Máquinas de Fluxo U1S1

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Máquinas de Fluxo
U1 S1
Máquinas de Fluxo - História
 As primeiras máquinas de fluxo desenvolvidas foram rodas de conchas – datam de aproximadamente 1000 AC. - e bombas de parafusos (Archimedes’s screw pump) para elevação de água.
Rodas de Noriá 
Parafuso de Arquimedes 
Máquinas de Fluxo - História
No entanto, foi durante a Revolução Industrial, no século XIX, que as máquinas de fluido passaram por um grande desenvolvimento.
A aplicação dos conhecimentos de mecânica dos fluidos, termodinâmica e aerodinâmica, aliados ao surgimento de novos materiais e processos de fabricação, possibilitou a invenção de novas máquinas.
Máquinas de Fluxo 
Industrialmente, é praticamente impossível imaginar processos produtivos que não envolvam a presença de uma máquina de fluido. Você possivelmente já esteve em uma instalação industrial e observou tubulações distribuídas por toda parte. Por essas tubulações escoam água, óleo, ar comprimido, vapor, entre outros fluidos que são transportados por meio de máquinas de fluido. 
O escoamento desses fluidos possibilita uma diversidade de processos, tais como geração e acumulação de energia, resfriamento, lubrificação e movimentação de cargas. 
Máquinas de Fluxo
As máquinas de fluido podem ser definidas como sistemas mecânicos que adicionam ou extraem energia de um fluido.
 Assim, podemos classificar as máquinas de fluido quanto ao sentido da transformação de energia em dois tipos: 
• Máquinas de fluido geradoras 
• Máquinas de fluido motoras 
As máquinas de fluido podem ser classificadas, também, quanto ao princípio físico de transferência de energia. De modo amplo, são duas as classificações: 
• Máquinas de deslocamento positivo ou volumétricas 
• Máquinas de fluxo ou turbomáquinas 
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• Máquinas de fluido geradoras: são as máquinas que transformam energia mecânica em energia de fluido. Quando o fluido é um líquido, as máquinas são chamadas de bombas.
Já quando o fluido é um gás ou vapor, essas máquinas são chamadas de ventiladores, sopradores ou compressores, dependendo do aumento de pressão. 
• Máquinas de fluido motoras: são as máquinas que transformam energia de fluido em energia mecânica. Essas máquinas também são chamadas de turbinas. 
 
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• Máquinas de deslocamento positivo ou volumétricas: ao passar pela máquina, o fluido é confinado e sofre variações de volume. As variações volumétricas transferem energia principalmente na forma de pressão. A energia cinética transferida devido às variações volumétricas é relativamente pequena, podendo ser desprezada em muitos casos. Quando uma máquina de deslocamento positivo para de funcionar, o fluido de trabalho fica confinado em seu interior. 
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• Máquinas de fluxo ou turbomáquinas: o fluido escoa em fluxo
contínuo através da máquina. Em contraste com as máquinas
de deslocamento positivo, não ocorre o confinamento do
fluido em um sistema fechado numa turbomáquina. As
máquinas de fluxo orientam a passagem do fluido por meio de
lâminas ou pás, fixas em um elemento rotativo. A transferência
de energia ocorre em virtude do efeito dinâmico entre o rotor
e a corrente de fluido, promovendo variações de energia
cinética do fluido. Quando uma máquina de fluxo para de
funcionar, o fluido de trabalho pode escoar livremente para
fora do dispositivo. As turbomáquinas são conhecidas também
como máquinas dinâmicas 
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Bombas dinâmicas 
As bombas dinâmicas ou turbobombas promovem a variação da quantidade de movimento ao fluido em razão da ação de um elemento rotativo. Esse elemento rotativo, que possui pás ou lâminas, é denominado rotor ou impelidor. O rotor é envolvido por uma carcaça chamada voluta ou difusor, responsável por transformar energia cinética adquirida pelo fluido ao passar pelo rotor em energia de pressão. 
Comparadas às bombas de deslocamento positivo, as bombas dinâmicas são capazes de operar com maiores vazões, fornecendo, no entanto, menores pressões. Nas bombas dinâmicas a vazão é contínua, não havendo, em condições normais de operação, oscilações ou pulsações. Em aplicações em que é necessário um ganho de pressão mais elevado, são empregadas as máquinas dinâmicas de múltiplos estágios. 
