MÁQUINAS HIDRÁULICASPROF.: KAIO DUTRA

AULA 1 – INTRODUÇÃO À MAQUINAS DE FLUXO PARTE 2

Máquinas de Fluxo◦Uma máquina de fluxo é um dispositivo que realiza trabalho sobre um fluido ou extrai trabalho (potência) de um fluido. Este é um campo de estudo vasto, de forma que limitaremos nosso estudo aos escoamentos incompressíveis.

◦Dentro dos escoamentos incompressíveis, vamos dar enfoque a máquinas comuns, tais como bombas e turbinas.

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Máquinas de Fluxo◦As máquinas de fluxo podem ser classificadas como:

◦ Deslocamento positivo: transferência de energia ocorre por variação de volume;

◦ Dinâmicas (Turbomáquinas): Direciona o fluido utilizando lâminas ou pás fixas em um elemento rotativo.

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Máq. Para realizar trabalho sobre um fluido◦As máquinas que adicionam energia a um fluido realizando trbalho sobre o fluido são denominadas:◦ Bombas: para líquidos ou pastosos;◦ Ventiladores, sopradores ou compressores: para gases ou vapor,

dependendo do aumento de pressão;◦ Ventiladores: baixo aumento de pressão;◦ Sopradores: moderado aumento de pressão;◦ Compressores: Elevado aumento de pressão;

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Máq. Para realizar trabalho sobre um fluido

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• Principais elementos:• Rotor (impulsor);• Carcaça (alojamento);• Sucção (Admissão);• Descarga (recalque);

Máq. Para realizar trabalho sobre um fluido

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Máq. Para extrair trabalho de um fluido◦As máquinas que extraem trabalho de um fluido são chamadas turbinas.

◦As turbinas podem ser basicamento divididas em:◦ Turbinas hidráulicas;◦ Turbinas à vapor;◦ Turbinas à gas.

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Turbinas Hidráulicas

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Turbinas Hidráulicas

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Turbinas à Vapor

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Turbinas à Gás

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Equação de Euler para Turbomáquinas

Forças de superfície + Forças de campo + Torque=

variação da quantidade de movimento no volume de controle+

Quantidade de movimento na superfície de controle.

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Equação de Euler para Turbomáquinas

◦ Para uma turbomáquina com entrada de trabalho, o toque requerido causa uma variação na quantidade de movimento angular do fluido;

◦ Para uma turbomáquina com saída de trabalho, o torque produzido deve-se a uma variação na quantidade de movimento angular do fluido.

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Equação de Euler para Turbomáquinas

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Torque:

Potência:

Altura de carga:

Diagrama de velocidade◦ As máquinas são

pprojetadas de modo que, na condição de projeto, o fluido mova-se suavemente através das pás.

◦ Na situação idealizada para a velocidade de projeto, o escoamento relativo ao roto é suposto entrar e sair tangente ao perfil da pá.

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Diagrama de velocidade◦ A velocidade absoluta do

absoluta do fluido é a soma vetorial da velocidade do rotor com a velocidade do escoamento relativo da pá.

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Equação de Euler para Turbomáquinas1. Uma bomba centrífuga é utilizada para bombear 150 gpm de água. A água

entra no rotor axialmente através de um orifício de 1,25 in de diâmetro. A velocidade de entrada é axial e uniforme. O diâmetro de saída do rotor é 4 in. O escoamento sai do rotor a 10ft/s em relação às pás, que são radiais na saída. A velocidade do rotor é 3450rpm. Determine a largura de saída do rotor, b2, o torque de entrada, a potência requerida prevista pela equação de Euler.

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Diagrama de velocidade1. Um ventilador de fluxo axial opera a 1200 rpm. O diâmetro da ponta da pá é 1,1m e o

diâmetro eixo é 0,8m. Os ângulos de entrada e saída das pás são 30° e 60°, respectivamente. Pás-guia de entrada dão um ângulo de 30° ao escoamento absoluto entrando no primeiro estágio. O fluido é ar na condição padrão e o escoamento pode ser considerado incompressível. Não há variação na componente axial da velocidade através do eixo. Admita que o escoamento relativo entra e sai do rotor nos ângulos geométricos da pá e use as propriedades do raio médio da pá para os calculos. Para estas condições idealizadas, desenhe o diagrama de velocidade de entrada, determine a vazão em volume do ventilador, desenhe o diagrama de velocidade de saída e calcule a potência e o torque mínimo neccessários para acionar o ventilador.

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a) Diagrama de velocidade de entrada e saída

b) Vazão em volumec) Torque no rotord) Potência requerida

Proposta de Trabalho1. Uma bomba centrífuga, girando a 3500 rpm, bombeia água a uma taxa de 0,01 m³/s. A

água entra axialmente, e deixa o rotor a 5m/s relativo às pás, que são radiais na saída. Se a bomba requer 5KW e tem eficiência de 0,67%, estime as dimensões básicas (diâmetro e largura de saída do rotor). Estime a altura de carga e a potência de entrada ideais se o ângulo de saída da pá estiver na faixa de 10° a 180°, plote um gráfico para representar seus resultados.

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