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Professora: M. Sc. Fernanda Disconzi

Curso: Engenharia Eltrica

CENTRO UNIVERSITRIO CATLICA /SC

Disciplina: Mquinas de Fluxo

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1. INTRODUO E CONCEITOS FUNDAMENTAIS1.1 Introduo

As mquinas de Fluxo (MF) so bastante utilizadas na gerao deenergia eltrica no Brasil;

As MF so fortemente usadas no aproveitamento de uma energiadisponvel para promover um ganho de energia em um fluido;

Compete ao Engenheiro as tarefas de projetar, selecionar, colocar emanter em operao as MF.

Para isto, ele deve utilizar os seus conhecimentos de Mec. Fluidos,Termodinmica e Elementos de Mquinas, alm dos conhecimentos dosprincpios fsicos envolvidos no funcionamento de uma mquina.

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A energia hidrulica encontra-se nos mares, rios e arroios, sob aforma de cintica ou potencial, e pode ser transformada em trabalhotil por meio das centrais hidreltricas.

Atravs da utilizao de desnveis naturais ou artificiais, estascentrais aproveitam a energia contida num curso dgua. As centraiscom turbinas hidrulicas so classificadas, de acordo com suapotncia, como:

Microcentrais Potncia 100kW Minicentrais Potncia de 100KW at 1.000kW Pequenas centrais Potncia de 1.000kW at 10.000kW Mdias centrais Potncia de 10.000kW at 100.000kW Grandes centrais Potncia 100.000kW

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1. INTRODUO E CONCEITOS FUNDAMENTAIS1.1 Consideraes Gerais

Mquinas de fluxo (MF) so mquinas que interagem com um fluido,aproveitando a energia disponvel em um escoamento (1) oupromovendo um escoamento (2) JUC (2005):

(1) Uma mquina de fluxo transforma: Energia hidrulica em mecnica e aps em energia eltrica. Ex.: turbinas

hidrulicas; Energia trmica (vapor) em energia mecnica e aps em energia eltrica. Ex.:

turbinas a vapor; Energia trmica (gases da combusto) em energia mecnica e aps em energia

eltrica. Ex.: turbinas a gs; Energia nuclear (vapor) em energia mecnica e aps em energia eltrica. Ex.:

centrais nucleares; Energia cintica (vento) em energia mecnica e aps em energia eltrica. Ex.:

aerogeradores;

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(2) Uma MF, atravs da energia de eixo, promove: Ganho de energia potencial (altura) em fluidos. Ex.: bombas ; Ganho de energia cintica em fluidos. Ex.: ventiladores;

O deslocamento de um fluido para um reservatrio de presso. Ex. compressores.

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3 m

15 m

I = 0,15 m

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Existem basicamente dois grandes tipos de MF:

Mquinas de fluxo motoras ou motrizes: Transformam sempre energia defluido em energia mecnica, ou seja, a mquina transfere a energia doescoamento para o meio externo.Exemplos : Turbinas hidrulicas, a gs e avapor.

Mquinas de fluxo geradoras ou operadora: Transformam energia mecnicaem energia (ou fluxo) de fluido. Ou seja, a mquina transfere energia domeio externo para o fluido em escoamento. Exemplos: Bombas centrfugas,os ventiladores e os compressores centrfugos.

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1. INTRODUO E CONCEITOS FUNDAMENTAIS1.3 Aspectos de uma MF:

Todas as MF so constitudas basicamente por doiselementos construtivos: o rotor e o sistema diretor:

Conforme JUC (2005), o rotor o principal elementomvel da mquina, possuindo a forma de um discogiratrio constitudo por uma srie de canais idnticos eigualmente distribudos em disposio circular. Efetua atransferncia de energia meio/fluido, operando com umavelocidade angular constante.

O sistema diretor consiste de um conjunto de canais que responsvel por conduzir o fluido de trabalho da entradada mquina at o rotor e , aps a energia ter sidotransferida no rotor, conduzir o fluido at a sada damquina. Pode ser complexo e assumir o papel de controlede potncia da MF (turbinas), ou pode no existir(ventiladores mais simples), JUC (2005) .

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1.4 Mquinas motrizes:

So todas as MF que transferem energia do escoamento para o meioexterno.

Extraem energia de um fluido na forma de trabalho (ou potncia).So chamadas de turbinas: hidrulicas, a gs e a vapor. Nas turbinas hidrulicas, o fluido de trabalho a gua, de modo que o

escoamento incompressvel. Nas turbinas a gs ou vapor, a massa especifica do fluido pode variar

significativamente.

O conjunto de ps, lminas, ou conchas, fixadas ao eixo da turbina chamado de rotor ou roda.

As duas classificaes mais utilizadas para diferenciar turbinas so:Turbinas de ao ou impulso ou turbinas de reao.

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As turbinas de ao ou impulso so acionadas por jatos livres de altavelocidade. Cada jato acelerado em um bocal externo roda daturbina.

Se o atrito e a gravidade forem desprezados, nem a presso, nem avelocidade relativa ao rotor mudam quando o fluido passa sobre asconchas da turbina.

A acelerao do fluido e a queda de presso ocorrem em bocais externoss ps, e o rotor no trabalha cheio de fluido.

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Nas turbinas de reao, parte da variao de presso do fluido ocorreexternamente e outra parte junto s ps mveis. O escoamento defletido para entrar com a direo apropriada no rotor,

atravs de ps-guias ou de ps diretrizes.

Uma acelerao adicional do fluido ocorre nas ps mveis, tal que tanto avelocidade relativa quanto a presso da corrente mudam ao longo do rotor.

Essas turbinas trabalham cheias de fluido e, assim, geralmente produzemmais potncia para um dado tamanho do que as turbinas de impulso.

