Coisas que você precisa saber sobre turbina

Pensando em como um fluido de trabalho é convertido em energia mecânica útil e/ou energia elétrica, você deve pensar em uma turbina. É conhecido como uma turbomáquina que contém uma parte móvel chamada conjunto do rotor. O dispositivo tem uma vasta aplicação que inclui automóveis, aeroespacial, gerador elétrico, motor de turbina a gás, etc.

Hoje você conhecerá a definição, aplicações, funções, componentes, classificações, tipos, funcionamento e vantagens e desvantagens de uma turbina.

O que é uma turbina?

Uma turbina é um dispositivo mecânico rotativo que extrai energia de um fluxo de fluido e a converte em energia mecânica e elétrica útil. Isso significa que o trabalho produzido por uma turbina pode ser usado para gerar energia elétrica quando combinado com um gerador.

No sistema, há um conjunto de pás montadas em um rotor que extrai energia do fluido em movimento. Portanto, as turbinas podem ser eficientes e eficazes umas das outras, pois existem diferentes tipos por aí. Bem, o design de uma lâmina de turbina tem muito a dizer sobre sua eficiência. É por isso que diferentes aplicações precisam de designs diferentes.

além disso, uma turbina também pode ser vista como um dispositivo que aproveita a energia cinética de um fluido como ar, água, vapor e até gases de combustão. A energia criada é então transformada no movimento rotacional do próprio dispositivo, que é posteriormente usado para geração de energia.

A palavra turbina foi introduzida em 1822 pelo engenheiro de minas francês Claude Burdin. Em uma palavra grega, significa “vórtice” ou “turbilhão”. O crédito pela invenção da turbina a vapor é dado ao engenheiro anglo-irlandês Sir Charles Parsons (1854 – 1931) por criar uma turbina de reação. De 1845 a 1913, o engenheiro sueco Gustaf de Laval inventou a turbina de impulso. Hoje em dia, uma turbina a vapor é projetada para usar reação e impulso na mesma unidade, normalmente variando o grau de reação e impulso da raiz da pá até sua periferia.

Aplicações da turbina

As aplicações de turbinas são amplamente utilizadas na geração de energia elétrica. De fato, uma grande proporção da energia elétrica do mundo é gerada por turbogeradores.

As turbinas são usadas em motores de turbina a gás em terra, mar e ar.

Os motores de pistão de combustão interna utilizam turbocompressores para aumentar a eficiência e a velocidade do motor.

Os turboexpansores são utilizados para refrigeração em processos industriais.

Os motores principais do ônibus espacial usavam turbobombas (uma máquina que consiste em uma bomba acionada por um motor de turbina) para alimentar os propulsores (oxigênio líquido e hidrogênio líquido) na câmara de combustão do motor.

As aplicações de turbinas também são comuns em motores térmicos devido à sua alta eficiência com alto rendimento. As turbinas a gás são frequentemente usadas em motores térmicos devido à sua flexibilidade.

Uma das aplicações específicas das turbinas a gás é em motores a jato.

As turbinas eólicas que operam transformando a energia cinética do vento em energia mecânica são usadas para gerar eletricidade girando um gerador. A turbina pode estar em terra ou podem ser turbinas eólicas offshore.

Turbinas hidráulicas são usadas em usinas hidrelétricas. Eles usam a água como seu fluido de trabalho. Finalmente,

As turbinas a vapor são usadas em usinas nucleares e térmicas. A água é aquecida para formar vapor e, em seguida, flui através de turbinas para produzir eletricidade.

Observação :a função principal de uma turbina é a geração de energia.

Componentes da turbina

Como existem diferentes tipos de turbinas, seus componentes variam. Por exemplo, uma turbina Kaplan faz uso de um gerador que consiste em um motor de partida, rotor, eixo, comporta e pás. Um fluxo cruzado que é uma turbina de impulso modificada tem seus componentes como rotor, lâminas, parte de fluxo de água e distribuidor. Finalmente, os componentes da turbina Pelton incluem impulsor (corredor), bocal, lança, haste da lança, entrada, placa defletora, caçambas e descarga. Todas essas partes da turbina serão explicadas abaixo junto com seu diagrama. Apenas fique comigo!

Diagrama de turbina hidrelétrica:

Classificações e tipos de turbinas

O que se segue abaixo são as classificações da turbina que são usadas para determinar seus tipos.

Classificações baseadas na troca de energia entre a água e a máquina.

É assim que o fluxo de fluido reage nas pás da turbina, o que causa as turbinas hidráulicas. Pode ser classificado em dois; turbinas de impulso e reação.

Turbinas de impulso:

A turbina de impulso é conhecida por sua roda ser acionada pela energia cinética de um fluido que atinge as pás da turbina através de um bocal ou de outra forma. Nestes tipos de turbinas, um conjunto de máquinas rotativas é operado pela pressão atmosférica. as turbinas de impulso são adequadas para altas alturas manométricas e baixas vazões.

