turbinas a vapor

Turbinas a Vapor

Fábio Leandro

Fernando de Farias

Henrique Ribeiro

Prof: Paulo Lagos

Máquinas Térmicas - 2º. Semestre 2015

Por volta de 150 A.C.

Hero, da Alexandra, definiu a

famosa “aeolipile”. Utilizou a

transformação de energia

térmica em energia mecânica

de rotação, devido a força do

vapor que agiu sobre as pás

rotativas.

Aeolipile


Fonte: https://en.wikipedia.org/wiki/Aeolipile

Charles Algernon Parsons,

Inglês, licenciado em Matemática e

formado em Engenharia Mecânica,

inventor da primeira turbina a vapor

moderna em 1884, cujo o modelo foi

ligado à um dínamo que gerava 7,5 kW

de eletricidade.


Esta turbina tornou mais barata a eletricidade para o

transporte marítimo, revolucionando-o.

Após esse modelo, uma série de outras variações de

turbinas foram desenvolvidas para trabalhar eficazmente

com o vapor.

Em 1890, Gustaf de Laval criou um tubo para

acelerar o vapor a uma velocidade máxima antes de lançá-

lo contra uma lâmina da turbina, esta ficou conhecida como

a turbina de Laval.

A partir disto, o impulso da turbina se tornou mais

simples, com menos custos e não precisava ser à prova de

pressão.


É uma substância na fase de gás com uma

temperatura inferior a sua temperatura crítica. Isto

significa que o vapor pode ser condensado para um

líquido e para um sólido pelo aumento de sua pressão.


Fonte: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/diagrama-fases.htm

É um equipamento que aproveita a energia

calorífica do vapor (Energia Potencial), que é transformada

em Energia Cinética devido a sua expansão através dos

bocais. Esta energia será transformada em Energia

Mecânica de rotação devido a força do vapor agindo sobre

as pás rotativas.

Essa energia mecânica pode ser utilizada para mover

equipamentos e quando acoplado um gerador a turbina a

vapor, se obtém a transformação da energia mecânica

em energia elétrica.



Fonte: os próprios autores.

TURBINA DE RATEAU :

Ao invés da queda total de pressão ocorrer em um

único bocal (ou conjunto de bocais) a queda de pressão é

dividida em duas ou mais fileiras de bocais. Com este

arranjo se obtém um efeito semelhante ao que se teria com

um arranjo de duas ou mais turbinas de Laval em série.

A vantagem consiste em que se pode obter uma

velocidade de palhetas mais adequadas em termos de

resistência de materiais.


Turbina de Rateau


Fonte: http://www.atmosferis.com/tipos-de-turbinas-de-vapor/

TURBINA CURTIS-RATEAU:

O desenvolvimento desta turbina partiu do princípio

de se conseguir velocidade de pás ideais (maiores

rendimentos) utilizando-se uma combinação de estágios

Curtis (escalonamento de velocidade) e estágios Rateau

(escalonamento de pressão).

O emprego do estágio Curtis ocasiona grande perda

de pressão e de temperatura do vapor permitindo o uso de

materiais mais leves e baratos nos estágios Rateau, assim

como turbinas curtas.


Turbina Curtis-Rateau


Fonte: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAO8sAK/turbinas-a-vapor

TURBINA PARSONS:

Este tipo de turbina é constituído de múltiplos

estágios de reação, que resulta em quedas parciais de

pressão através de sucessivas fileiras de palhetas fixas e

móveis. Com isto a queda de pressão em cada fileira é

pequena resultando em baixas velocidades do vapor em

cada estágio. À medida que o vapor se expande, o seu

volume específico aumenta. Nos estágios de alta pressão

ocorre fuga de vapor através das folgas entre as palhetas

móveis e a carcaça, resultando em perda de eficiência.


Turbinas Parsons


Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Charles_Algernon_Parsons

TURBINA CURTIS-PARSONS:

Neste tipo de turbina usam-se os estágios de ação e

reação de forma escalonada. Primeiro usa-se um estágio

Curtis (por exemplo duas quedas de velocidade) para

reduzir a pressão e temperatura do vapor e logo em

seguida usa-se os estágios de reação.


