Disciplina:Sistemas Fluidomecânicos

Introdução

Introdução

• No início, o ser humano carregava água por meio de baldes e conchas.

• Com o avanço da civilização, a tarefa de transportar água começou a ser mecanizada.

2000 ACEgípcios inventam a “shadoof” (cegonha).

700 AC: Evidências arqueológicas indicam que a bomba de parafuso foi empregada por Senaquerib, Rei da Assíria, para a irrigação dos Jardins Suspensos da Babilônia.

Em 200 DC Arquimedes descreve e divulga a bomba de parafuso. Devido a isto, até hoje, no ocidente, este artefato é conhecido como parafuso de Arquimedes.

Parafuso de Arquimedes

Bomba alternativa duplex, de Ctesibius, no Museo Arqueológico Nacional de Madrid, descoberta na antiga mina romana de cobre de Sotiel-Coronada (Calañas, Andaluzia, Espanha).

200 DC: Ctesibius inventa a bomba alternativa

Nora é um engenho ou aparelho para tirar água de poços ou cisternas. É constituído por uma roda com pequenos reservatórios. Este exemplar funciona ainda hoje na Andaluzia, Espanha, onde o conceito foi trazido pelos árabes após o ano de 711.

? DC: Dispositivos rotatórios para elevação da água

900 (?): Construção, na Pérsia, dos primeiros moinhos de vento de uso prático, efetivamente capazes de utilizar energia eólica para moer grãos ou bombear água.

Moinhos de vento em Consuegra, Espanha.

1206: No “Livro do Conhecimento de Dispositivos Mecânicos Engenhosos”, Ismail al-Jazari apresenta diversos tipos de bombas hidráulicas de sua invenção, e também descreve ou aperfeiçoa modelos já existentes. Artefatos similares aos de sua criação bombearam água para Damasco do ano 1300 até recentemente.

1580: A bomba de palhetas é inventadapelo engenheiro italiano Agostino Ramelli.

1640: O engenheiro militar francês Nicolas Grollier de Servière inventa a bomba de engrenagens.

1650: Otto von Guericke, cientista e prefeito de Magdeburg, Saxony-Anhalt, Alemanha, inventa a bomba de vácuo a pistão.

Máquinas de fluxo estão no seu dia-a-dia:

Secadores de cabelo

Ventiladores

Bomba de óleo automotiva

E muito mais: máquinas de água pressurizada, bombas centrífugas para elevar a pressão da água doméstica, circuladores de ar, etc.

• O foco desta disciplina é introduzir os conceitos necessários para analisar, projetar e aplicar máquinas de fluxo.

• Restrição: escoamentos incompressíveis.

• Ênfase: dispositivos absorvedores ou consumidores de energia (bombas, turbinas e ventiladores), nos quais a energia é transferida por meio de elemento rotativo.

• Atenção: trata-se de assunto de grande importância para sua atuação profissional. Cerca de 5% de toda energia elétrica nos EUA é consumida por bombas centrífugas.

Classificação das Máquinas de Fluxo• Podem ser classificadas como

1. Máquinas de deslocamento positivo

– A transferência de energia é feita por meio de variação do volume (movimento da fronteira na qual o fluido está confinado).

2. Máquinas dinâmicas ou Turbomáquinas

– Fluxo é direcionado por pás ou lâminas rotativas, não há volume confinado. Foco da disciplina.

Classificação de Turbomáquinas

• Conforme geometria do percurso do fluido:

1. Máquinas de fluxo radial.

2. Máquinas de fluxo axial.

3. Máquinas de fluxo misto.

Máquinas de Fluxo Radial

• Denominadas também de centrífugas.

• Trajetória do fluido é essencialmente radial, com mudanças significativas no raio, da entrada para a saída.

Máquinas de Fluxo Axial

• A trajetória do fluido é aproximadamente paralela à linha de centro da máquina, e o raio de percurso não varia significativamente.

Máquina de Fluxo Misto

• Raio de trajetória do fluxo varia moderadamente.

estágio estágio

Pás do rotor

Pás do estator

cubo Eixo do rotor Eixo do rotor

Impulsor

Estágio de compressor de fluxo axial Estágio de compressor de fluxo misto

Pás do estator

• Raio de trajetória do fluxo varia moderadamente.

estágio estágio

Pás do rotor

Pás do estator

cubo Eixo do rotor Eixo do rotor

Pás do estator

Impulsor

Estágio de compressor de fluxo axial: o raio da trajetória é constante

Estágio de compressor de fluxo misto: raio varia

Raio “infinito” Raio “infinito”

Raio “infinito”

Raio decrescente

Classificação de Turbomáquinas

• Conforme fluido do escoamento:

1. Bombas: fluido líquido ou pastoso.

2. Ventiladores, sopradores ou compressores: fluido é gás ou vapor.

a. Ventiladores: pequena variação de pressão (até 1 pol. H2O, ou 249,09 Pa, ou 0,00246 atm).

b. Sopradores: aumento moderado de pressão (até 1 pol. Hg, ou 3386,4 Pa, ou 0,03342 atm).

c. Compressores: elevado aumento de pressão (até 10.000 atm).

Classificação de Turbomáquinas

• Conforme número de estágios:

• O aumento de pressão que pode ser obtido através de um único estágio é limitado. Estágios podem ser acrescentados para contornar esta restrição.

1. Simples estágio

2. Múltiplo estágio

Turbinas

• Máquinas que extraem energia do movimento de um fluido. Podem ser simples moinhos de vento a complexas turbinas a vapor de múltiplos estágios.

• O conjunto de pás, lâminas ou conchas fixado ao eixo da turbina é chamado de rotor.

• Turbinas hidráulicas: fluido é água, escoamento incompressível.

• Turbinas a gás ou a vapor: massa específica varia consideravelmente.

Turbinas Hidráulicas

• As chamadas turbinas hidráulicas “típicas” são:

1. Turbinas de impulsão (roda Pelton)

2. Turbinas de reação (tipo Francis)

3. Turbinas de hélice (tipo Kaplan)

Turbina Pelton ou de Impulsão

• Rotor da turbina:

Turbina Francis ou de Reação

• Rotor da turbina:

Pás diretrizes estacionárias Pás de rotor

Carcaça

Tubo de extraçãoTubo de

descarga

Turbina Kaplan ou de Hélice

Pás diretrizes

Pás diretrizes

Pás do rotor

Bibliografia

Robert W. Fox, Alan T. McDonald

Introdução à Mecânica dos Fluidos. Rio de Janeiro RJ, 4ª.Ed.; Editora Afijada.

ISBN-10: 8521610785

ISBN-13: 978-8521610786