Entendendo a turbina de reação

Sendo um tipo especial de turbina usado em usinas hidrelétricas, a turbina de reação é usada em todo o mundo para a geração de eletricidade. Estima-se que cerca de 60% das turbinas utilizadas em usinas hidrelétricas sejam turbinas de reação, embora ainda em competição com turbinas de impulso. Uma turbina de reação é construída com fileiras de pás fixas e fileiras de pás móveis. Essas lâminas fixas atuam como bicos e as lâminas móveis se movem como resultado do impulso do vapor recebido (causado por uma mudança no momento). Também, como resultado da expansão e aceleração do vapor em relação a eles, ainda atuam como bicos. Isso será explicado mais adiante, fique comigo!



Hoje você conhecerá a definição, aplicações, função, componentes, diagrama, tipos e princípios de funcionamento de uma turbina de reação. Você também conhecerá as vantagens e desvantagens desta turbina de reação.

O que é uma turbina de reação?

Uma turbina de reação funciona com a terceira lei do movimento de Newton (a ação e as reações são iguais e opostas). O sistema gera torque em resposta à pressão e peso do fluido. No seu funcionamento, a água atinge primeiro as lâminas fixas e depois atinge o bocal.

Em uma turbina de reação, a soma da energia potencial e da energia cinética da água devido à pressão e velocidade, respectivamente, faz com que as pás da turbina girem. Todo o corpo desta turbina está imerso na água e as mudanças na pressão da água junto com a energia cinética da água causam troca de energia. As aplicações de uma turbina de reação são geralmente em quedas mais baixas e taxas de fluxo mais altas do que o tipo de impulso.

As pás da turbina ou pás do rotor são projetadas para serem capazes de gerar uma força em um lado quando a água flui através dele como um aerofólio. Em um avião, a força produzida por um aerofólio é responsável pelo seu levantamento. Da mesma forma, aqui, a força faz com que as lâminas girem.

Diferentes tipos de turbinas de reação têm suas próprias condições ideais de operação. Por exemplo,

• Turbinas Pelton são preferidas onde uma baixa taxa de descarga pode ser obtida e uma altura manométrica alta (80-1600m) está disponível.
• As turbinas Kaplan requerem uma alta taxa de descarga junto com uma altura manométrica baixa ou média (2-70m).
• A turbina Francis trabalha com vazão média e altura manométrica média. A turbina Francis é uma combinação de turbinas de impulso e reação.

As turbinas Francis são as turbinas mais utilizadas porque oferecem a mais alta eficiência e também podem funcionar em uma ampla gama de condições operacionais.

Aplicações da turbina de reação

As várias aplicações de uma turbina de reação incluem o seguinte:

• Moinhos de energia eólica para gerar eletricidade.
• Além disso, para geração de eletricidade em usinas hidrelétricas.
• Turbinas de reação são usadas para obter a potência máxima de saída de água disponível baixa e alta velocidade.

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

Componentes da turbina de reação

Abaixo estão os principais componentes da turbina de reação e sua função.

Invólucro espiral:

estes componentes da turbina de reação têm uma área de seção transversal uniformemente decrescente, ao longo da circunferência. Essa área de seção transversal decrescente garante uma velocidade uniforme da água atingindo as lâminas do corredor. Há uma abertura para o fluxo de água nas pás do rotor desde o início da carcaça, fazendo com que a pressão diminua à medida que ela se desloca junto com a carcaça. A redução de sua área de seção transversal ao longo de sua circunferência para uniformizar a pressão, portanto, o momento ou a velocidade uniformes que atingem as pás do rotor.

Pás-guia:

As palhetas de guia são montadas na carcaça espiral para garantir que a água que atinge as pás do rotor tenha direção ao longo do comprimento do eixo da turbina. Caso contrário, o fluxo seria altamente turbilhonante à medida que se move através de um revestimento espiral, tornando-o não eficiente o suficiente para girar as pás do rotor. Nas turbinas modernas, os ângulos dessas palhetas guia são ajustáveis, tornando a vazão de água ajustável.

Lâminas de corredor:

As pás do rotor são componentes importantes de uma turbina de reação. Na verdade, é considerado o coração da turbina de reação. A forma das pás do rotor usa a energia da pressão da água para acionar a turbina. Seu projeto é muito essencial e desempenha um papel importante na decisão da eficiência de uma turbina. Na versão moderna, essas pás podem se inclinar em torno de seu eixo, assim, a força de pressão que atua sobre elas pode variar de acordo com a carga e a pressão disponível.

