Maquinas de Fluxo - Classificacao e Tipos - UNILA

Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA CLASSIFICAÇÃO DAS MÁQUINAS DE FLUXO Capítulo 2 21 Quanto à Modalidade ou ao Sentido das Transformações de Energia 22 Quanto ao Tipo de Escoamento 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor 24 Quanto ao Sentido do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA CLASSIFICAÇÃO DAS MÁQUINAS DE FLUXO Capítulo 2 25 Quanto à Diferença de Pressões e Vazões Operadas 26 Quanto ao Tipo de Transformação de Energia Operada 27 Aplicações Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA a TM Motoras b TM Geradoras c TM Reversíveis 21 Quanto à Modalidade ou ao Sentido das Transformações de Energia Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA a TM Motoras ou TM Motrizes ou TM Acionadoras Ep T Ec Exemplos Turbinas hidráulicas Turbinas eólicas Turbinas a gás Turbinas a vapor 21 Quanto à Modalidade ou ao Sentido das Transformações de Energia Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA b TM Geradoras ou TM Acionadas T E Ec p Exemplos Turbobombas Ventiladores Sopradores Turbocompressores 21 Quanto à Modalidade ou ao Sentido das Transformações de Energia Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA c TM Reversíveis TM Geradoras ou Motoras ou T T c p E Ep E c E Exemplo TurbinasBombas 21 Quanto à Modalidade ou ao Sentido das Transformações de Energia Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 175 Turbinabomba para central de acumulação Para quedas menores que 600 metros em geral são utilizadas turbinas reversíveis que operam tanto como turbinas quanto como bombas A instalação de apenas uma máquina hidráulica significa uma vantagem econômica Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA a TM Hidráulicas b TM Térmicas 22 Quanto ao Tipo de Escoamento Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA a TM Hidráulicas O escoamento no interior dessas máquinas é incompressível ou aproximadamente incompressí vel 22 Quanto ao Tipo de Escoamento Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA a TM Hidráulicas No caso de TM que operam gás o escoamento é considerado incompressível se o número de Mach M Vcsom é menor que 03 Nesse caso a variação da massa específica ρρρρ é menor que aproximadamente 58 22 Quanto ao Tipo de Escoamento Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA a TM Hidráulicas Exemplos Turbinas hidráulicas Turbinas eólicas Turbobombas Ventiladores Acoplamentos hidráulicos Conversores hidrodinâmicos de torque 22 Quanto ao Tipo de Escoamento Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA b TM Térmicas O escoamento no interior dessas máquinas é compressível ou seja M 03 22 Quanto ao Tipo de Escoamento Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA b TM Térmicas Exemplos Turbinas a gás Turbinas a vapor Sopradores Turbocompressores Turbohélices Turbojatos 22 Quanto ao Tipo de Escoamento Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA a TM Tangenciais b TM Radiais c TM Diagonais ou TM Mistas d TM Axiais 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Figura 13 Classificação das máquinas de fluxo motoras quanto à direção do escoamento Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Figura 14 Classificação das máquinas de fluxo geradoras quanto à direção do escoamento Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 17 Campo de aplicação de bombas hidráulicas em função do ns Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 112 Campo de velocidades do escoamento relativo Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA a TM Tangenciais O escoamento principal através do rotor é tangente ao eixo do rotor 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor a TM Tangenciais CLjato CLjato Dj Exemplo Turbinas Pelton Lester A Pelton 18291908 Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA a TM Tangenciais Exemplos Turbinas Pelton Figs 126 a 131 Turbinas Turgo 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 126 Turbina Pelton com 1 injetor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 127 Turbina Pelton com 2 injetores Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 131 Turbina Pelton de eixo vertical com 6 injetores H 398 m Q 4527 m3s n 180 rpm Pe 158240 kW Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA b MF Radiais O escoamento principal através do rotor é radial ou aproximadamente radial ao eixo do rotor 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA b MF Radiais CL 4 5 4 5 a MFGPR 4 5 b MFGAR c MFGAR a r 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA b MF Radiais O escoamento principal através do rotor é radial ou aproximadamente radial ao eixo do rotor 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA b MF Radiais CL a MFMPR b MFMAR c MFMAR 5 4 5 4 5 4 a r 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA b MF Radiais