TURBOMÁQUINAS Turbinas a Vapor Prof. Dr. José Eduardo Mautone Barros

Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)

1

JEM

B

Set/

20

16

Turbinas a Vapor

• HERO, 150 A.C. - Eolípila • JAMES WATT, 1780 - Máquina a Vapor • CARL G. de LAVAL, 1900’s – Turbina a Vapor • C. PARSONS, 1900’s – Turbina a Vapor • G. WESTINGHOUSE, 1900’s – Turbina a

vapor para gerar eletricidade

• General Eletric, Whestinghouse (EUA) • Pratt Whitney (Canadá) • Siemens, MAN, MTU, Turbomeca, Volvo (Europa) • Saturn e TurboAtom (Rússia e Ucrânia) • Mitsubishi e Hitachi (Japão) • TGM, Polaris (Brasil)

JEM

B

Set/

20

16

2

Introdução e Histórico

Turbinas a Vapor

• De Impulsão – a queda de pressão ocorre no estator ou bocal, somete converte a energia cinética do vapor em potência de eixo

• De Reação – a queda de pressão ocorre no estator e no rotor, ou seja existe expansão pela diminuição de área de escoamento entre as pás do rotor da turbina

JEM

B

Set/

20

16

3

Classificação

Turbinas a Vapor

• Turbina de Ação Simples (de Laval) – turbina de impulsão de um estágio, adequada para baixa potência

• Turbina Curtis – Turbina de impulsão com dois estágios com escalonamento de pressão

• Turbina Rateau – Turbina de impulsão com dois estágios tipo de Laval com escalonamento de velocidades

• Turbina Curtis-Rateau – Turbina de impulsão mista com escalonamento de pressão e de velocidades

JEM

B

Set/

20

16

4

Turbinas de Impulsão

Turbinas a Vapor

• Turbina de Reação – é sempre composta de múltiplos estágios com escalonamento gradual de velocidade e pressão ao longo destes (mais moderna)

• Turbina de Contrapressão – a saída de vapor está acima da pressão ambiente e da temperatura de condensação da água

• Turbina de Condensação - a saída de vapor está menor que a pressão ambiente (vácuo)

JEM

B

Set/

20

16

5

Classificação pela Exaustão

Turbinas a Vapor

• Turbina de Baixa Pressão – vapor na entrada a 22bar e 320°C

• Turbina de Média Pressão – vapor na entrada a 45 bar e 450°C

• Turbina de Alta Pressão – vapor na entrada de 65 a 140 bar e de 480 a 540°C – tipo em expansão no mercado brasileiro de geração de energia

JEM

B

Set/

20

16

6

Classificação de Mercado

Turbinas a Vapor

JEM

B

Set/

20

16

7

Esquema Térmico

Turbinas a Vapor

• Ciclo RANKINE

JEM

B

Set/

20

16

8

Ciclo Termodinâmico

𝜂𝑡 = 1 −𝑇𝑓𝑟𝑖𝑎𝑇𝑞𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒

=𝑄23 − 𝑄41

𝑄23

Turbinas a Vapor

• Para variação entálpicas maiores que 1000 kJ/kg é necessário usar mais de um estágio de turbinas (par estator/rotor), pois cada estágio pode realizar um salto entálpico de até 50 kJ/kg. Também os estágios são agrupados por faixa de pressão.

JEM

B

Set/

20

16

9

Múltiplos Estágios de Turbinas

mautone@ufmg.br

emautone@terra.com.br

JEM

B

Set/

20

16

10