Turbina Curtis - Parsons


Fonte: http://www.leander-project.homecall.co.uk/turbines.html

Princípio Construtivo


Fonte: http://www.academiadeciencia.org.br/site/2012/06/28/turbina-a-vapor/

A turbina é composta, basicamente de:

• Rotor (roda móvel)

• Estator (roda fixa)

• Bocais

• Palhetas

• Diafragmas


Rotor

É o elemento móvel da turbina (envolvido pelo

estator) cuja função é transformar a energia cinética do

vapor em trabalho mecânico através do receptores fixos.


Rotor


Fonte: http://portuguese.heavysteel-forgings.com/sale-2097635-astm-gb-steam-turbine-rotor-forging.html

Elementos da Turbina

Estator

É o elemento fixo da turbina (que envolve o rotor)

cuja função é transformar a energia potencial (térmica)

do vapor em cinética através dos distribuidores.


Estator


Fonte: http://es.slideshare.net/gocando/turbinas-de-vapor-3159160

Elementos da Turbina

Bocais

A turbina a vapor é alimentada através destes

elementos. Seu trabalho é obter uma distribuição

adequada de vapor.


Bocais


Fonte: http://www.resumosetrabalhos.com.br/turbinas-de-vapor.html

Palhetas

Palhetas móveis são aquelas fixadas ao rotor,

enquanto que palhetas fixas são fixadas no estator. As

palhetas fixas (guias, diretrizes) orientam o vapor para a

coroa de palhetas móveis seguinte. Já as palhetas

móveis tem a finalidade de receber o impacto do

vapor proveniente dos expansores (palhetas fixas) para

movimentação do rotor.



Fonte: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAeoeUAG/analise-causa-basica-falha-palheta

Diafragma

São constituídos por dois semicírculos, que

separam os diversos estágios de uma turbina de ação

multi-estágio juntamente com o anel de palhetas.


Diafragma


Fonte: https://www.sekogroup.com/pt/produzimos/energia/

O elemento básico da turbina é o rotor, que conta

com palhetas, hélices, cubos colocados ao redor de sua

circunferência, de forma que o fluido em movimento produza

uma força tangencial que impulsiona o rotor, fazendo-o girar.

Essa energia mecânica é transferida através de um

eixo para movimentar uma máquina, um compressor, um

gerador elétrico ou uma hélice.


Funcionamento


Fonte: http://www.sofisica.com.br/conteudos/curiosidades/nuclear2.php

A passagem do vapor gera forças, que aplicada às

pás, determinam um momento motor resultante, que faz

girar o rotor.


Fonte: http://fabioferrazdr.files.wordpress.com/2008/08/turbinas-a-vapor.pdf

Nelas predominam a força de impulsão e os

estágios podem ser de dois tipo: estágio de pressão,

conhecido como Rateau e estágio de velocidade,

conhecido com Curtis.


Fonte: http://ec2-107-21-65-169.compute-1.amazonaws.com/content/ABAAAAO8sAK/turbinas-a-vapor

Em um estágio de ação toda a transformação de

energia do vapor em energia cinética ocorrerá nos

expansores, em conseqüência haverá uma queda na

pressão do vapor e um aumento da velocidade.



Em uma turbina de reação comercial teremos

sempre vários estágios, colocados em serie, sendo cada

estágio constituído de um anel de expansores (também

chamado de roda de palhetas fixas), seguido de uma

roda de palhetas móveis.Tanto as palhetas fixas, como

as palhetas móveis têm seção assimétrica, o que resulta

em áreas de passagens convergentes, para o vapor em

ambas.


Por esta razão, em uma turbina de reação

comercial, parte da expansão do vapor ocorrerá nas

palhetas fixas e parte ocorrerá nas palhetas móveis. Nas

palhetas fixas teremos, portanto, uma expansão parcial

do vapor, resultando em uma queda de pressão e em um

aumento da velocidade.


Fonte: http://ec2-107-21-65-169.compute-1.amazonaws.com/content/ABAAAAO8sAK/turbinas-a-vapor

As turbinas a vapor são partes de um sistema

gerador de potência. As instalações de potência com

turbina a vapor visam, fundamentalmente obter energia

elétrica ou mecânica e vapor para processo industrial.

A turbina a vapor é atualmente o mais usado

entre os diversos tipos de acionadores primários

existentes. Sua maior aplicação é no acionamento de

bombas, compressores e geradores de energia elétrica.

