Cesareo de La Rosa Siqueira, Dr. EngBusiness ManagerMechanical Industries

Turbinas, Bombas, Compressores eVentiladoresReferências:

•“Turbinas Hidráulicas” – Pedro Fernandes Diez – Universidad de Cantabria”• Apostila Prof. Alex. N. Brasil – UNB•“Bombas e Instalações Hidráulicas”- Sérgio Lopes dos Santos – LCTE Editora

Elementos Construtivos

• Rotor (Impeller or Runner)• Sistema diretor (Stationery Guiding Case)

• Voluta (Volute)• Caracol

Rotor

Energia Mecânica em Energia de Fluido

Energia de Fluido em Energia Mecânica

Máquinas de Fluxo Radiais

O escoamento do fluido ao redor do rotor percorre umatrajetória predominantemente radial, perpendicular ao eixo dorotor.

TurbinaFrancis

Ventilador Centrifugo

Máquinas de Fluxo Axiais

O escoamento do fluido ao redor do rotor acontece numadireção paralela (axial) ao eixo do rotor

Secador decabelos ARIMEXGamma Italy

Bombas

Transforma parte da energia de velocidade do líquidoque é expelido pelo rotor em energia de pressão.

• Bomba Anauger

Turbinas

transformar a energia potencialcontida no fluido em movimentoem energia cinética antes dorotor

Turbina PELTON

um injetor(nozzle) quetransforma aenergia de pressãodo fluido emenergia develocidade queserá fornecida aorotor através dejatosconvenientementeorientados.

Turbina Kaplan Turbina Francis

Turbina Pelton

Turbinas a Gás/Vapor

Turbinas Éolicas

A) Segundo a direção da conversão de energia;B) Segundo a forma dos canais entre as pás do rotor;C) Segundo a trajetória do fluido no rotor.

A) Segundo a direção da conversão de energia;

• Máquina de fluxo operatriz (MFO), também denominada geradora(“bombas”)– A energia do fluido diminui na sua passagem pela máquina;– Recebem trabalho mecânico e o transformam em energia de fluido (hidráulica).

(Realizam trabalho sobre o fluido).– Bombas centrífugas, ventiladores, sopradores, compressores centrífugos.

• Máquina de fluxo motriz (MFM), também denominada motora(“turbinas”).– A energia do fluido aumenta na sua passagem pela máquina;– Transformam energia de fluido em trabalho mecânico. Extraem energia do fluido

(Fluido realiza trabalho sobre a máquina).– Turbinas hidráulicas, turbinas a vapor, turbinas a gás, turbinas eólicas.

Classificação das máquinas de fluxo - 1

B) Segundo a forma de canais entre as pás do rotor;

• Máquinas de Fluxo de Ação: canais do rotor desviam fluxo, sem interferênciana pressão do fluido que passa através do rotor

Classificação das máquinas de fluxo - 2

• Máquinas de Fluxo de Reação: os canais das pás tem a forma de injetores(turbinas- redução da pressão no fluido) e difusores (bombas/ventiladores-aumento de pressão do fluido através do rotor)

C) Segundo a trajetória do fluido no rotor.

• Radiais• Axiais• Diagonais ou Mistas• Tangenciais

Radiais

Axiais

Diagonais ou MistasPelton

DIAGRAMA DE VELOCIDADES

• Informações sobre vazão, variação de pressão, torque epotência:

Análise de volume de controle finito;

• Informações sobre ângulos de pás ou perfis de velocidade: Elementos de pás individuais, usando-se um volume de

controle infinitesimal

ANÁLISE DE TURBOMÁQUINAS

MOMENTO DA QUANTIDADE DE MOVIMENTO - 1

• Se o torque que o eixo aplica no rotor e a rotação do rotor temmesmo sentido:• A energia é transferida do eixo para o rotor e do rotor para o fluido• Então a máquina é uma bomba

• Se o torque que o eixo aplica no rotor e a rotação do rotor temsentido opostos:• A energia é transferida do fluido para o rotor• Então a máquina é uma turbina

MOMENTO DA QUANTIDADE DE MOVIMENTO - 2

EQUAÇÃO DE EULER PARA TURBOMÁQUINAS - 1

dAVVrT

dAVVrFr

SCeixo

SC

Somatória dos torquesexternos que atuam no

volume de controle

Fluxo liquido do Momento daQuantidade de Movimento através

da superfície de controle

EQUAÇÃO DE EULER PARA TURBOMÁQUINAS - 2

[m/s];rotordosaídana,pádae velocidadasobre vetordoprojeção

[m/s];rotordoentradana,pádae velocidadasobre vetordoprojeção

[m/s];rotordosaídanasituadopontoumdel tangenciavelocidade[m/s];rotordoentradanasituadopontoumdel tangenciavelocidade

[m];rotordosaídana, vetordomódulo[m];rotordoentradana, vetordomódulo

222

111

2

1

22

11

uVV

uVV

uu

rrrr

dAVm

t

t

EQUAÇÃO DE EULER PARA TURBOMÁQUINAS - 3

dAVVrT

dAVVrFr

SCeixo

SC

Integrando o lado direito,considerando escoamento

uniforme:

Resulta, na forma escalar:

Torque aplicado ao volume de controle- : fluxo de massa para dentro do volume de

controle VC)+: fluxo de massa para fora do volume de

controle VC)

Teixo > 0

EQUAÇÃO DE EULER PARA TURBOMÁQUINAS - 4

BOMBAS, VENTILADORES,SOPRADORES, COMPRESSORES

Teixo < 0TURBINAS

Trabalho realizado sobre o rotor da turbomaquina

Equação de EULER paraTurbomáquinas

Bomba

Turbina0

0

m

m

W

W

EQUAÇÃO DE EULER PARA TURBOMÁQUINAS - 5

se- tem,queSabendo ru

se- tem,porexpressãoa todase-Dividindo mg

DIAGRAMAS DE VELOCIDADES PARA TURBOMÁQUINAS -1

DIAGRAMAS DE VELOCIDADES PARA TURBOMÁQUINAS -2

ÁREAS DE PASSAGEM