Download - Turbinas - Equipamentos Industriais
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20. Verifique se h vazamentos de gua. 21. Verifique o filtro de linha de controle de ar e ar de instrumentao. Drene o
condensado que possa ter se acumulado e substitua o elemento do filtro, se
necessrio.
22. Verifique e registre a presso do filtro de leo ou presso diferencial. Substitua o elemento se for necessrio.
23. Verifique a amperagem do motor. 24. Verificar o sistema de controle. 25. Verificar a regulagem das vlvulas "By-pass" e de entrada. 26. Inspecione os elementos primrios do filtro de ar de entrada. Limpe-os ou
substitua-os, se necessrio.
27. Lubrificar o acoplamento do motor principal se for necessrio. 28. Inspecionar o coletar de nvoa de leo. 29. Inspecionar o motor principal
3. Turbinas
3.1-Definio
Turbina um equipamento construdo para captar e converter energia mecnica e
trmica contida em um fluido, em trabalho de eixo.
3.2-Classificao
Os principais tipos encontrados so:
Turbinas a vapor
Turbinas a gs
Turbinas hidrulicas
Turbinas aeronuticas
Turbinas elicas
3.3-Princpios de funcionamento
A forma construtiva bsica a mesma para todos os tipos: um rotor dotado de certo
nmero de ps ou palhetas, ligados a um eixo que gira sobre um conjunto de mancais de
deslizamento ou mancais de pastilha (mancais de rolamento, por questes de
durabilidade no so usados).
As turbinas podem ser usadas para movimentar outro equipamento mecnico rotativo,
como uma bomba, compressor ou ventilador, ou podem ser usadas para a gerao de
eletricidade e nesse caso so ligadas a um gerador.
Tambm tem aplicao na rea de propulso naval, ou aeronutica.
Todos os tipos podem ter uma rotao fixa ou varivel, dentro de uma determinada
faixa. Contudo, quando so usadas para gerao de energia eltrica a rotao costuma
ser mantida num valor fixo para manter a freqncia da rede constante.
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A principal diferena entre os diversos tipos o fluido de trabalho. Em decorrncia
disso, claro, h outras, tais como a temperatura mxima de operao, a potncia
mxima, a vazo mssica de fluido, a presso de trabalho, os detalhes construtivos e as
dimenses. As maiores j construdas em termos de dimenses so as turbinas
hidrulicas; as que trabalham a maiores temperaturas so as turbinas a gs, e as que so
submetidas maior presso so as turbinas a vapor. Todos os tipos possuem aplicao
em uma ampla faixa de potncia, que pode variar de 300 kW, para acionamento de
ventiladores, at 1200 MW, estas ltimas em instalaes nucleares.As turbinas tem 2
aspectos principais que as caracterizam:
1. Potncia
2. Eficincia
3.4-Aplicaes
3.4.1-Turbinas a vapor
Turbina a vapor um equipamento que aproveita a energia calorfica do vapor e
transforma em energia mecnica, sendo um equipamento com boa eficincia quando
utilizado em condies de projeto. Essa energia mecnica pode ser utilizada para mover
equipamentos e quando acoplado um gerador a turbina a vapor, se obtm a
transformao da energia mecnica em energia eltrica.
A turbina pode ser dividida em 3 tipos com relao sua construo:
Turbinas de ao
Nas turbinas de aco, o rotor converte energia cintica do vapor em energia mecnica.
Este tipo de turbinas foi assim baptizado uma vez que fazem uso da Segunda Lei de
Newton [que afirma que a fora exercida por um objecto igual ao produto da sua
massa pela acelerao que lhe exercida] para extrair energia de um fluido.
Para melhor entendimento, sigamos o percurso do vapor desde que entra no estator at
ao momento em que dele sai:
Ao entrar no estator da turbina, o vapor sobreaquecido produzido pela caldeira
enviado a um distribuidor, que o distribui por um conjunto de difusores ou tubeiras. As
tubeiras, cujo nome correcto Tubeira De Laval, so tubos com uma seco de sada
inferior seco de entrada, assemelhando-se a um funil, por onde um fluido passa.
