REO 3 - Máquinas Térmicas - Brendo Mayk - 201710502

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REO 3 – Máquinas térmicas – Brendo Mayk – 201710502 
Exercícios 
Questão 1. 
a) O que significa a prática do escalonamento nas turbinas a vapor? 
O escalonamento ajuda a queda de entalpia ser menos abrupta, fazendo com que a 
turbina aumente a eficiência ao utilizar pressões menores, permitindo o trabalho com 
velocidades razoáveis. 
b) Descreva os três tipos de escalonamento nas turbinas a vapor. 
Velocidade Escalonada: Para aproveitar a perda de energia experimentada pelas 
turbinas de simples ação (velocidade residual relativamente alta), duas ou mais fileiras de 
lâminas móveis são adicionadas, com lâminas fixas entre elas. As lâminas fixas são 
montadas na carcaça e têm como único objetivo conduzir o jato de vapor até as lâminas 
móveis. 
Pressão Escalonada: Em vez de uma queda total de pressão ocorrendo em um único 
bico (ou grupo de bicos), divide-se a queda de pressão em duas ou mais fileiras de bicos. 
Com esse arranjo, obtém-se um efeito semelhante ao obtido pelo arranjo de duas ou mais 
turbinas Laval conectadas em série. A vantagem é que uma velocidade de lâmina mais 
adequada pode ser obtida em termos de resistência do material. 
Mista: Esse tipo de escalonamento tem como princípio de combinar o estágio Curtis 
(escala de velocidade) e estágio de Rateau (escala de pressão) para atingir a velocidade 
ideal da lâmina (e, portanto, maior rendimento). A utilização do escalonamento de 
velocidade causará grande perda de pressão e temperatura do vapor permitindo a 
utilização de materiais mais leves e baratos no estágio de escalonamento de pressão, além 
de turbinas mais curtas. 
c) Qual é a importância de se realizar este escalonamento? 
O fluido não precisa expandir todo de uma vez só com alta pressão e temperatura, 
atingindo velocidades muito altas de vapor, causando altas velocidades de rotação que 
gera problemas mecânicos com problemas de durabilidade. Assim, ao realizar o 
escalonamento, se torna uma turbina mais eficiente. Por exemplo, ao escalonar a 
velocidade, como é nas turbinas Curtis, se diminui a velocidade de rotação do eixo e se 
aproveita melhor a energia que seria perdida, na saída do rotor, sem o escalonamento. 
 
Questão 2. Considere uma expansão do vapor de 75 Mpa e 400°C para 50 kPa e 60°C 
num estágio de ação simples (Laval), qual a velocidade do fluído na entrada do rotor 
considerando nula a velocidade inicial? 
- Utilizando o REFPROP: 
ℎ𝑎(75𝑀𝑝𝑎; 400°𝐶) = 1815,3 (𝑘𝐽/𝑘𝑔); ℎ𝑏(50𝑘𝑃𝑎; 60°𝐶) = 251,21 (𝑘𝐽/𝑘𝑔) 
ℎ𝑎(75𝑀𝑝𝑎; 400°𝐶) = 1815300 (𝑚
2/𝑠²); ℎ𝑏(50𝑘𝑃𝑎; 60°𝐶) = 251210 (𝑚²/𝑠²) 
 
𝑉2 = √2(ℎ𝑎 − ℎ𝑏) 
𝑉2 = √2(1815300 − 251210) 
𝑉2 = 1768,67 𝑚/𝑠 
 
Questão 3. Qual a razão do estágio do tipo Parsons ser pouco indicado para os estágios 
iniciais em uma turbina a vapor? Explique usando o diagrama de Mollier. 
Esse tipo de turbina consiste em múltiplos estágios de reação, que causam quedas de 
pressão locais nas fileiras contínuas de pás fixas e móveis. Como resultado, a queda de 
pressão em cada fileira de lâminas é pequena, resultando em uma velocidade de vapor 
mais baixa em cada estágio. À medida que o vapor se expande, analisando pelo diagrama 
de Mollier, seu volume específico aumenta, razão pela qual as fileiras contínuas de junco 
aumentam gradualmente de tamanho. No estágio de alta pressão, o vapor escapará pela 
lacuna entre a lâmina móvel e a bucha, reduzindo assim a eficiência, por esses motivos, 
a mesma não é indicada para estágios iniciais de uma turbina a vapor, pois nessa parte da 
turbina o trabalho é realizado sobre alta pressão, e a mesma não conseguiria suportar. 
Para evitar isso, o mais indicado o uso desse tipo no final de turbinas, usando uma 
estrutura composta, como turbinas Curtis-Parsons. 
 
Questão 4. Qual a diferença entre turbinas de condensação e de contrapressão? Qual delas 
é mais indicada para a geração única de eletricidade e porquê? 
TURBINAS DE CONTRAPRESSÃO – A pressão de descarga é superior à pressão 
atmosférica. Eles são amplamente usados no processo de fabricação, o vapor de exaustão 
pode ser usado para processo ou aquecimento e a pressão de saída é controlada por uma 
estação de regulagem para manter a pressão de processo necessária. 
 
TURBINAS DE CONDENSAÇÃO – Nesse caso, a saída da turbina é conectada ao 
condensador para criar um vácuo. A pressão de descarga é inferior à pressão atmosférica. 
Esta é a turbina mais comumente usada para gerar eletricidade, uma vez que a pressão 
não precisa ser controlada e já é a necessária para o processo de produção. A saída de 
vapor da turbina é conectada a um condensador para criar vácuo.