Prof. Paulo Esteves

Identificar a estrutura e o funcionamento das mquinas de fluxo e a sua operacionalidade.

Analisar o mecanismo do fluxo no rotor e identificar suas aplicaes nas mquinas de fluxo, permitindo o calculo de parmetros.

Identificar e calcular as perdas de carga e o rendimento das mquinas de fluxo.

Analisar as propriedades fsicas do fluido de trabalho.

Identificar os princpios bsicos das energias de presso e suas aplicaes. Comparar curvas caractersticas para bombas.

Analisar o funcionamento de turbinas a vapor, de turbinas a gs, compressores e ventiladores.

Compreender os princpios de funcionamento das mquinas de fluxo. Conhecer os fundamentos conceituais das mquinas de fluxo e sua aplicao nos vrios tipos de bombas. Desenvolver capacidade de selecionar e aplicar esses equipamentos em projetos de instalaes. Aprender noes de projeto destes equipamentos.

Objetivo Geral

Objetivos Especficos

Mquina de fluido o dispositivo que opera transformao de energia, extraindo energia do fluido de trabalho e transformando-a em

energia mecnica ou transferindo a energia mecnica ao fluido de

trabalho

Mquina de fluxo a mquina que transfere energia entre um fluido se

escoando continuamente e um elemento girando em torno de um

eixo

Mquinas volumtricas:

A transferncia de energia feita por variaes de volume que ocorrem devido ao movimento da fronteira na qual o fluido est confinado.

Estas podem ser rotativas como a bomba de engrenagens ou alternativas como o compressor de pisto.

Mquinas de Fluxo:

Dispositivos fluidomecnicos que direcionam o fluxo com lminas ou ps fixadas num elemento rotativo.

Em contraste com as mquinas de deslocamento positivo no h volume confinado numa turbomquina.

Funcionam cedendo ou recebendo energia de um fluido em constante movimento.

Mquinas volumtricas:

Mquinas de fluxo:

Mquinas de fluxo e fluidos de trabalho

Mquinas volumtricas e fluidos de trabalho

GERADORES: mquinas que transformam a energia recebida atravs de um eixo de uma fonte externa (eltrica, exploso) em energia mecnica, transferida a um fluido por intermdio de um rotor ou pisto, para realizao de trabalho ou transporte

MOTORES: mquinas que transformam a energia mecnica (potencial e/ou cintica) fornecida por fluido em escoamento a um rotor ou pisto, que por sua vez transfere a um eixo com o objetivo de realizao de trabalho

Mquinas de fluxo de ao: Mquinas em que o trabalho no est associado variao de presso no rotor, no ocorrendo (a variao) na mquina Exemplo: turbina Pelton: segundo norma, turbina de ao na qual o fluxo de gua incide sob a forma de jato sobre o rotor que possui ps em forma de duas conchas.

Mquinas de fluxo de reao: Mquinas em que o trabalho est associado variao de presso no rotor Exemplo: turbina Francis, turbina de reao na qual o fluxo de gua penetra radialmente no distribuidor e no rotor, no qual as ps so fixas. Outros: turbinas Kaplan e todas as bombas hidrulicas de fluxo

Obs.: em ambos os casos, ocorre variao da energia cintica

Segundo a trajetria do fluxo no rotor:

Fluxo Radial: O escoamento percorre uma trajetria predominantemente radial (perpendicular ao eixo do rotor)

Turbina Francis rotor axial

Segundo a trajetria do fluxo no rotor:

Fluxo Axial: O escoamento do fluido atravs do rotor acontece numa direo paralela ao eixo do rotor

Turbina Kaplan

Segundo a trajetria do fluxo no rotor:

Fluxo Misto ou diagonal: O fluido percorre uma trajetria aproximadamente cnica

Turbina Francis rpida

Segundo a trajetria do fluxo no rotor:

Fluxo Tangencial: O jato de liquido proveniente do injetor incide tangencialmente sobre o rotor

Turbina Pelton

Bombas

Turbinas Hidrulicas

Compressores/ventiladores

Os elementos fundamentais nos quais acontecem os fenmenos fluidomecnicos essenciais so os:

Rotores: Onde acontece a transformao de energia. Constitudo de um nmero de ps giratrias que dividem o espao em canais

Sistema Diretor: Coleta o fluido dirigindo-o para um caminho determinado. Geralmente, tambm coperacom a funo da transformao de energia

Rotores de turbinas

Rotores de bombas e compressores

Sistema diretor de bomba centrfuga

Sistema diretor de Turbina hidrulica

Sistema diretor de Turbina hidrulica tipo Pelton

Fluido uma substncia que no tem forma prpria, e que, se estiver em repouso,no resiste a tenses de cisalhamento.

Massa Especfica Peso Especfico

Relao:

Viscosidade cinemtica (St, cSt)

Viscosidade absoluta (P, cP)

Equao de Bernoulli: No escoamento de um fluido incompressivel em regime permanente a energia total do fluido por unidade de peso permanece constante

Carga total (H) = Energia total por unidade de peso

Equao de Bernoulli: No escoamento de um fluido incompressivel em regime permanente a energia total do fluido por unidade de peso permanece constante

Carga total (H) = Energia total por unidade de peso

A performance das mquinas de fluxo deve ser determinada por testesexperimentais, sendo que diferentes mquinas apresentamcaractersticas diferentes.

O problema resolvido aplicando anlise adimensional s variveisenvolvidas, formando grupos adimensionais. Desta forma, os gruposadimensionais fornecem leis de similaridade que governam as relaesentre uma famlia de mquinas geometricamente semelhante.

GRUPOS ADIMENSIONAIS

VLy Re

Nmero de Reynolds: Relao entre foras deinrcia e foras viscosas, diferencia escoamentoslaminares e turbulentos

Nmero de Froude: Relao entre foras deinrcia e peso, fenmenos que envolvem asuperficie livre do fluido, projetos de estruturashidraulicas e navios

gL

VFr

Nmero de Euler: Relao entre foras depresso e de inrcia, aplicao nos estudos demquinas e aerodinmica 2V

pEu

GRUPOS ADIMENSIONAIS

Nmero de Mach: Relao entre foras de inrciae foras elsticas (energia do escoamento eenergia interna do fluido), importante paravelocidades prximas ou superiores a do som

Nmero de Weber: Relao entre foras deinrcia e tenso superficial. Interface gas-lquidoou lquido-lquido

Nmero de Nusselt: Relao do fluxo de calorpor conduo e conveco

C

VMa

LVWe

K

hLNu

Definio: Energia dissipada em forma de calor devido ao atrito e aviscosidade durante o escoamento

Perda de carga contnua: Ocorre ao longo da tubulao

Perda de carga localizada: Ocorre em pontos especficos da tubulao(curvas, vlvulas, redues, ampliaes). Podem ser desprezados emtubulaes longas cujo comprimento exceda 4.000 vezes o dimetro

Formula Geral:

Definio: Energia dissipada em forma de calor devido ao atrito e aviscosidade durante o escoamento

Perda de carga contnua: Ocorre ao longo da tubulao

Perda de carga localizada: Ocorre em pontos especficos da tubulao(curvas, vlvulas, redues, ampliaes). Podem ser desprezados emtubulaes longas cujo comprimento exceda 4.000 vezes o dimetro

Formula Geral:

Formula Universal de Darcy:

Re

64fPara escoamento laminar podemos considerar:

f

D

f Re

51,2

7,3log0,2

1 Calculo do fator de atrito:

Equao de Hazen-Williams

Equao de Fair-Whipple-Hsiao (Instalaes prediais de gua)

Perda de Carga localizada

g

VKhf

2.

2

Mtodo direto: A perda de carga determinada segundo a formula:

Onde o coeficiente K experimental e tabelado para cada tipo deacessrio ou variao da tubulao

Perda de Carga localizada

Mtodo do comprimento equivalente: Consiste em fixar o valor docomprimento reto de tubulao que reproduziria nas mesmascondies, a mesma perda de carga do acessrio em geral

Perda de Carga localizada