Turbina a Vapor

Turbina a Vapor

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5 – TURBINAS A VAPOR

5.1 – INTRODUÇÃO

São máquinas motoras puramente rotativas que transformam a energia contida no fluxo contínuo do vapor d’água em trabalho mecânico. Sua maior aplicação é no acionamento de bombas, ventiladores, compressores e geradores de energia elétrica. Também são usadas para acionamento de navios.

5.1.1 – CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS

  • Operam em altas rotações

  • Torque uniforme

  • Facilidade de controle

  • Grande confiabilidade operacional

  • Ausência de lubrificação interna

  • Possibilidade de variação da rotação

5.1.2 – UTILIZAÇÃO

  • Geração de energia elétrica

  • Acionamento de equipamentos de processo

  • Acionamento de navios

5.2 – CICLO TÉRMICO SIMPLIFICADO DE UMA TURBINA À VAPOR

5.2.1 – COMPONENTES E FUNÇÕES

BOMBA – Responsável pela elevação de pressão e consequentemente pela

pressão final do vapor gerado.

CALDEIRA – Responsável pela mudança de fase (líquido vapor). Entrega

calor ao fluído.

TURBINA A VAPOR – Expande o vapor gerando trabalho mecânico.

CONDENSADOR – Condensa o vapor para retornar ao ciclo. Aí se perde parte da

energia que não gerou trabalho mecânico.

5.3 – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

5.3.1 – EXPANSORES

É nos expansores que o vapor logo ao entrar na turbina sofre a primeira queda de pressão antes de atingir a primeira roda de palhetas móveis.

5.3.2 – RODA DE PALHETAS – AÇÃO E REAÇÃO

PERGUNTA 42: Que tipo de vapor é adequado para o uso em turbinas a vapor?

Um estágio de ação pode ser de pressão ou de velocidade.

5.4 – COMPONENTES

5.4.1 – ESTÁGIO DE PRESSÃO

Há aumento de velocidade nas palhetas fixas com decréscimo na pressão (anel de expansores). Um estágio de pressão é também um estágio de ação porque não há transformação de pressão em velocidade nas palhetas móveis .

Um estágio de pressão é composto de :

1 arco de expansores

se for o 1º estágio

1 roda de palhetas móveis

1 anel de expansores (palhetas fixas)

se for um estágio subse-

1 roda de palhetas móveis quente

5.4.2 – ESTÁGIO DE VELOCIDADE

As palhetas fixas (palhetas guias), apenas redirecionam o fluxo de vapor para entrar na roda seguinte de palhetas móveis. Nas palhetas guias não há queda de pressão nem de velocidade. Um estágio de velocidade é também um estágio de ação porque nas palhetas móveis também não há queda de pressão (transformação de pressão em velocidade).

Um estágio de velocidade é composto de :

1 arco de expansores

1 roda de palhetas móveis

1 roda de palhetas guias

Os estágios de ação (pressão ou velocidade ) são usados em turbinas de simples estágio ou como primeiro estágio de turbinas multi-estágio. Apesar dos estágios de ação serem menos eficientes do que os estágio de reação, eles geram uma queda de pressão bem maior. Isto faz com que as máquinas de potência baixa fiquem mais compactas e mais baratas. Nas turbinas multi-estágio (máquinas grandes) fazem com que a pressão logo no primeiro estágio caia bastante reduzindo a parede metálica da carcaça e portanto o custo da máquina como um todo.

Para as mesmas condições de vapor (pressão e temperatura) ou seja, mesmo salto de entalpia, as turbinas de ação terão um número de estágios bem menor, porém, serão menos eficientes.

5.4.3 – CONJUNTO ROTATIVO

5.4.3.1 – PALHETAS

São os componentes do rotor diretamente responsáveis pela conversão da pressão do vapor em velocidade (energia cinética) e em outra palavras pela conversão da entalpia do vapor em energia mecânica. Como já vimos elas podem ser fixas (solidárias aos diafragmas) ou móveis (rotativas) solidárias ao eixo. Abaixo vemos alguns exemplos de sua fixação.

5.4.4 – CARCAÇA

5.4.5 – VÁLVULAS DE CONTROLE DE ADMISSÃO

W = m ( h1 – h2 )

W = potência gerada

m = vazão em massa de vapor

h1 = entalpia do vapor na

admissão

h2 = entalpia do vapor na

descarga

PERGUNTA 43: O que é entalpia do vapor? Do que depende?

5.4.6 – VÁLVULA DE BLOQUEIO AUTOMÁTICO (VÁLVULA DE TRIP)

O trip de sobrevelocidade é um mecanismo de proteção da turbina para impedir velocidades acima da máxima velocidade continua. O mecanismo atua diretamente sobre a válvula de admissão de vapor fechando-a e parando assim a turbina. A máxima velocidade contínua de uma turbina é definida no seu projeto e limita as tensões atuantes no conjunto girante, principalmente palhetas.

5.4.7 – MANCAIS

Suportam os esforços axiais e atuam sobre o colar de escora que é solidário ao eixo da turbina. São também responsáveis pela manutenção das folgas axiais.

PERGUNTA 44: Em que direção atua a resultante dos esforços axiais em uma turbina a vapor?

Os mancais radiais são normalmente deslizantes (com lubrificação sob pressão) tendo em vista as altas rotações e esforços atuantes (principalmente para turbinas multi-estágio). Como nos demais equipamentos rotativos são responsáveis pela manutenção das folgas radiais e suportam o peso do conjunto rotativo.

5.4.8 – SELAGEM

A selagem em turbinas a vapor pode ser interna ou externa.

Externa – Nos pontos onde o eixo atravessa a carcaça.

Interna - Entre as rodas de palhetas móveis e a carcaça (nos estágios de reação) e entre os diafragmas (suporte das palhetas fixas) e o eixo em qualquer tipo de estágio.

Dois tipos de selagem são mais comuns em turbinas a vapor :

Labirintos – Em turbinas multi-estágio na selagem interna e externa.

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