Mantendo-se o caudal de fluido, com a diminuio da seco [afunilamento] vem um
aumento substancial de velocidade [que conduz a uma acelerao no nula e,
consequentemente, ao aumento da fora aplicada] e uma diminuio da presso. Neste
tipo de turbinas, as tubeiras alm de converterem a entalpia em velocidade, orientam
tambm o vapor de modo a que atinja tangencialmente nas ps, onde, saliente-se, no h
perda de presso. Assim, nas turbinas de ao, a queda de presso verifica-se nica e
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exclusivamente nos difusores. Ao incidir tangencialmente nas ps da roda da turbina, o
vapor muda de direo, transferindo uma certa quantidade de movimento s ps. Esta
cedncia de movimento do vapor s ps traduz-se numa transformao de energia
cintica, contida no vapor, em energia mecnica transmitida ao rotor. Ao sair da roda da
turbina, o vapor pode ser conduzido para um outro distribuidor, a partir de onde este
processo se pode repetir.
Quando chega ao final da turbina, o vapor enviado para o condensador, um
componente das caldeiras que condensa o vapor que sai da turbina antes de reutilizar a
gua resultante para um novo ciclo.
Porque a gua que usada para gerar vapor cara e necessita de ser mantida dentro de
certos parmetros qumicos bastante apertados, todo o ciclo funciona em circuito
fechado, i.e., o vapor gerado, utilizado e depois condensado para ser, novamente,
usado sucessivamente. O arrefecimento pode ser feito com ar atmosfrico, como nas
centrais termo-elctricas terrestres, ou com a gua de rios ou do mar, o caso de algumas
centrais trmicas e da totalidade dos navios [quer movidos a vapor ou com outra
mquina trmica, acrescente-se].
Turbinas de reao
As turbinas de reao so aquelas mais usadas para instalaes a vapor e foram
aquelas mais comuns a bordo de navios, sendo sobre este tipo de turbinas que o
presente artigo incidir maioritariamente.
Rotor de uma turbina SST-500 fabricada pela Siemens AG, uma turbina de fluxo duplo e baixa
presso para grandes caudais de vapor. usada no s para a produo de energia elctrica
em centrais termo-elctricas, como tambm para conduzir mquinas que funcionem a elevadas
rotaes ou ainda para aproveitar a energia trmica libertada por processos exotrmicos,
como na indstria petroqumica ou como aproveitamento dos gases de escape de incineradores.
Este modelo pode gerar at 100 MW de potncia e funcionar em regimes at s 15000 rpm. O
vapor pode entrar a uma temperatura mxima de 400 C e a uma presso de 30 bar, saindo a
uma outra de at 1 bar.
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Estas turbinas geometricamente diferem bastante das turbinas de ao: no s no tm
tubeiras mas coroas de ps fixas, como as ps mveis so bastante diferentes das das
turbinas de ao. Tanto as ps mveis como as fixas, neste tipo de turbina, tm uma
seco de escoamento varivel, assemelhando-se a asas de avio. O fenmeno de
sustentao que se observa num avio o princpio de funcionamento elementar destas
turbinas, na medida que so as diferenas de velocidade dos escoamentos [e a
conseqente expanso do fluido] nas duas faces da mesma p mvel que a fazem
mover; j nas ps fixas, verifica-se um aumento de velocidade do escoamento devido
diminuio de seco.
O vapor entra na turbina pelo seu lado de menor dimetro [turbina de alta presso],
onde convenientemente direcionado, por uma primeira coroa de ps fixas, para ir de
encontro primeira roda de ps mveis. O vapor tem que ser direcionado de tal modo
que o contacto com as ps mveis se d tangencialmente sua superfcie, i.e., sem
choques. A, expande-se e parte da sua entalpia transformada em energia mecnica,
resultando numa diminuio de presso. O nome destas turbinas deve-se reao [i.e.,
fora] produzida pela acelerao do vapor atravs destas ps. Dirige-se, depois, para
uma segunda coroa de ps fixas onde torna a ser re-direcionado de encontro a uma
segunda coroa de ps mveis e assim sucessivamente, sempre incidindo
tangencialmente em todas as ps, expandindo-se por diversos andares de presso.