Tubo de rascunho:

Um tubo de sucção conecta a saída do corredor ao canal de fuga, tendo uma área de seção transversal aumentada ao longo de seu comprimento. A água que sai das pás do corredor está a uma pressão consideravelmente baixa, sua área de seção transversal em expansão recupera a pressão à medida que flui em direção ao canal de fuga.

Diagrama de uma turbina de reação:

Tipos de turbina de reação

Abaixo estão os vários tipos de turbina de reação

Turbinas de hélice:

As turbinas de reação do tipo hélice geralmente têm um caminho de fluxo de 3 a 6 pás, tendo a água em contato constante com todas as pás. As turbinas de hélice só podem ser instaladas no local onde a carga e a altura são constantes. Sua curva de eficiência energética é muito repicada sob carga parcial. O que significa, baixo desempenho no sistema.

As turbinas Kaplan podem atingir níveis de alta eficiência sob várias condições de carga, ajustando adequadamente as pás durante seu trabalho. Isso ocorre porque o ângulo da lâmina pode ser ajustado para a potência necessária.

Turbinas Francis:

Esses tipos de turbinas de reação são uma versão modificada da turbina de hélice, pois a água flui radialmente e axialmente para dentro do rotor. Em seu funcionamento, os canais de fluxo são geralmente fixados em invólucros em espiral com lâminas de influência ajustáveis ​​internamente.

Esses tipos de turbinas de reação possuem um rotor que possui nove ou mais pás fixas. A água inicia diretamente acima e ao redor do corredor, que então cai e gira.

Turbinas de gravidade:

Esses tipos de turbinas de reação convertem a força da gravidade em força rotacional. Assim, em seu funcionamento, a energia cinética da força da gravidade é convertida em eletricidade.

Turbinas bulbo:

Os tipos de turbinas bulbo são variantes de turbinas de hélice. O gerador de turbina bulbo é fechado e vedado em uma carcaça de aço à prova d'água aerodinâmica localizada no centro do duto. Este gerador é acionado através de uma hélice de passo variável na extremidade a jusante da válvula. A direção da água que entra e sai do sistema é praticamente inalterada ou muito pequena. Sua compacidade oferece mais flexibilidade no projeto da casa de força.

Turbinas Straflo:

Esses tipos de turbinas de reação são turbinas axiais com lâminas fixas. Seu gerador está localizado fora do canal de água e é conectado diretamente ao rotor da turbina.

Turbinas tubulares:

Nesta turbina de reação, a linha de pressão é dobrada logo após e antes do trajeto do fluxo, permitindo uma conexão direta com o gerador.

Princípio de funcionamento da turbina de reação

O funcionamento de uma turbina de reação é menos complexo e pode ser facilmente compreendido. Em seu funcionamento, um rotor contendo bicos móveis que libera água de alta pressão. À medida que a água sai dos bicos, eles experimentam uma força de reação que gira o rotor a uma velocidade muito alta. Além disso, uma força de reação é gerada pelo fluido que se move nas pás do rotor. A força de reação produzida nas pás do rotor faz com que o rotor gire. O fluido entra no tubo de sucção depois de passar pelas lâminas do corredor e, finalmente, para a corrida de trilha.

Assista ao vídeo abaixo para saber mais sobre o funcionamento da turbina de reação:

Vantagens e desvantagens da turbina de reação

Vantagens:

Abaixo estão os benefícios da turbina de reação suas diversas aplicações:

• Alta eficiência hidráulica.
• Alta velocidade de trabalho.
• O design é menos complexo.
• As lâminas têm alta eficiência.
• Requer menos espaço.
• Usa um sistema de exaustão isento de óleo.
• Portátil em tamanho.
• Capaz de usar alta temperatura e pressão.

Desvantagens:

Apesar das boas vantagens de uma turbina de reação, algumas limitações ainda ocorrem. Abaixo estão as desvantagens de uma turbina de reação em suas diversas aplicações.

• Requer alta manutenção
• Ocorrem problemas de cavitação.
• O custo de manutenção é alto.
• A força de impulso é gerada.
• Sem lâminas simétricas.

Conclusão

Uma turbina de reação funciona com a terceira lei do movimento de Newton (a ação e as reações são iguais e opostas). O sistema gera torque em resposta à pressão e peso do fluido. No seu funcionamento, a água atinge primeiro as lâminas fixas e depois atinge o bocal. Isso é tudo para este post onde discuti a definição, função, aplicações, componentes, diagrama, tipos e funcionamento de uma turbina de reação. Vantagens e desvantagens desta turbina de reação.

Espero que você obtenha muito deste artigo, se assim for, por favor, compartilhe com outros alunos. Obrigado por ler, até a próxima!