MF - Aula - 2

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MÁQUINAS DE FLUXO
Professor: José Antonio S. Corbacho
Máquinas de Fluido – Turbo bombas
Máquinas de Fluido – Turbo bombas
Máquinas onde o fluido é aspirado pela boca de entrada até
atingir o rotor denominado impulsor ou impelidor.
O rotor conta com uma fileira de pás, lâminas, álabes, sendo
envolvido por um corpo denominado voluta ou coletor em
caracol.caracol.
A voluta transforma a energia cinética adquirida pelo fluido ao
passar pelo rotor em energia de pressão.
O fluido abandona a bomba pela boca de saída denominada
boca de recalque ou de descarga.
Máquinas de Fluido – Turbo bombas
Segundo o tipo de rotor podem ser radiais (bombas
centrífugas) axiais (bombas axiais) ou mistas (bombas hélico-
centrífugas).
O rotor pode ser de simples aspiração ou de aspiração dupla
o qual permite aumentar a vazão fornecida.o qual permite aumentar a vazão fornecida.
Para aumentar a pressão as turbo bombas podem ter vários
estágios.
Os rotores podem ser fechados, abertos semi-abertos.
Podem transportar fluidos limpos ou com partículas em
suspensão.
Máquinas de Fluido – Turbo bombas
Máquinas de Fluido – Bombas Centrífugas
As bombas centrífugas
pertencem à classe de turbo
bombas na qual o líquidobombas na qual o líquido
penetra no rotor em sentido
paralelo ao eixo de
acionamento do mesmo sendo
dirigido pelas pás do rotor
para a sua periferia, segundo
trajetórias normais ao eixo de
acionamento.
Máquinas de Fluido – Bombas Centrífugas
São amplamente utilizadas na indústria de
processos químicos.
Apresentam capacidade de 0,5 m3/h até
20.000 m3/h e trabalham com alturas
manométricas entre 1,5 a 5000 mca (metros
de coluna de água).
Caracterizam-se por ausência de pulsação em
serviço contínuo.
Máquinas de Fluido – Bombas Centrífugas
Quanto a pressão desenvolvida:
Bomba de BAIXA PRESSÃO
Altura Manométrica (Hm) ≤ 15 m.Altura Manométrica (Hm) ≤ 15 m.
Bomba de MÉDIA PRESSÃO
15 < Altura Manométrica (Hm) < 50 m.
Bomba de ALTA PRESSÃO
Altura Manométrica (Hm) ≥ 50 m
Máquinas de Fluido – Bombas Centrífugas
Apresentam um rotor com pás montado em
um eixo girando no interior da carcaça.
O fluido chega ao centro do rotor através de
uma boca de aspiração sendo forçado através
de pás do rotor para a periferia onde atinge
uma velocidade elevada.
Saindo da ponta das pás o líquido passa para
a voluta onde ocorre a transformação da
energia cinética em energia de pressão.
Máquinas de Fluido – Bombas Centrífugas
Componentes de bombas centrífugas
Máquinas de Fluido – Bombas Centrífugas
Máquinas de Fluido – Bombas Centrífugas
As bombas centrífugas podem trabalhar com
água limpa, água do mar, condensados, óleos
com pressões até de 160 mca, e temperatura
de até 140 °C.de até 140 °C.
Na indústria química e petroquímica podem
ser utilizadas para trabalhar com água até 300
°C e pressões de até 250 mca.
Bombas de processo podem operar com
temperaturas de até 400 °C e pressões de até
450 mca.
Máquinas de Fluido – Bombas Centrífugas
O material da carcaça depende do tipo de serviço:
Ferro fundido - para líquidos com temperatura de até 250 °C.
Aço fundido - para óleos soluções e produtos químicos com
temperaturas de trabalha de até 450 °C.
Aço forjado - para pressões elevadas (acima de 10 MPa).Aço forjado - para pressões elevadas (acima de 10 MPa).
Bronze ou inox – para produtos químicos corrosivos e em
casos especiais vidro ou materiais plásticos.
Alumínio - para bombear formol.
O eixo da bomba centrífuga é fabricado de aço ou liga de alta
resistência mecânica, utiliza-se aço SAE 1035, SAE 4414, e
SAE 2340, e ligas contendo 11 a 13% de Cromo.
Máquinas de Fluido – Bombas Centrífugas
Quanto ao número de rotores dentro da carcaça:
Bomba de Simples Estágio ou Mono-Estágio:
A bomba possui um único rotor dentro da carcaça.