Analogamente s turbinas de aco, as rodas de ps mveis e tambm as coroas de ps
fixas aumentam gradualmente de dimetro em cada andar de presso e tambm aqui o
vapor circula em circuito fechado, sendo, portanto, reutilizado em novos ciclos.
Devido ao seu funcionamento, e ao contrrio do que sucede nas turbinas de ao, existe
um impulso axial bastante considervel que obriga ao emprego de chumaceiras de
impulso para suportar o rotor.
Turbinas mistas (de ao e reao) A parte inicial da turbina construda para ao (alta presso) e a outra parte como
turbina de reao.
Turbina vapor Curtis (1905).
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Moderna turbina vapor de uma usina termoeltrica.
Classificao das turbinas de vapor. Conforme a trajetria da partcula
Turbinas axiais: o vapor flui axialmente de boquilhas dispostas radialmente em torno do
rotor.
Turbinas radiais: o vapor se dirige de dentro para fora radialmente, atravs de canais
formados por palhetas mveis dispostas axialmente.
Turbinas tangenciais: o vapor conduzido tangencialmente ao rotor. O escoamento no
roto r uma composio de escoamento axial e radial.
rgos de uma turbina
Expansor constitudo de uma ou mais boquilhas fixas, ou de diretrizes fixas dispostas
na periferia do rotor, no qual a energia de presso de vapor se transforma em energia
cintica. Rotor dotado de palhetas na periferia, sobre as quais incide o jato de vapor.
fabricado forjado, opera a 250m/s e uma temperatura de 441C. A vibrao mxima
permitida de 0.25 mil. Demonstra-se que o maior valor da potncia absorvida pela
turbina ocorre quando a velocidade perifrica for, aproximadamente, igual metade da
velocidade absoluta de entrada (do vapor). Esta condio conduziria a valores
inadmissveis para a velocidade perifrica, ou para o nmero de rotaes, ou ainda para
o dimetro da roda, que seria muito grande. Para resolver o problema, ao invs de se
usar o nico conjunto de ps no roto r, faz-se uma expanso escalonada.
As turbinas tambm podem ser classificadas em:
Turbinas de presso: nelas, o jato de vapor adquire uma escassa velocidade relativa,
de modo que o atrito com as palhetas reduzido.
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Turbinas de escalonamento de velocidade: a velocidade relativa maior, aumentando
assim as perdas. Pode-se numa mesma turbina utilizar escalonamentos de presso e de
velocidade.
Arranjo
Para turbinas pequenas e baratas, usa-se o sistema de escalonamento de velocidades.
tambm utilizado na parte de alta presso das grandes turbinas e nas de contrapresso,
cujo vapor de escapamento empregado para outros usos. Os escalonamentos de
presso permitem alcanar melhores rendimentos, por isso so usados nas grandes
turbinas, especialmente para a parte de baixa presso e para turbinas de vapor de escape,
alimentada por vapor procedente de outras mquinas. Nas turbinas de ao, usa-se tanto
o escalonamento de velocidade quanto o de presso. Nas turbinas de reao, s
possvel o escalonamento de presso, mas pode-se combinar, em uma mesma turbina,
uma parte inicial da ao, com escalonamento de velocidade, com uma parte de reao,
com escalonamento de presso.
Conforme o nmero de ps
Turbinas de admisso total: quando o vapor enche por completo toda coroa de ps.
Turbinas de admisso parcial: quando o vapor incide inicialmente somente sobre uma
parte da coroa.
Conforme as condies do vapor de escape da turbina
Turbina de escape livre: se o vapor sai diretamente para a atmosfera.