Os três tipos de turbinas de impulso são Pelton, Turgo e Cross-flow. Embora as turbinas Pelton e Turgo sejam semelhantes em construção. No entanto, a turbina de fluxo cruzado é um tipo modificado de turbina de impulso, mas é classificada apenas como um impulso. Isto é devido à rotação do corredor à pressão atmosférica.

Turbinas de reação:

Tipos de turbinas de reação operam devido à soma da energia potencial e energia cinética da água. Isso se deve à pressão e à velocidade, respectivamente, fazem com que as pás da turbina girem. A turbina inteira é mergulhada na água nestes tipos de turbinas. Ele muda na pressão da água junto com a energia cinética da água, causando a troca de energia. As aplicações dessas turbinas são geralmente em alturas manométricas mais baixas e vazões mais altas do que as turbinas de impulso. Os tipos comuns de turbinas de reação são Francis, Kaplan e Deriaz.

Com base no fluido diretamente através da máquina

As classificações dos tipos de turbinas com base no fluido diretamente através da máquina são a passagem da água pela turbina. É dividido em quatro categorias:

Turbina de fluxo radial:

Nos tipos de turbinas de fluxo radial, o fluxo no corredor se move radialmente. Esta turbina é dividida em dois tipos:fluxo radial para dentro e fluxo radial para fora. As turbinas Francis são bons exemplos de turbinas de fluxo radial.

Turbina de fluxo radial para dentro – a água entra na carcaça da turbina através de um conduto forçado e percorre as palhetas-guia fixas até o rotor, e daí sai. Portanto, os diâmetros interno e externo são como a saída e a entrada, respectivamente.

Turbina de fluxo tangencial ou periférico:

Nesses tipos de turbinas, a água flui em direção tangencial ao corredor. As turbinas Pelton se enquadram nesta categoria.

Turbina de fluxo axial:

O fluido flui paralelamente ao eixo da turbina (eixo da turbina) nestes tipos de turbinas. Kaplan é um tipo.

Turbinas de fluxo misto:

Nesta turbina, o fluxo entra radialmente e sai axialmente. As turbinas Francis modernas são conhecidas pelo recurso.

Diferentes tipos de turbinas são baseados na faixa de operação hidráulica.

Esses tipos de turbinas de água são de três categorias:

Turbina de baixa cabeça:

Quando uma turbina hidráulica operando na faixa de queda inferior a 45 metros é classificada como baixa pressão. A turbina Kaplan é um desses tipos. Se a altura for inferior a 3 metros, é considerada uma altura ultrabaixa.

Turbina de cabeça média:

Neste tipo, a faixa de trabalho para cabeças de 45 a 250 metros é considerada como cabeças médias. As turbinas Francis operam nessas condições.

Turbinas de alta cabeça:

Essas turbinas atingiram mais de 250 metros. A turbina Pelton é um bom exemplo.

Classificações e tipos de turbinas com base na velocidade específica

A velocidade específica de uma turbina é denotada por N_s. é definida como a velocidade de uma turbina com semelhança geométrica que gera uma unidade de potência sob uma unidade principal. Com base neste parâmetro, as turbinas hidráulicas são classificadas em três classes:

Turbina de baixa velocidade específica:

Uma turbina de baixa velocidade específica tem um valor entre 1 e 10. Tipos de turbinas de impulso operam nesta faixa. Por exemplo, a turbina Pelton geralmente opera a uma velocidade específica de 4.

Turbina de velocidade específica média:

Esses tipos de turbinas operam em uma faixa de velocidade específica de 10 a 100. As do tipo Francis trabalham nessa proporção.

Turbina de alta velocidade específica:

As altas velocidades específicas estão acima de 100, que é como a turbina Kaplan funciona.

Funcionamento de uma turbina

O funcionamento de uma turbina é bastante simples e fácil de entender. Embora seu funcionamento possa ser diferente dependendo dos tipos de turbina. Neste artigo, estarei explicando turbinas a gás.

Em uma turbina a gás, o ar comprimido é aquecido e misturado com algum combustível. A mistura inflama e sofre rápida expansão. Este ar em expansão entra na turbina fazendo com que ela gire. Por causa do ar comprimido, altitudes elevadas não afetam a eficiência das turbinas. É por isso que eles são perfeitos para aviões. Veja diagrama abaixo:

Assista ao vídeo abaixo para saber mais sobre o funcionamento das turbinas a gás:

Conclusão

turbinas têm sido explicadas como um dispositivo mecânico rotativo que extrai energia de um fluido de trabalho que é convertida em energia útil. Isso é tudo para um post onde damos a definição, aplicações, função, componentes, diagrama, tipos e funcionamento de uma turbina.

Espero que você tire muito proveito deste post, se assim for, compartilhe-o com outros alunos. Obrigado por ler. Vejo você na próxima vez!