Normalmente altura manométrica (Hm) < 100 metros.
Máquinas de Fluido – Bombas Centrífugas
Quanto ao número de rotores dentro da carcaça:
Bomba de Múltiplo Estágio ou Multicelular:
A bomba possui dois ou mais rotores dentro da carcaça.
É o resultado da associação de rotores em série dentro da carcaça.
Essa associação permite a elevação do líquido a alturas maiores do que 100m,Essa associação permite a elevação do líquido a alturas maiores do que 100m,
sendo o rotor radial ou diagonal usado para tal associação.
Muito usada para poços profundos de água ou de petróleo ou para alimentação de
caldeiras com pressões superiores a 250 kgf/cm2 (2500m).
Máquinas de Fluido – Bombas Centrífugas
Os rotores de bombas são fundidos numa única peça, podendo ser de
ferro fundido, bronze ou inox , também são fabricados em material plástico
ou borracha.
Os rotores das bombas centrífugas podem ser fechados ou abertos.
Os rotores fechados têm paredes
laterais minimizando o vazamento
entre a aspiração e descarga - são
utilizados para bombeamento de
líquidos limpos.
Máquinas de Fluido – Bombas Centrífugas
O rotor semi-aberto é
fechado só na parte
traseira.
Os rotores abertos não apresentam
paredes laterais.
Ambos são utilizados para bombear líquidos viscosos ou contendo sólidos em
suspensão.
Máquinas de Fluido – Bombas Centrífugas
Quanto a Posição do Eixo da Bomba em Relação ao Nível da Água:
Bomba de SUCÇÃO POSITIVA:
O eixo da bomba situa-se acima do nível da água do
reservatório de sucção (é a situação que mais ocorre, emreservatório de sucção (é a situação que mais ocorre, em
instalações de bombeamento para irrigação).
Máquinas de Fluido – Bombas Centrífugas
Quanto a Posição do Eixo da Bomba em Relação ao Nível da Água:
Bomba de SUCÇÃO NEGATIVA OU AFOGADA:
O eixo da bomba situa-se abaixo do nível da água do
reservatório.reservatório.
Deve ser utilizada, sempre que possível.
Evita a CAVITAÇÃO.
Máquinas de Fluido – Bombas Axiais
Máquinas de Fluido – Bombas Axiais
Os rotores axiais são utilizados para trabalhar com grandes
vazões e pequenas alturas manométricas.
Tipicamente 500 m3/h ou mais e alturas manométricas
inferiores a 15mca - Operam com velocidade maiores que os
radiais.radiais.
Nos rotores de escoamento misto ou tipo turbina as pás tem
curvatura dupla, (forma helicoidal) desta forma o escoamento
é parcialmente axial e parcialmente radial - Operam com
velocidades menores que os axiais - Trabalham tipicamente
com capacidade acima de 20m3/h e altura manométrica até
30mca.
Máquinas de Fluxo - Turbinas
Máquinas de Fluido – Turbinas
São máquinas que extraem energia de uma
corrente de fluido.
O conjunto de lâminas integrantes do eixo da
turbina é chamado de roda ou rotor.turbina é chamado de roda ou rotor.
São utilizadas para acionar sistemas mecânicos
ou para acionar geradores de energia elétrica.
Segundo o fluido de trabalho podem ser turbinas
hidráulicas (água), turbinas eólicas (ar) ou
turbinas a vapor e a gás.
Máquinas de Fluido – Turbinas
O escoamento pode ser compressível como no caso das turbinas a vapor e gás ou
incompressível como no caso das turbinas eólicas e turbinas hidráulicas.
Podem ter rotores axiais, centrífugos ou helicocentrífugos.
Turbinas – Cronologia da evolução
1827 – FOURNEYRON inventa o primeiro motor hidráulico, 
posteriormente transformado em turbina de reação.
1841 – HENSCHEL e JONVAL, simultânea e independentimente, 
constroem a primeira turbina de reação com tubo de aspiração.
1848 – SCHWANKRUG constrói a primeira turbina de ação, apropriada 
para grandes quedas e pequenas vazões.para grandes quedas e pequenas vazões.
1840 – FRANCIS iniciar o projeto.
1872 – FINK contruiu o perfeito sistema de regulagem – distribuidor de 
vazão, até hoje empregado para turbinas de reação (Francis, Hélice e 
Kaplan).