Turbina de condensao: se o vapor vai a um condensador.
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Turbinas de contrapresso: quando o vapor de escape conduzido a dispositivos
especiais para sua ulterior utilizao, como, por exemplo, na calefao. Nessas turbinas
a presso do vapor de escape sensivelmente superior atmosfrica.
Turbinas combinadas: quando uma parte do vapor subtrada da mquina antes de sua
total utilizao e conduzida a outros dispositivos.
Manuteno de turbinas a vapor
Diria.
1.Verificar nveis de leo.
2.Verificar temperatura dos mancais e do leo que os lubrifica.
3. Verificar o nmero de rpm da turbina.
4. Verificar se o rotor gira suavemente; investigar sbitas mudanas nas condies de
operao.
5. Se a turbina deve ser desligada diariamente, testar a vlvula de admisso.
Semanal.
Manobrar a vlvula de admisso para prevenir contra "coragem" devido a depsitos
pegajosos e de corroso.
Mensal.
1. Retirar amostras de leo e repor com leo novo, se necessrio.
2. Examinar os barramentos do sistema de regularizao do movimento. Substituir
peas desgastadas.
3. Checar a operao com velocidade acima da normal (caso a mquina acionada pela
turbina o permita).
Anual.
1. Verificar todas as folgas e ajustagens.
2. Remover e limpar a tela retentora de impurezas do leo. Se a tela sUjar rapidamente,
limpar de seis em seis meses.
3. Inspecionar a vlvula do regulador de velocidade. Substituir a haste ou a sede do
regulador, se necessrio.
4. Inspecionar e limpar a vlvula de admisso.
5. Desmontar, limpar e inspecionar os elementos da cadeia cinemtica do regulador de
velocidade.
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6. Examinar os mancais, verificar o desgaste e substituir os elementos desajustados.
7. Inspecionar e limpar os reservatrios de leo e cmaras de resfriamento de leo.
8. Suspender a parte superior da caixa e examinar o rotor, discos e lminas.
9. Inspecionar os anis de vedao e substituir os desgastados.
10. Remover o rotor da caixa e examinar as ps e boquilhas.
11. Verificar as condies da vlvula de segurana.
12. Colocar a turbina em operao e ajustar a vlvula.
3.4.2-Turbinas a gs
O termo turbina a gs mais comumente empregado em referncia a um conjunto de
trs equipamentos: compressor, cmara de combusto e turbina propriamente dita. Esta
configurao forma um ciclo termodinmico a gs, cujo modelo ideal denomina-se
Ciclo Brayton, concebido por George Brayton em 1870. Este conjunto opera em um
ciclo aberto, ou seja, o fluido de trabalho (ar) admitido na presso atmosfrica e os
gases de escape, aps passarem pela turbina, so descarregados de volta na atmosfera
sem que retornem admisso. A denominao turbina a gs pode ser erroneamente
associada ao combustvel utilizado. A palavra gs no se refere queima de gases
combustveis, mas, sim ao fluido de trabalho da turbina, que neste caso a mistura de
gases resultante da combusto. O combustvel em si pode ser gasoso, como gs natural,
gs liquefeito de petrleo (GLP), gs de sntese ou lquido, como querosene, leo diesel
e at mesmo leos mais pesados.
Turbogeradores
Turbinas a gs dedicadas gerao de energia eltrica so divididas em duas principais
categorias, no que se refere concepo. So elas as pesadas (Heavy-duty),
desenvolvidas especificamente para a gerao de energia eltrica ou propulso naval e
as aeroderivativas, desenvolvidas a partir de projetos anteriores dedicados a aplicaes
aeronuticas.
Com a exceo das micro-turbinas (dedicadas gerao descentralizada de energia
eltrica) o compressor utilizado geralmente trabalha com fluxo axial, tipicamente com
17 ou 18 estgios de compresso. Cada estgio do compressor formado por uma fileira
de palhetas rotativas que impem movimento ao fluxo de ar (energia cintica) e uma
fileira de palhetas estticas, que utiliza a energia cintica para compresso. O ar sai do
compressor a uma temperatura que pode variar entre 300C e 450C. Cerca de metade
da potncia produzida pela turbina de potncia utilizada no acionamento do
compressor e o restante a potncia lquida gerada que movimenta um gerador eltrico.
