turbina de fluxo radial 
– O escoamento é radial: centrífuga ou centrípeta; 
 
Classificação 
De acordo com a direção do fluxo 
• Turbina de fluxo radial 
 
Classificação 
De acordo com nas turbinas axiais 
• Turbina axial de fluxo simples 
– O fluxo escoa na mesma direção desde a entrada 
até a saída; 
 
Classificação 
De acordo com nas turbinas axiais 
• Turbina axial de fluxo duplo 
– O fluxo é admitido no centro do cilindro e dividido 
em duas direções axiais opostas; 
– Evita o tamanho excessivo das palhetas nos últimos 
estágios; 
– Reduz os esforços axiais causados pelo fluxo; 
Classificação 
De acordo com nas turbinas axiais 
• Turbina axial de fluxo duplo 
Classificação 
De acordo com nas turbinas axiais 
• Turbina axial de fluxo duplo 
– Apresentam 2 carcaças, sendo uma interna e outra 
externa, onde o fluxo flui em uma direção na 
carcaça interna e na direção oposta na carcaça 
externa; 
– Redução dos esforços axiais; 
– Resfriamento da carcaça interna pelo próprio vapor 
após sua expansão na mesma; 
– Permite partidas mais rápidas; 
Classificação 
De acordo com a posição dos cilindros em 
relação ao eixo 
• Tandem-compound 
– Cilindros montados em linha (colineares); 
– Mesmo eixo; 
– Acionamento de um único gerador; 
Classificação 
De acordo com a posição dos cilindros em 
relação ao eixo 
• Cross-compound 
– Cilindros montados em paralelo; 
– Eixos diferentes; 
– Acionamento de mais de um 
gerador; 
Classificação 
Turbina de condensação com extração 
Elementos 
• Carcaça (1) 
– Geralmente tem corte horizontal; 
• Diafragma (2) 
– Onde são fixadas as palhetas fixas; 
– É composto por: anel (2.1) 
palhetas fixas (2.2) e 
corpo do diafragma (2.3); 
• Selo (3) 
– Serve para diminuir as fugas de vapor 
Elementos 
• Eixo (4) 
• Discos (5) 
– Fixação das palhetas móveis 
(rotores integrais ou aperto forçado 
a quente) 
• Palhetas Móveis (6) 
– Fixadas no disco 
• Aro de consolidação (7) 
Elementos 
Referências Bibliográficas 
• LORA, Electo Eduardo Silva; NASCIMENTO, 
Marco Antônio Rosa do. Geração Termelétrica: 
Planejamento, Projeto e Operação. Volume 1 
Rio de Janeiro: Interciência, 2004. 
 
• MACINTYRE, Archibald Joseph. Equipamentos 
Industriais e de Processo. Rio de Janeiro: LTC, 
2007;