1873 – VOITH constrói a primeira turbina Francis com distribuidor Fink.
1880 – PELTON aprimora a turbina de Schwankrug, dando forma 
definida às turbinas de ação.
1912 – Primeiras experiencias com turbinas Kaplan.
1925 – Posta em operação a primeira turbina Kaplan de grandes 
dimensões.
Turbinas – Classificação
De acordo com o processo de conversão da energia
hidráulica em energia mecânica:
TURBINAS DE AÇÃO/IMPULSÃOTURBINASDE AÇÃO/IMPULSÃO
TURBINAS DE REAÇÃO
Máquinas de Fluido – Turbinas de Impulsão
Transformam toda a energia disponível do
escoamento em energia cinética à pressão
atmosférica por meio de um bocal.
Ex.: Turbinas Pelton, Turbinas TurgoEx.: Turbinas Pelton, Turbinas Turgo
Máquinas de Fluido – Turbinas Pelton
São acionadas por um o mais jatos livres de alta velocidade.
A velocidade e a pressão se mantém praticamente constante
quando atravessam as pás do rotor.
A expansão do fluido de alta para baixa pressão ocorre em
bocais externos ao rotor da turbina.bocais externos ao rotor da turbina.
O rotor trabalha parcialmente submerso no fluido.
As turbinas Pelton possuem um distribuidor e um receptor.
O distribuidor é um bocal que permite guiar o jato de água,
proporcionando um jato cilíndrico sobre a pá.
O rotor é formado por pás com forma de concha.
As turbinas Pelton podem ter um ou vários jatos.
Máquinas de Fluido – Turbinas Pelton
Máquinas de Fluido – Turbinas Pelton
Turbina Pelton
com 06 jatos.
Máquinas de Fluido – Turbinas Pelton
A RODA DA TURBINA - pode ser instalada
na horizontal ou na vertical, dependendo
muito da dimensão da roda.
Para turbinas de grandes dimensões -
disposição horizontal para evitar os efeitos
secundários potencialmente indesejados da
água que cai das pás após ter rebatido na
roda.
Máquinas de Fluido – Turbinas Pelton
Máquinas de Fluido – Turbinas Pelton
Roda Pelton para 60000 CV, para desnível 320m
Máquinas de Fluido – Turbinas Pelton
Máquinas de Fluido – Turbinas de Reação
A água tem a pressão variando
desde a entrada da turbina até adesde a entrada da turbina até a
saída, havendo a seguinte conversão
de energia:
Ecinética Epressão Emecânica
Máquinas de Fluido – Turbinas de Reação
Nas turbinas de reação parte da expansão do fluido
ocorre externamente e parte na superfície das pás.
A aceleração externa é imposta e o fluido é
conduzido para o rotor na direção adequada atravésconduzido para o rotor na direção adequada através
de um conjunto de pás estacionárias chamadas
aletas guias do distribuidor.
A combinação do conjunto de pás fixas do
distribuidor e das móveis do rotor é chamado de um
estágio da turbina.
Máquinas de Fluido – Turbinas de Reação
Os rotores trabalham totalmente submersos no fluido
produzindo maior potência para um dado volume do
que as turbinas de impulsão.
As turbinas hidráulicas axiais ou de hélice sãoAs turbinas hidráulicas axiais ou de hélice são
apropriadas para baixas quedas (da ordem de 30m)
e grandes descargas.
O receptor tem forma de hélice de propulsão com
pás perfiladas aerodinamicamente.
Ex.: Turbinas Kaplan, Hélice, Bulbo e Francis
Máquinas de Fluido – Turbinas Kaplan
As turbinas Kaplan são semelhantes às turbinas de
hélice que apresentam a possibilidade de variar o
passo das pás de acordo com a descarga,
permitindo maiores rendimentos.
Máquinas de Fluido – Turbinas Kaplan
Máquinas de Fluido – Turbinas Kaplan
Máquinas de Fluido – Turbinas Kaplan
Máquinas de Fluido – Turbinas Kaplan
Máquinas de Fluido – Turbinas Kaplan
Máquinas de Fluido – Turbinas Hélice
Turbinas do tipo hélice: máquinas com pás 
fixas.
Máquinas de Fluido – Turbinas Bulbo
Turbinas do tipo Bulbo: integra a turbina e o gerador em um
só invólucro.
Lâminas fixas/turbina bulbo ajustável das lâminas
hidro/turbina da água com corredor Dia.0.4 – 5m.