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Saindo da cmara de combusto, os gases tm temperatura de at 1250C. Aps passar
pela turbina, os gases so liberados ainda com significante disponibilidade energtica,
tipicamente a temperaturas entre 500 e 650 celsius. Considerando isso, as termeltrica
mais eficientes e de maior porte aproveitam este potencial atravs de um segundo ciclo
termodinmico, a vapor (ou Ciclo Rankine). Estes ciclos juntos formam um ciclo
combinado, de eficincia trmica freqentemente superior a 60%, ciclos simples a gs
tm tipicamente 35%. Turbinas projetadas para operar em ciclo simples, tendo em vista
a eficincia trmica do ciclo, tm temperatura de sada de gases reduzida ao mximo e
tm otimizada taxa de compresso. A taxa de compresso a relao entre a presso do
ar entrada e sada do compressor. Por exemplo, se o ar entra a 1 atm, e deixa o
compressor a 15 atm, a taxa de compresso de 1:15. Turbinas a gs especficas para
operar em ciclo combinado, so desenvolvidas de modo a maximizar a eficincia
trmica do ciclo como um todo. Desta forma, a reduo da temperatura dos gases de
escape no necessariamente o ponto mais crtico, em termos de eficincia, uma vez
que os gases de sada da turbina ainda so utilizados para gerar potncia.
Turbina a gs GE srie H, para gerao eltrica, de potncia de 480 MW em ciclo
combinado.
3.4.3-Turbinas Hidrulicas
As turbinas hidrulicas so projetadas para transformar a energia hidrulica (a energia
de presso e a energia cintica) de um fluxo de gua, em energia mecnica. Atualmente
so mais encontradas em usinas hidreltricas, onde so acopladas a um gerador eltrico,
o qual conectado rede de energia. Contudo tambm podem ser usadas para gerao
de energia em pequena escala, para as comunidades isoladas.
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Princpios
As turbinas hidrulicas dividem-se diversos tipos, sendo quatro tipos principais: Pelton,
Francis, Kaplan, Bulbo. Cada um destes tipos adaptado para funcionar em usinas com
uma determinada faixa de altura de queda e vazo. As vazes volumtricas podem ser
igualmente grandes em qualquer uma delas mas a potncia ser proporcional ao produto
da queda (H) e da vazo volumtrica (Q). Em todos os tipos h alguns princpios de
funcionamento comuns. A gua entra pela tomada de gua montante da usina
hidreltrica (Central Hirdoelctrica em Portugal) que est num nvel mais elevado e
levada atravs de um conduto forado at a entrada da turbina. Ento a gua passa por
um sistema de palhetas guias mveis que controlam a vazo volumtrica fornecida
turbina. Para se aumentar a potncia as palhetas se abrem, para diminuir a potncia elas
se fecham. Aps passar por este mecanismo a gua chega ao rotor da turbina. Nas
turbinas Pelton no h um sistema de palhetas mveis e sim um bocal com uma agulha
mvel, semelhante a uma vlvula. O controle da vazo feito por este dispositivo. Por
transferncia de quantidade de movimento parte da energia potencial dela transferida
para o rotor na forma de torque e velocidade de rotao. Devido a isto a gua na sada
da turbina estar a uma presso bem menor do que a inicial. Aps passar pelo rotor, um
duto chamado tubo de suco conduz a gua at a parte de jusante da casa de fora (no
nvel mais baixo). As turbinas Pelton tm um princpio um pouco diferente (impulso)
pois a presso primeiro transformada em energia cintica, em um bocal, onde o fluxo
de gua acelerado at uma alta velocidade e em seguida choca-se com as ps da
turbina imprimindo-lhe rotao e torque. As turbinas hidrulicas podem ser montadas
com o eixo no sentido vertical ou horizontal. Os esforos oriundos do peso prprio e da
operao da mquina so suportado axialmente por mancais de escora e contra-escora e
radialmente por mancais de guia, sendo que o arranjo e quantidade de mancais podem
variar em cada projeto.Normalmente, devido ao seu alto custo e necessidade de ser
instalada em locais especficos, as turbinas hidrulicas so usadas apenas para gerar
eletricidade. Por esta razo a velocidade de rotao fixada num valor constante.
