Perdas de Energia em Maquinas de Fluxo: Turbocompressores e Turbinas Hidraulicas

Professora Camila Pereira Lisboa Máquinas de Fluxo Aumento de 1 de rendimento Turbocompressor radial para gás natural P 40 MPa e potência de acionamento de 10 MW Reduz 100 kW motor de acionamento Redução de 1 no rendimento Turbina hidráulica Francis Itaipu com 700 MW de potência reduz a geração de potência em 7000 kW Potência equivalente a pequenas centrais hidrelétrica Furnas de Segredo rio Jaguarí RS Perdas de Energia em Máquinas de Fluxo Internas perdas hidráulicas perdas por fugas ou volumétricas perdas por atrito de disco e perdas por ventilação máquinas de admissão parcial Externas perdas mecânicas Tipos de Perdas As perdas hidráulicas hydraulic losses são as mais importantes nas máquinas de fluxo e originamse do atrito do fluido com as paredes dos canais do rotor e sistema diretor da dissipação de energia por mudança brusca de seção e direção dos canais que conduzem o fluido através da máquina e também pelo choque do fluido contra o bordo de ataque das pás que tem lugar quando a máquina funciona fora do ponto nominal ou ponto de projeto Tipos de Perdas Hidráulicas Geradoras Motoras Tipos de Perdas Fugas ou Volumétricas Tipos de Perdas Fugas ou Volumétricas Energia perdida por fugas Tipos de Perdas Atrito de Disco Atrito entre as paredes externas ao disco arrastam partículas do fluido entre o rotor e as paredes da carcaça As perdas por ventilação windage losses só têm lugar nas máquinas de fluxo de admissão parcial e são muito importantes nos estágios de ação das turbinas a vapor e das turbinas a gás Elas se originam pelo contato das pás inativas do rotor com o fluido que se encontra no recinto onde ele gira As perdas descritas denominadas perdas internas das máquinas de fluxo têm como característica comum o fornecimento de calor ao fluido de trabalho e consequentemente o aumento da sua entalpia de descarga Finalmente é importante mencionar as perdas mecânicas mechanical losses consequência do atrito nos mancais e nos dispositivos de vedação por contato nas gaxetas e nos selos mecânicos por exemplo e do atrito do ar com superfícies rotativas tais como volantes e acoplamentos As perdas nos dispositivos de transmissão e no acionamento de órgãos auxiliares tais como reguladores de velocidade e bombas de óleo também podem ser consideradas como perdas mecânicas O calor gerado por essas perdas normalmente não é transmitido ao fluido de trabalho daí serem chamadas também de perdas externas Potências e Rendimentos em Máquinas de Fluxo Geradoras Motoras Potências e Rendimentos em Máquinas de Fluxo Potências e Rendimentos em Máquinas de Fluxo Potências e Rendimentos em Máquinas de Fluxo Potências e Rendimentos em Máquinas de Fluxo MOTORAS GERADORAS Potências e Rendimentos em Máquinas de Fluxo Geradoras Potências e Rendimentos em Máquinas de Fluxo Potências e Rendimentos em Máquinas de Fluxo Rendimento Total MOTORAS GERADORAS MOTORAS E GERADORAS Potências e Rendimentos em Máquinas de Fluxo Potência no Eixo Grau de reação teórico Turbinas a vapor Grau de Reação Real Grau de reação real Leva em conta as perdas que ocorrem no interior da máquina Permite no caso de ventiladores o conhecimento das condições de velocidade de escoamento do fluido na boca de descarga Grau de Reação Real O ventilador aspira diretamente da atmosfera podendo considerar a pressão relativa pa 0 e ca 0 Exemplo 1 O projeto original da Usina Hidrelétrica de Dona Francisca no rio Jacuí previa 1282 MW de potência instalada com duas unidades de turbinas do tipo Kaplan de 641 MW cada uma A altura de queda disponível é de 39 m Supondo que as características construtivas das turbinas apresentem os seguintes valores n 1636 rpm De 424 m DiDe 043 ηh 096 ηv 100 ηa 100 ηm 098 cm4 cm5 c5 para todos os diâmetros do rotor e considerando a massa específica da água ρ 1000 kgm3 calcular a a vazão nominal de projeto de cada turbina b o ângulo de inclinação das pás na entrada do rotor para o diâmetro exterior c o ângulo de inclinação das pás na entrada do rotor para o diâmetro interior Exemplo 1 Entrada de água Reservatório Represa Vertedouro Conduto Energia para a rede Gerador Turbina Paletas Saída da água Exemplo 2 Um ventilador centrífugo movimenta 120 m³s de gás com massa específica igual a 12 kgm³ aspirando de uma câmara à pressão de 1080 Pa e insuflando em outra à pressão de 2160 Pa com uma velocidade de insuflação de 15 ms Na aspiração há um filtro onde se produz uma queda de pressão perda de carga de 540 Pa No conduto de aspiração produzse uma perda adicional de 834 Pa e no conduto de descarga uma perda de 1226 Pa Sabendose que o ventilador possui as seguintes características n 336 rpm cm5 156 ms D5 443 m α4 90 ηh 08 ηt 076 e considerandose número infinito de pás com espessura infinitesimal calcular a a diferença de pressão total a ser vencida pelo ventilador b a potência consumida no seu eixo c o ângulo de inclinação das pás na saída do rotor FIM