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Máquinas de Fluxo
As bombas dinâmicas podem ser distinguidas quanto à geometria do percurso do fluido ao passar pelo rotor: 
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• Bombas mistas: nessas máquinas o fluido entra no rotor
axialmente e sai em uma direção intermediária entre a radial
e a axial. O raio da trajetória do fluido varia moderadamente.
As bombas de geometria mista apresentam características de
desempenho intermediárias entre as bombas radiais e as axiais. 
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• Bombas mistas: nessas máquinas o fluido entra no rotor
axialmente e sai em uma direção intermediária entre a radial
e a axial. O raio da trajetória do fluido varia moderadamente.
As bombas de geometria mista apresentam características de
desempenho intermediárias entre as bombas radiais e as axiais. 
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• Bombas mistas: nessas máquinas o fluido entra no rotor
axialmente e sai em uma direção intermediária entre a radial
e a axial. O raio da trajetória do fluido varia moderadamente.
As bombas de geometria mista apresentam características de
desempenho intermediárias entre as bombas radiais e as axiais. 
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• Bombas mistas: nessas máquinas o fluido entra no rotor
axialmente e sai em uma direção intermediária entre a radial
e a axial. O raio da trajetória do fluido varia moderadamente.
As bombas de geometria mista apresentam características de
desempenho intermediárias entre as bombas radiais e as axiais. 
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Máquinas de Fluxo – Máquinas de Deslocamento Positivo
 Características gerais das bombas alternativas:
 Líquidos muito viscosos e voláteis;
 Pressões muito altas;
 Vazão de baixa a moderada;
 Características gerais das bombas rotativas:
 Operam com pressões moderadas;
 Fornecem vazões quase constantes;
 Utilizadas no bombeamento de fluidos muito viscosos.
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Turbinas hidráulicas 
As turbinas são máquinas projetadas especificamente para extrair a energia contida nos fluidos e convertê-la em energia mecânica, na forma de torque e rotação. A energia obtida nas turbinas pode ser utilizada no acionamento de geradores elétricos ou utilizada diretamente na movimentação de outros dispositivos mecânicos.
Existem dois tipos básicos de turbinas hidráulicas dinâmicas: 
• Turbina de impulsão
• Turbina de reação 
Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke, Sonntag
Máquinas de Fluxo
• Turbina de impulsão: nesse tipo de turbina a água passa por um bocal, que converte a maior parte da sua energia total em energia cinética. Os rotores das turbinas de impulsão operam parcialmente submersos no fluido de trabalho. 
Turbina Pelton: (a) Esquema de funcionamento e (b) Imagem de uma turbina Pelton acionando, ao fundo, um gerador elétrico. 
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• Turbina de reação:O fluido entra em uma seção de grande diâmetro e sai através do olho do rotor. Os componentes característicos das turbinas de reação são a voluta ou tubo espiral, as pás-guia e o rotor.
Turbinas hidráulicas de reação. (a) turbina tipo Francis de rotor radial e (b) turbina tipo Kaplan (ou turbina de hélice). 
Turbinas eólicas 
As turbinas eólicas são capazes de converter a energia cinética dos ventos em energia mecânica na forma de torque e rotação no eixo da turbina. A energia mecânica é transmitida a um gerador elétrico que realiza a conversão eletromecânica, produzindo energia elétrica. O conjunto formado pela turbina eólica e pelo gerador é denominado de aerogeradores. 
 Turbinas eólicas: (a) eixo horizontal e (b) eixo vertical 
Ventiladores, sopradorese compressores 
Ventiladores, sopradores e compressores são máquinas de fluido geradoras que fornecem energia para gases ou vapores.
Os ventiladores são utilizados para movimentar gases sem que ocorra variação significativa da massa específica. 
Os ventiladores funcionam segundo o princípio dinâmico e possuem geometrias semelhantes às bombas, podendo ser radiais, axiais ou mistos. As vazões do ventilares axiais podem chegar à ordem de 
 Ventilador centrífugo 
Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke, Sonntag
Os compressores são utilizados especificamente para comprimir gases ou vapores. Essas máquinas podem ser dinâmicas ou de deslocamento positivo. Os tipos de compressores de deslocamento positivo são semelhantes às bombas que operam segundo o mesmo princípio.
Os compressores são utilizados para aplicações de ar comprimido em circuitos pneumáticos, em ciclos de refrigeração, alimentação de motores e turbinas a gás e
para transporte de gás natural. 
Os sopradores apresentam características de desempenho semelhantes às dos ventiladores, porém operam com velocidades maiores e fornecem mais pressão. A diferença de pressão entre a descarga e a admissão da máquina é da ordem de 10 a 300 kPa. 
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