A potncia de uma turbina pode ser calculada pela seguinte expresso: P = QHg.
O ndice a eficincia total da turbina. A eficincia a frao da energia total da fonte
de energia primria (no caso a gua) que convertida em energia til (no caso potncia
de eixo). As principais causas da "perda" de energia nas turbinas so:
perdas hidrulicas: a gua tem que deixar a turbina com alguma velocidade, e esta quantidade de energia cintica no pode ser aproveitada pela turbina.
perdas mecnicas: so originadas por atrito nas partes mveis da turbina e calor perdido pelo aquecimento dos mancais.
Tipicamente turbinas modernas tm uma eficincia entre 85% e 95%, que varia
conforme a vazo de gua e a queda lquida.
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Projeto
O projeto de uma turbina hidrulica especfico para cada usina hidreltrica. Isto se
deve ao fato de que a seleo de uma turbina hidrulica baseada na queda e vazo
disponveis no local onde a turbina ser instalada, o que resultar em mquinas com
rotaes, dimetros e potncias diferentes, resultando em projetos quase que exclusivos
para cada Usina.
Partes principais de uma turbina hidrulica
Uma turbina constituda basicamente por seis partes: caixa espiral, pr-distribuidor,
distribuidor, rotor, eixo e tubo de suco.
Caixa espiral
uma tubulao de forma toroidal que envolve a regio do rotor. Esta parte fica
integrada estrutura civil da usina, no sendo possvel ser removida ou modificada. O
objetivo distribuir a gua igualmente na entrada da turbina. fabricada com chapas de
ao carbono soldadas em segmentos. A caixa espiral conecta-se ao conduto forado na
seco de entrada, e ao pr-distribuidor na seco de sada.
Pr distribuidor
A finalidade do pr-distribuidor direcionar a gua para a entrada do distribuidor.
composta de dois anis superiores, entre os quais so montados um conjunto de palhetas
fixas, com perfil hidrodinmico de baixo arrasto, otimizando sua influncia na perda de
carga e turbulncia no escoamento. uma parte sem movimento, soldada caixa espiral
e fabricada com chapas ou placas de ao carbono.
Distribuidor
O distribuidor composto de uma srie palhetas mveis, acionadas por um mecanismo
hidrulico montado na tampa da turbina (sem contato com a gua). Todas as palhetas
tem o seu movimento conjugado, isto , todas se movem ao mesmo tempo e de maneira
igual. O acionamento feito por um ou dois pistes hidrulicos que operam numa faixa
de presso de 20 bar nas mais antigas, at 140 bar nos modelos mais novos. Estes
pistes hidrulicos controlam o anel de regulao, ao qual esto acopladas as palhetas
diretrizes. H casos em que no h anel de regulao para sincronizar o movimento de
abertura e fechamento das palhetas. Neste caso, so utilizados diversos servomotores,
sendo cada um designado a movimentar uma nica palheta diretriz. O distribuidor
controla a potncia da turbina pois regula vazo da gua. um sistema que pode ser
operado manualmente ou em modo automtico, tornando o controle da turbina
praticamente isento de interferncia do operador.
Rotor e eixo
O rotor da turbina onde ocorre a converso da potncia hidrulica em potncia
mecnica no eixo da turbina. Quando o eixo bilateral ocorre uma conversso de
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potencia eltrica, eixo faz a locomoo dos pistes e quando isso ocorre h uma
descarga eletrica que faz o seguimento agir.