Embora inventada e conhecida a alguns séculos, seu

desenvolvimento e aplicação de forma prática se deu

principalmente nas últimas décadas.


AplicaçãoDo ponto de vista termodinâmico a turbina a

vapor ocupa umas posição favorável, transformando em

energia mecânica grande parte da energia térmica que

consome. Sua eficiência pode ser considerada boa,

especialmente nas turbinas de grandes capacidades

acionadas por vapor de alta pressão.

Do ponto de vista mecânico, a turbina a vapor

pode ser considerada ideal, pois a força de propulsão é

aplicada diretamente no elemento de rotação da

máquina, não sendo necessário, como no caso das

máquinas alternativas a vapor, um dispositivo do tipo

biela-manivela para transformar o movimento alternativo

em rotativo.


Pelo fato de apenas possuir peças com

movimento de rotação, não tem o inconveniente de

desbalanceamento mecânico, como no caso das

máquinas alternativas a vapor e à combustão interna. É

um equipamento mecânico que se presta muito bem

para o acionamento de máquinas que exigem torques

constantes e rotações elevadas como no caso de

bombas, geradores de energia elétrica e compressores

rotativos.



Fonte: http://www.mundovestibular.com.br/articles/244/1/COMBUSTIVEL-DAS-USINAS-TERMICAS/Paacutegina1.html

Utilização de vapor a alta pressão e alta temperatura.

Alta velocidade de rotação.

Alta relação potência /tamanho.

Operação suave, quase sem vibração.

Não há necessidade de lubrificação interna.

Vapor na saída sem óleo.

Pode ser construído com diferentes potências: unidades

pequenas (1MW) ou muito grandes (1,2GW).


É necessário um sistema de engrenagens para

baixas rotações.

A desaceleração da turbina requer uma

quantidade específica de tempo, ou seja, após

acionada ela necessita de um certo período de

tempo para cessar o movimento.

A eficiência de turbinas a vapor de pequeno porte

é baixa.



Fonte: http://www.shortcourse.com.br/site/clipping_01.asp?titulo=Turbinas%20a%20Vapor


Fonte: http://www.coopertei.com.ar/pt/turbo-maquinas.htm


Fonte: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAlgYAG/turbinas-a-vapor-descritivo

A qualidade da água de alimentação da caldeira é fator

fundamental para confiabilidade e o bom funcionamento

do sistema.

O tratamento de água de caldeiras é realizado com o

intuito de impedir as seguintes anormalidades:


Corrosão;

Formação de incrustações e depósitos nas paredes dos

tubos e tubulações;

Arrastamento de materiais contaminantes da água da

caldeira para as demais partes do sistema de vapor, como

redes, válvulas e turbinas.


TRATAMENTO PH - FOSFATO

O pH da água da caldeira é mantido em um nível

próximo ao da neutralidade (de neutro a alcalino) por meio

da adição de soda cáustica.



Fonte: http://www.wikienergia.pt/~edp/index.php?title=Central_Tejo:_Alta_Press%C3%A3o_(1941-1972)_-_III_Parte

Fatores que influenciam no desgaste

Pelo produto:

Materiais utilizados;

Fator de segurança de projeto;

Qualidade da fabricação.

Pelo processo:

Qualidade do vapor;

Temperatura de trabalho;

Umidade do vapor;

Partículas estranhas;

Procedimentos de paradas e partidas.


Fatores que influenciam no desgaste

Pelo modo de operação:

Carga parcial e/ou sobrecarga;

Operação contínua ou intermitente.


MANCAIS: Desagregação do material, trincas e defeitos

de fabricação.


Fonte: http://pt.slideshare.net/GustavoMeloo/fsiicaa?from_search=1

CORROSÃO E DESGASTE: Devido ao

dimensionamento indevido, vapor de qualidade

baixa e má aplicação da turbina.



DANOS MECÂNICOS: Impactos com corpos

estranhos.



• GODOY, Jorge – Turbinas a vapor. Rio de Janeiro, Petrobrás/Div. de

ensino.

• http://fabioferrazdr.files.wordpress.com/2008/08/turbinas-a-vapor.pdf

• http://www.slideshare.net/GustavoMeloo/fsiicaa?from_search=1

• www.swe.siemens.com

• www.grupotgm.com.br


turbinas a vapor

Engineering