Principios de Maquinas de Fluxo - Introducao e Definicicoes SENAI CIMATEC

SENAI CIMATEC CENTRO UNIVERSITÁRIO Princípios de Máquinas de Fluxo Instrutor MSc Roberto Macedo de Souza 1 Princípios de máquinas de fluxo Introdução O homem e os desafios para controlar a natureza e transferência de produtos Primeiras máquinas de fluxo rodas de conchas e as bombas de parafuso Os romanos desenvolveram as rodas de pás para obter energia por volta de 70 ac Hoje tiramos proveito de várias máquinas de fluxo água pressurizada de uma torneira secador de cabelos dirigimos um carro no qual máquinas de fluxo operam os sistemas de lubrificação refrigeração e direção trabalhamos num ambiente confortável provido com circulação de ar O homem tem buscado controlar a natureza desde a antiguidade O homem primitivo transportava água em baldes ou conchas com a formação de grupos maiores esse processo foi mecanizado Assim as primeiras máquinas de fluxo desenvolvidas foram as rodas de conchas e as bombas de parafuso para elevar a água 2 Princípios de máquinas de fluxo Definições Sistemas fluido mecânicos conjunto formado por máquinas eou dispositivos cuja função é extrair ou adicionar energia depara um fluido de trabalho Máquina Dinâmica é o equipamento que promove a troca de energia entre um sistema mecânico e um fluido transformando energia mecânica em energia de fluido ou energia de fluido em energia mecânica Máquina de deslocamento A variação volumétrica do cilindro proporciona a energia para o fluído Máquina térmica É aquela integrada num sistema que realiza a conversão de calor em trabalho mecânico Máquina hidráulica É aquela que realiza a conversão da força do líquido em trabalho mecânico ou viceversa Seta curva ligeira com preenchimento sólido Seta curva ligeira com preenchimento sólido Máquina Dinâmica O fluído de trabalho passa de maneira continua pelo elemento principal da máquina o rotor Não há confinamento de volume O fluxo é constante Máquina de deslocamento uma quantidade fixa de fluido de trabalho é confinada durante sua passagem através da máquina e submetido a troca de pressão em razão da variação de volume do recipiente em que se encontra contido Máquina térmica É a máquina que trabalha com fluído considerado compressível gás vapor dágua Máquina hidráulica É a máquina que trabalha com fluído considerado incompressível dentro da faixa normal de pressão água óleo etc 3 Princípios de máquinas de fluxo Definições Máquina motoramotriz É a máquina que retira trabalho mecânico da energia contida no fluído turbina roda dágua Máquina geradoraoperatriz É a máquina que fornece energia ao escoamento do fluído bomba compressor ventilador etc 4 Princípios de máquinas de fluxo Turbomáquinas Compressibilidade do fluído Diagonal Axial Geradora Térmica Centrífuga Motora Hidráulica Volumétricas Desloc Positivo Dinâmicas Turbomáquinas Direção do fluído Princípio de transferência de energia Princípio de funcionamento Classificação 5 Princípios de máquinas de fluxo Máquinas de fluído Máquinas Hidráulicas Turbinas Eólicas Turbinas Hidráulicas Ventiladores Gases Bombas Líquidos Motora Geradora Volumétrica Máq Desloc Dinâmica Turbomáquinas Máquinas Térmicas Turbinas a Vapor Turbinas a Gás Turbocompressores Motora Geradora Volumétrica Máq Desloc Dinâmicas Turbomáquinas Bombas de engrenagem Compressor de pistão Máquina a vapor de êmbolo 6 Existem diversas classificações conforme o produto operação etc Princípios de máquinas de fluxo Classificação Máquinas Dinâmicas Fluído de trabalho Exemplo Líquido Turbina hidráulida e bomba centrífuga Gás Ventilador turbocompressor Vapor água freon etc Turbina a vapor turbocompressor Gás de combustão Turbina a gás motor de reação Máquinas Volumétrica Deslocamento Fluído de trabalho Exemplo Liquído Bomba de engrenagens de cavidade progressiva de parafuso Gás neutro Compressor alternativo ou rotativo Vapor freon amônia etc Compressor alternativo ou rotativo Gás de combustão Motor alternativo de pistão 7 Princípios de máquinas de fluxo Principais características Máquinas Dinâmicas Máquinas de deslocamento Alta rotação Baixas e médias rotações Potência específica elevada potênciapeso Potência específica média p baixa potênciapeso Não há dispositivos com movimento alternativo Várias têm dispositivos com movimento alternativo Médias e baixas pressões de trabalho Altas e muito altas pressões de trabalho Não operam eficientemente com fluidos de viscosidade elevada Adequadas para operar com fluidos de viscosidade elevada Vazão contínua Na maior parte dos casos vazão intermitente Grandes vazões volumêtricas Pequenas vazões Na maioria dos casos projeto hidrodinâmico e características construtivas mais complexas que as máquinas de deslocamento Na maioria dos casos projeto hidrodinâmico e características construtivas mais simples que as máquinas de fluxo 8 Princípios de máquinas de fluxo Campo de aplicação Bombas Fonte UFPR 2006 Há o predomínio das máquinas dinâmicas bombas centrífugas bombas de fluxo misto e bombas axiais para a região de médias e grandes vazões enquanto as bombas alternativas e rotativas máquinas de deslocamento positivo dominam a faixa de médias e grandes alturas de elevação e pequenas vazões Como existem áreas de superposição entre os campos de aplicação dos diferentes tipos de bombas outros critérios como viscosidade do líquido bombeado presença de sólidos em suspensão variação ou não da vazão em função da variação da resistência do sistema ao escoamento facilidade de manutenção custos etc devem ser levados em consideração para a seleção da máquina mais adequada para um determinado tipo de aplicação 9 Existe uma grande superposição entre as máquinas dinâmicas e as de deslocamento Princípios de máquinas de fluxo Campo de aplicação Compressores e ventiladores Fonte UFPR 2006 Para regiões de grande vazão existe o predomínio absoluto dos compressores centrífugos e axiais máquinas dinâmicas principalmente em situações como nos motores de avião em que a relação requerida entre a potência de propulsão e o peso da máquina seja a maior possível e que apresente um formato favorável do ponto de vista aerodinâmico Na gama das pequenas e médias vazões e elevadas relações de pressão entre descarga e admissão os compressores alternativos de êmbolo ou pistão mantêm o seu predomínio No entanto eles têm cedido espaço para os compressores de palhetas e de parafuso para as situações de médias vazões e pressões não tão elevadas 10 Princípios de máquinas de fluxo Campo de aplicação Turbinas hidráulicas Fonte UFPR 2006 Levando em consideração a altura de queda a vazão e a potência Embora fique evidenciada a existência de regiões em que prepondera turbina Kaplan para grandes vazões e pequenas alturas de queda e turbina Pelton para as maiores alturas de queda existem faixas de altura de queda e vazão em que mais de um tipo de máquina poderia ser utilizado Nesse caso também serão empregados critérios adicionais de seleção como custo do gerador elétrico risco de cavitação custo de construção civil flexibilidade de operação facilidade de manutenção entre outros 11