Tubo de suco
Duto de sada da gua, geralmente com dimetro final maior que o inicial, desacelera o
fluxo da gua aps esta ter passado pela turbina, devolvendo-a ao rio parte jusante da
casa de fora.
Classificao de turbinas hidrulicas
Escoamento na roda Designao corrente
Turbina de aco (ou de impulso) Turbina Pelton e Turbina Michell-Banki-
Ossberger
Turbina de
reaco
helico-centrpeta (ou
radiais-axiais) Turbina Francis
mista (ou diagonal) Turbina Mista e Turbina Driaz
axial Turbina Hlice, Turbina Kaplan, Turbina
bolbo e Turbinas Straflo
Pelton
Nestas, o distribuidor um bocal, proporcionando um jato cilndrico sobre a p do
receptor, o que conseguido por meio de uma agulha. O receptor possui ps com
formato de conchas especiais, dispostas na periferia de um disco que gira, preso a um
eixo. Estas turbinas podem ser de um, dois, quatro e at seis jatos. Possuem tambm um
defletor de jato, que intercepta o jato, desviando os das ps quando ocorre uma
diminuio violenta na potncia demandada pela rede de energia. Ver as figuras abaixo:
Turbinas Pelton
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Francis
O receptor fica internamente ao distribuidor, de modo que a gua ao atravessar o rotor
da turbina aproxima-se constantemente do eixo. So rigorosamente centrpetas, e
permitem o uso de um tubo para conduzir a gua, aps sair do receptor, at um poo,
chamado de tubo de suco, de aspirao, difusor ou recuperador. A funo do tubo de
suco manter a continuidade da massa lquida em escoamento, impedindo que caia
livremente do receptor. Conseguindo desse modo, um aumento da queda hidrulica e,
pela transformao da energia cintica que possui a gua ao sair do receptor em energia
de presso, um aumento na potncia da turbina.
Turbina Francis de 100 hp (a azul)
Turbinas Hlices
So utilizadas para velocidades considerveis em baixas quedas e grandes descargas. O
receptor possui um formato de hlice de propulso. A distncia entre as ps do
distribuidor e as do receptor bem maior em relao a tipo Francis.
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Turbinas Driaz
Ou turbinas diagonais, devido forma inclinada de suas ps. Nestas turbinas, as ps do
receptor so articuladas e podem variar o ngulo de inclinao. Esta variao as torna
adequadas a amplas variaes de descarga numa faixa de bom rendimento. So usadas
tambm em instalaes de Centrais de Acumulao, onde funcionam ora como turbina,
ora como bomba. Conservam o rendimento numa larga amplitude de variao de
potncia, podendo trabalhar quedas acima de 200m.
Kaplan
So turbinas axiais a hlice de ps orientveis. Podem ter diferentes nmeros de ps.
Servem para quedas pequenas e mdias e grandes descargas. Permite variar o ngulo de
inclinao das ps conforme a descarga, sem variao aprecivel do rendimento.
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Bulbo
Basicamente trata-se de uma unidade geradora composta de uma turbina Kaplan e um
gerador envolto por uma cpsula. A cpsula por sua vez fica imersa no fluxo d'gua
(imerso na gua), isto acarreta em um equipamento que exige uma vedao mais precisa
o que impacta em um espao menor para acesso de manuteno.
Operam em quedas abaixo de 20 m. Foram inventadas na dcada de 30. As primeiras
foram construdas pela empresa Escher Wyss em 1936.
Possui a turbina similar a uma turbina Kaplan horizontal, porm devido a baixa queda, o
gerador hidrulico encontra-se em um bulbo por onde a gua flui ao seu redor antes de
chegar as ps da Turbina.
A maior unidade tipo Bulbo construda encontra-se no Japo, na usina de Tadami que
possui 65,8 MW de potncia, queda de 19,8m e rotor com dimetro de 6,70 metros.
