Turbinas de Vapor: Princípios, Tipos e Aplicações na Engenharia Mecânica, Slides de Turbomaquinaria

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MÁQUINAS TÉRMICAS:

TURBINAS DE

VAPOR

Por: Luzembo Alberto

ENGENHARIA MECÂNICA

Introdução

As turbinas de vapor destacam-se por sua eficiência e confiabilidade na geração de energia, sendo amplamente empregadas em usinas termelétricas, refinarias e plantas nucleares.

Turbina de vapor

Tipos Principais de Turbinas de Vapor

Turbinas de Ação : A maior parte da expansão do vapor ocorre em bicos injetores, onde a pressão diminui antes de atingir as palhetas móveis.

Turbinas de Reação : A expansão do vapor é progressiva ao longo do rotor. O vapor perde parte de sua energia ao passar pelas palhetas fixas e móveis, criando uma ocorrência que move a turbina.

Classificação das Turbinas de Vapor

As turbinas variam em tamanho e potência, indo desde pequenas unidades de 1 kW até

grandes turbinas que produzem 1.650 MW. As turbinas podem ser classificadas com base

em:

● Número de estágios: Simples (baixa potência) ou múltiplos estágios (alta potência). ● Direção do fluxo de vapor: Radial ou axial. ● Pressão do vapor: Alta, média ou baixa pressão. ● Tipo de extração: Condensação ou contrapressão.

Turbina a vapor de condensação

2. Turbina a Vapor de Contrapressão:

● Descarte do Vapor : O vapor, após passar pela turbina, é descarregado em uma pressão superior à atmosférica, sendo usado para aquecimento industrial ou outros processos que demandam vapor em uma pressão específica.

● Eficiência : Embora menos eficiente que as turbinas de condensação em termos de geração de eletricidade, elas são mais eficientes no uso de calor residual, o que as torna ideais para cogeração (produção simultânea de eletricidade e calor).

● Aplicações : Utilizadas em indústrias que precisam de vapor para processos de aquecimento, como fábricas de papel, alimentos e petroquímicas.

Princípios de Funcionamento

O princípio básico de funcionamento das turbinas de vapor segue o ciclo de Rankine. O ciclo completo consiste em quatro etapas principais:

1. Compressão : A água pressurizada é bombeada para a caldeira.
2. Aquecimento : A água é aquecida na caldeira até atingir o estado de vapor.
3. Expansão : O vapor expande nas palhetas da turbina, produzindo trabalho.
4. Condensação : Após passar pela turbina, o vapor é condensado para reiniciar o ciclo.

Esquema do ciclo de Rankine com os

quatro estágios

Um estágio de ação consiste em palhetas fixas que

fazem com que o vapor se expande, criando jatos de alta

velocidade e energia cinética, com uma direção

fortemente inclinada em relação ao eixo da máquina.

Quando os jatos passam pelas lâminas do rotor, ele varia

fortemente sua direção graças ao perfil côncavo especial,

e o vapor da parte de sua energia cinética na forma de

trabalho mecânico de rotação do eixo.

Estágios de ação

Estágios de reação

Em um estágio de reação, não apenas as lâminas do

estator, mas também as lâminas do rotor, têm um perfil tal

que constitui uma tubeira convergente em cada folga.

Portanto, o fluxo de vapor aumenta sua velocidade em

relação às lâminas, não apenas no estator, mas também no

rotor.

As falhas em turbinas a vapor são raras, e a manutenção é limitada.

Controle da turbina a vapor

O sistema de controle é responsável por

regular a velocidade e a potência e monitorar os

parâmetros operacionais da turbina. Em caso de

anomalias, o sistema de controle é programado

para fornecer sinais de alarme ao operador e

tentar trazer automaticamente a máquina de

volta às condições de controle ou pará-la em caso

de emergência.

Principais Medidas de Segurança para o Trabalho com Turbinas de Vapor

1. Monitoramento constante de pressão e temperatura;
2. Manutenção preventiva;
3. Válvulas de segurança;
4. Sistema de controle automático;
5. Treinamento dos operadores.

Proteção ao Meio Ambiente

1. Uso de fontes renováveis;
2. Tratamento de águas residuais;
3. Tecnologias de captura e armazenamento de carbono;
4. Melhorias na eficiência térmica.