Máquinas de Fluido – Turbinas Francis
Nas turbinas Francis o receptor fica internamente ao
distribuidor.
Seu rotor é tipo radial de fluxo misto.
Possuem um difusor ou tubo de aspiração.Possuem um difusor ou tubo de aspiração.
As turbinas Francis possuem um distribuidor
constituído por um conjunto de pás móveis em volta
do receptor, orientadas por sistema de controle
permitindo mudar o ângulo para diferentes
descargas para minimizar as perdas.
Podem trabalhar com alturas de 5m a 500m.
Turbinas de Reação - FRANCIS
Turbinas de Reação - FRANCIS
Rotor de alta potencia para desnível médio.
Turbinas de Reação - FRANCIS
Rotor Lento Rotor Normal Rotor Rápido
Turbinas de Reação - FRANCIS
Turbinas Segundo a Direção do Escoamento
As turbinas podem ser também classificadas
segundo a direção do escoamento através do
rotor:
Turbinas radial: Centrífugas;
Turbinas axiais: Hélice, Kaplan, Straflo, tubular,
bulbo;
Turbinas tangenciais: Pelton, Michell, Banki;
Turbinas com escoamento misto ou diagonal:
Francis, Deriaz.
Máquinas de Fluido – Turbinas a Vapor e Turbinas a Gás
Máquinas de Fluido – Turbinas a Vapor e Turbinas a Gás
As turbinas a vapor aproveitam a energia do vapor
saturado ou sobreaquecido a altas pressões.
O escoamento é compressível e desta forma a
massa especifica do fluido de trabalho varia
significativamente.significativamente.
A maioria é do tipo de fluxo axial.
São empregadas nas termoelétricas para
acionamento de geradores elétricos.
Podem também ser utilizadas para propulsão de
barcos ou para movimentar máquinas rotativas,
bombas, compressores e ventiladores.
Máquinas de Fluido – Turbinas a Vapor e Turbinas a Gás
Podem ser de impulsão ou de reação.
Nas turbinas de impulsão ou de ação o vapor é
completamente expandido em um ou vários bocais
fixos antes de atingir as pás do rotor.fixos antes de atingir as pás do rotor.
Nas turbinas de reação o vapor também se expande
sendo a pressão do vapor na entrada do rotor maior
que a pressão na saída.
As turbinas a gás são uma tecnologia mais recente
das máquinas a vapor.
Máquinas de Fluido – Turbinas a Vapor e Turbinas a Gás
Operam com gases a alta pressão produzidos numa
câmara de combustão, a qual por sua vez é
alimentada com ar comprimido.
São de tamanho reduzido comparado com aSão de tamanho reduzido comparado com a
potência gerada.
Utilizadas na indústria aeronáutica, em motores
marinhos e trens de alta velocidade.
Apresentam alto torque e são silenciosas.
Máquinas de Fluido – Ventiladores e Compressores
São máquinas muito semelhantes já que trabalham
com gases, contudo, os ventiladores são utilizados
para movimentar gases enquanto que os
compressores são utilizados para aumentar a
pressão dos gases.pressão dos gases.
Os compressores causam uma variação significativa
da massa específica do gás.
Os ventiladores são utilizados para ventilação
residencial e industrial, sistemas de exaustão e
insuflamento de ar e sistemas de climatização.
Máquinas de Fluido – Ventiladores e Compressores
Máquinas de Fluido – Ventiladores e Compressores
Os compressores são utilizados para aplicações de
ar comprimido acionando equipamentos a pressão
de ar como transporte pneumático, acionadores de
êmbolo.
Também são utilizados em equipamentos de jato de
ar como resfriadores ou aquecedores, jateamento de
areia, equipamentos e máquinas de percussão como
martelos de ar comprimido, ou também para
acionamento de máquinas ferramentas fixas e
portáteis como furadeiras, parafusadeiras.
Máquinas de Fluido – Ventiladores e Compressores
Os compressores e os ventiladores podem ser
máquinas dinâmicas ou volumétricas.
Entre as máquinas dinâmicas podem ter rotores
centrífugos, axiais ou mistos.centrífugos, axiais ou mistos.
Os compressores volumétricos podem ser de êmbolo
onde o movimento linear do pistão é produzido por
um sistema biela-manivela.
Também os compressores podem ser rotativos como
os de palhetas, lóbulos e de parafuso.