No Brasil existe o planejamento da construo das Usinas de Santo Antnio e Jirau,
constando no projeto de cada usina a instalao de 44 turbinas do tipo Bulbo com
potncia unitria igual a 73 MW e 75 MW, respectivamente. As turbinas a serem
instaladas nestas usinas passaro a ser as maiores turbinas bulbo do mundo.
3.4.4-Turbinas Aeronuticas
Turbinas aeronuticas tm o objetivo de gerar empuxo suficiente para acelerar um avio
a uma velocidade suficiente que a fora de levantamento sobre as asas, iguale ou supere
o peso dele. A trao tem a finalidade fundamental de vencer a resistncia aerodinmica
que atua sobre o avio. Ela obtida graas terceira lei de Newton: para cada ao cabe
uma reao igual e contrria.
Princpio de Operao
Descrio do funcionamento de uma turbina Turbofan.
admisso:azul, compresso:rosa, combusto:amarelo, escape:vermelho
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O ar que entra na turbina "acelerado" por meio de uma reao qumica, por meio de
uma mistura entre o combustvel e oxignio, injetada na cmara, e uma ignio. Dessa
forma, o ar sai a uma velocidade maior, gerando uma fora que "empurra" o avio.
Como a boca de sada da turbina menor do que a boca de absoro do ar, com a
exploso criada na mistura pela ignio, gerada uma presso. Essa presso o que
ocasiona a fora, que diretamente proporcional vazo mssica de ar acelerado, e a
diferena de velocidade dele entre a entrada e a sada da turbina.
As turbinas aeronuticas tomam emprestado o termo turbina, embora ele no seja o
mais apropriado. De fato, dentro de um motor aeronutico, existe um ciclo Brayton
completo, o que inclui um compressor, uma cmara de combusto e uma turbina
propriamente dita. Aps a turbina ainda pode haver um ps-queimador e um bocal
convergente, ou convergente-divergente.
O ar admitido na turbina passa pelo compressor no qual sofre um aumento de
temperatura e presso. Este ar comprimido admitido numa cmara de combusto, na
qual, sua temperatura aumenta rapidamente num processo isobrico. Na sada da cmara
de combusto, os gases quentes e a grande presso so direcionados para uma turbina,
normalmente de mltiplos estgios e ligada ao compressor por um eixo. Nela parte da
energia dos gases extrada para mover o compressor. Contudo os gases ainda saem
com grande temperatura e velocidade de modo a impulsionar o avio.
Tipos de Turbinas Aeronuticas
As turbinas costumam ser classificadas em 4 tipos distintos:
1. Turbohlice: Tem todas as partes citadas menos o bocal. Neste caso a turbina no tem a finalidade
apenas de gerar potncia para mover o compressor, mas tambm, de fornecer a potncia
para o propulsor (ou hlices).
2. Turbojatos: Tem a configurao bsica descrita acima. Atualmente seu uso est sendo reduzido em
favor do turbofan, mais eficiente e silencioso. Nas verses militares comum serem
encontrados modelos com ps-queimadores. O objetivo do ps queimador aumentar a
potncia da turbina em certas situaes mais crticas. O princpio consiste em injetar e
queimar uma quantidade adicional de combustvel no duto de descarga, aps a turbina.
Isto possvel, pois ainda h uma grande quantidade de oxignio nestes gases de
escape. A grande vantagem se aproveitar parte da energia trmica de sada dos gases
para vaporizar e fazer a ignio do combustvel extra. Quando o combustvel
queimado h um aumento ainda maior da temperatura dos gases e com isso ocorre sua
expanso. Uma vez que a rea da seo de sada no aumenta, para que este volume
maior de gases escape precisa acelerar para uma velocidade maior. Com isto gera-se um
empuxo extra. Contudo os ps-queimadores tem pouca eficincia e aumentam muito o
consumo de combustvel. S usado para fornecer uma potncia extra, que por via
normal, s seria obtida com o uso de uma turbina maior. Por esta razo seu acionamento
s se justifica em situaes especiais como decolagens em pistas curtas e manobras de
combate.