Turbinas A Vapor

Turbina a Vapor:

- São motores de combustão externa rotativos no qual a energia térmica do vapor é transformada em energia cinética, devido a sua expansão através dos bocais, e posteriormente em energia mecânica de rotação, devido à ação do vapor nas pás rotativas;

- É o mais difundido por possibilitar unidades de grande potência unitária, alta confiabilidade, vida útil e eficiência;

- Mediante a organização de extrações reguláveis na sua seção de fluxo, pode-se fornecer calor com os parâmetros requeridos pelo consumo externo;

- O custo desse calor não é alto, pois nos sistemas de cogeração o vapor, antes de ser fornecido a um consumidor de calor, é aproveitado para produzir eletricidade.

Classificação das Turbinas a Vapor

De acordo com a finalidade:

- Acionamento elétrico: Utilizadas para acionar um gerador elétrico de uma indústria que irá suprir as necessidades da central. Geralmente operam com velocidade síncrona (1800 ou 3600 rpm) e com potências na faixa de 16 a 1300 MW;

- Acionamento mecânico: Utilizadas para acionar grandes ventiladores de tiragem, bombas, compressores e na propulsão de navios e outros equipamentos; Operam entre 900 e 10000 rpm e com potências de 500 kW a 10 MW.

De acordo com o princípio de funcionamento:

-De ação (impulso): A expansão ocorre unicamente nos bocais e o vapor atravessa as palhetas do rotor com pressão constante, atuando sobre elas unicamente em função de sua velocidade;

-De reação: A expansão tem início nos bocais mas permanece acontecendo nas palhetas do rotor;

Estágio de ação: Grupo de bocais distribuidores seguidos de sucessivas fileiras de palhetas móveis e fixas, tendo a primeira a função de converter a energia cinética do vapor em trabalho mecânico, enquanto que a segunda tem a função de redirecionar o fluxo;

Estágio de reação: Conjunto de fileiras de palhetas móveis e fixas, tendo a primeira a função de converter a energia disponível no vapor em trabalho mecânico e a segunda, além de redirecionar o fluxo, devido ao seu formato transversal, o espaço entre elas forma um bocal convergente divergente, o que possibilita converter parte da energia térmica em energia cinética, aumentando a velocidade do fluxo para a palheta seguinte;

De acordo com o arranjo dos estágios:

Turbina de ação simples ou de Laval

-A expansão do vapor ocorre completamente no bocal, produzindo um fluxo de alta velocidade para o rotor; -Como as palhetas móveis não absorvem toda a energia cinética, o vapor sai com velocidade relativamente alta, o que constitui uma perda; -Possui baixo rendimento, simplicidade de projeto e construção, o que a torna recomendada para baixas potências.

Turbina Curtis

-A fim de evitar a perda por energia cinética na saída, montam-se 2 ou mais filas de palhetas móveis intercaladas por palhetas fixas que só redirecionam o fluxo; -Estágio Curtis ou de velocidade escalonada;

Turbina Rateau

-A expansão é dividida em 2 ou mais fileiras de bocais (escalonamento de pressões), semelhante a um arranjo de 2 ou mais turbinas de Laval em série; -Pode-se obter velocidades mais adequadas nas palhetas móveis em termos de resistência dos materiais; -Podem apresentar maiores dimensões conforme o número de estágios;

Turbina Curtis-Rateau

-É a combinação de estágios Curtis (escalonamento de velocidades) e Rateau (escalonamento de pressões); -Velocidades ideais nas pás do rotor; -Maiores rendimentos; -Permite o uso de materiais mais leves e baratos, exceto nos primeiros estágios; -Turbinas mais curtas;

Turbina de reação ou Parsons

-São de múltiplos estágios; -A queda de pressão ocorre nas palhetas fixas e também nas móveis;

-A queda de pressão em cada fileira de palhetas é pequena, resultando em baixas velocidades de vapor em cada estágio; -As fileiras de palhetas tem suas dimensões aumentadas progressivamente à medida em que o vapor se expande (aumento do volume específico); -Como o volume específico do vapor é baixo nos estágios de alta pres são, há excessiva fuga de vapor pelas folgas, induzindo a uma queda sensível de rendimento total da turbina, assim evita-se usar turbinas de reação como turbinas de alta pressão;

Turbina Curtis/Parsons

-Utiliza os princípios de ação e reação; -Adição de um estágio Curtis a uma turbina Parsons, reduzindo-se a pressão e a temperatura do vapor para ser utilizado nos estágios de reação;

Quanto a descarga de vapor:

Turbina de contrapressão de fluxo direto

-O termo contrapressão indica que o vapor na saída da turbina está a uma pressão igual ou superior a atmosférica, condição necessária para atender a demandas de calor em temperaturas superiores a 100 °C; -Geralmente menores do que uma unidade de condensação equivalente e, usualmente, operam com maiores rotações; -Instaladas em indústrias em que haja necessidade de vapor nos processos de fabricação;

Turbina de contrapressão com sangria ou extração controlada

-Utilizadas quando o processo exigir vapor em diferentes níveis de pressão (média e baixa); -Sangrias são usadas quando o volume de vapor de extração (média pressão) é menor que o de escape (baixa pressão); -Extrações controladas são usadas quando o fluxo de extração (média pressão) é relativamente alto quando comparado com o fluxo de vapor de escape (baixa pressão) e a demanda de vapor de média pressão está sujeita a flutuações consideráveis;

Turbina de condensação de fluxo direto

-Descarrega o vapor para o condensador a uma pressão menor que a atmosférica (alto vácuo) afim de aumentar a eficiência total; -Tendem a ser maiores e mais potentes do que as de contrapressão;

-A eficiência total é inferior ao de uma instalação de contrapressão, pois uma parte da energia contida no vapor se perde no condensador;

Turbina de condensação com extração

-Empregada quando se necessita mais eletricidade do que se pode gerar com o calor de processo;

-Compensação das oscilações de consumo de eletricidade e vapor de processo;

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