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1.4.1 Turbina Pelton

Essa turbina foi idealizada por volta de 1880 pelo americano Pelton deonde se originou o nome.

A turbina Pelton uma turbina de ao. A principal caracterstica a elevada velocidade do jato na sada do bocal,

que pode chegar, dependendo da queda, entre 150 a 180 m/s. Na turbina Pelton, o torque gerado pela ao de um jato livre sobre a

concha do rotor. Por isso, ela tambm chamada de turbina de jato livre. Em grandes aproveitamentos as turbinas Pelton so consideradas para

alturas superiores a 150 m podendo chegar at 2000 m. Para mini e microaplicaes entretanto, a turbina Pelton pode ser usada para baixas quedasem alguns casos at menos de 20 m.

Basicamente a turbina consiste das seguintes partes consideradasprincipais: o rotor, o bocal e a caixa.

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Funcionamento de uma turbina Pelton.

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1.4.2 Turbina Francis

A turbina Francis foi idealizada em 1849, tendo o nome do seu inventor.

A turbina Francis uma turbina de reao, ou seja, funciona com umadiferena de presso entre os dois lados do rotor.

Neste tipo de turbina, a gua escoa circunferencialmente na carcaa,passando atravs de ps-guias estacionrias e ento seguindo nadireo ao rotor. No rotor a gua defletida para baixo de forma a sair aproximadamente na

direo axial. A gua saindo do rotor escoa atravs de um difusor conhecido como tubo de

extrao antes de entrar no coletor.

A turbina Francis uma das mais difundidas e utilizadas no Brasil tantopara grandes quanto para pequenas, mini e microcentrais hidreltricas.

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Funcionamento de uma turbina Francis .

Tem sido aplicada largamente,pelo fato das suascaractersticas cobrirem umgrande campo de rotaoespecfica.

Atualmente se constroem paragrandes aproveitamentos,podendo ultrapassar a potnciaunitria de 750 MW.

As turbinas construdas entre1930 a 1950 no possuamrendimentos superiores a 85%,hoje ultrapassam a 92% paraas grandes mquinas.

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1.4.3 Turbina Kaplan ou Axial A turbina Kaplan uma turbina de reao.

uma turbina axial que possui um sofisticado mecanismo decontrole das ps no rotor, pode encarecer sua fabricao e tornar asua aplicao invivel quando comparado s outras turbinas namesma faixa de aplicao.

Nesta turbina de hlice, a entrada da gua similar da turbinaFrancis, mas defletida para escoar quase que axialmente antes deatingir o rotor da turbina.

Deve-se salientar que aquela que apresenta o maior custo emrelao ao kW instalado, quando comparada com as tradicionais,Francis simples e Pelton.

Servem para pequenas alturas de quedas e grandes vazes(descargas).

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1.5 Mquinas operadoras:

So as mquinas que realizam trabalho sobre o escoamento. Podemser classificadas de acordo com o tipo de fluido:

Bombas: quando o fluido um lquido.

Ventiladores, Sopradores ou Compressores centrfugos: quando o fluido um gs ou vapor. A denominao dada de acordo com a elevao depresso alcanada. A diferena de presso entre a suco e a descarga pequena nos ventiladores, resultando numa variao pequena de densidade.J nos compressores centrfugos, tal variao bastante elevada.

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Outras classificaes baseadas na aplicao especfica da mquina,nos materiais empregados, no liquido com que operam ou conforme aorientao do eixo no espao:

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MquinasOperadoras

Quanto a trajetria da partcula de fluido

Quanto ao n de rotores

Quanto ao tipo de aspirao

Quanto ao tipo de rotor

Rotor RadialRotor HelicoidalRotor Axial

Mquina de simples estgioMquina de mltiplos estgios

Mquina de simples aspiraoMquina de dupla aspirao

Rotor AbertoRotor SemiabertoRotor Fechado

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As mquinas com rotores axiais possuem grande capacidade dedeslocamento de fluido (altas vazes, Q), porm transmitem poucaenergia ao escoamento (baixas alturas, H). Logo, so mquinas quepossuem baixos valores a relao H/Q.

As mquinas com rotores radiais so indicadas para grandes alturasde elevao e baixas vazes.

Uma mquina com vrios rotores, montados sobre o mesmo eixo, uma mquina de mltiplos estgios. O escoamento recebe umaquantidade de energia a cada rotor que atravessar. Tal configuraopermite que se transmita grandes quantidades de energia aoescoamento.

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1.5.1 Bombas centrfugas

O fluido penetra no rotorparalelamente ao eixo, sendodirigido pelas ps para a periferiado mesmo.

O rotor pode ser aberto (paragua suga ou esgoto) ou fechado(gua limpa).

So empregadas para grandesalturas de elevao.

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1.5.2 Bombas axiais

O fluido entra no rotorparalelamente ao eixo e setransforma em hlicescilndricas.

So empregadas para grandesdescargas e baixas alturas deelevao.

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1.5.3 Ventiladores

A alterao na densidade entre a admisso e a descarga bastantepequena, podendo-se considerar o gs como um fluido incompressvel.

Podem ser centrfugos ou axiais.

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BIBLIOGRAFIA BSICA BRAN, Richard; SOUZA, Zulcy de. Mquinas de fluxo:

turbinas, bombas, ventiladores. Rio de Janeiro: Ao Livro Tcnico, 1969. 262 p.

HENN, rico Antnio Lopes. Mquinas de fluido. Santa Maria: Ed. UFSM, 2001. 474 p. ISBN 8573910283

MACINTYRE, Archibald Joseph. Bombas e instalaes de bombeamentos. 2. ed. rev. Rio de Janeiro: LTC, 1997. 782 p. ISBN 85-216-1086-6