Exemplos Turbinas Francis Lentas Figs 132 e 133 Turbobombas Radiais Figs 159 até 161 Ventiladores Radiais Fig 176 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 13 Classificação das máquinas de fluxo motoras quanto à direção do escoamento Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 14 Classificação das máquinas de fluxo geradoras quanto à direção do escoamento Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 132 Dimensões relativas de rotores de Turbina Francis para produzirem a mesma potência Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 133 Rotores de Turbina Francis dos tipos lento normal e rápido Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 160 Bomba centrífuga de 1 estágio Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 176 Ventilador radial com sistema diretor regulável na entrada Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA c MF Diagonais O escoamento principal através do rotor apresenta um componente radial e um componente axial ao eixo do rotor 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA c MF Diagonais CL 4 5 a MFGD P P 5 4 b MFGD a r 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA c MF Diagonais CL a MFMD b MFMD a r 5 4 P P 4 5 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA c MF Diagonais Exemplos Turbinas Francis Normais Figs 132 até 136 Turbinas Francis Rápidas Figs 132 até 140 Ventiladores Diagonais Turbinas Deriaz Figs 151 Turbobombas Diagonais Figs 173 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 13 Classificação das máquinas de fluxo motoras quanto à direção do escoamento Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 14 Classificação das máquinas de fluxo geradoras quanto à direção do escoamento Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 132 Dimensões relativas de rotores de Turbina Francis para produzirem a mesma potência Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 132 Dimensões relativas de rotores de Turbina Francis para produzirem a mesma potência Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 133 Rotores de Turbina Francis dos tipos lento normal e rápido Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 140 Turbina Francis da Usina Hidrelétrica de Marinbondo H 619 m Q 323 m3s n 100 rpm Pe 1854 MW Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 151 Turbina Deriaz escoamento diagonal Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 173 Bomba diagonal Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA d MF Axiais O escoamento principal através do rotor é axial ou aproximadamente axial ao eixo do rotor 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA d MF Axiais CL a MFGAA b MFGPA a r 5 4 5 4 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA d MF Axiais CL a MFMAA b MFMPA a r 5 4 5 4 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA d MF Axiais Exemplos Turbinas hélice Turbinas Bulbo Figs 149 e 150 Ventiladores axiais Bombas axiais Figs 169 e 170 Turbinas Kaplan Figs 143 até 145 Figs 182 e 183 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 143 Corte longitudinal e nomenclatura básica de Turbina Kaplan Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 145 Sistema diretor e rotor de Turbina Kaplan Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 146 Rotor Kaplan em corte total e parcial Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 148 Grupo de máquinas de Três Marias com rotor Kaplan de 8 pás H 55 m Q 155 m3s n 1636 rpm Pe 75000 kW Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 182 Esquema de um ventilador axial Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Observação Uma grandeza que caracteriza a configuração direção do escoamento no rotor e em conseqüência a sua geometria formato do rotor é a chamada rotação específica Existem várias definições para diversas rotações específicas Capítulo 2 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Observação Por enquanto se tomará a rotação específica referente à vazão nqA como grandeza adimensional caracterizando a geometria do rotor no que se refere à sua seção meridional Item 32 ou seja 12 3 qA 34 Q n n 10 Y 111 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Observação 12 3 qA 34 Q n n 10 Y 111 nqA rotação específica segundo Addison n rotação do rotor rps Q vazão volumétrica da MF m3s Y trabalho específico MF Jkg 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA NOTA 1 Para MF dupla 12 3 qA 34 Q2 n n 10 Y 112 4 5 4 5 Q2 Q2 Q Q vazão volumétrica total da MF 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 138 Turbina Francis dupla sem coroa externa no rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 153 Diversos arranjos de rotores de bombas centrífugas Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA NOTA 2 Para Turbina Pelton 12 3 qA 34 Q n Y I n 10 113 I número de injetores ou bocais CLjato CLjato Para o caso da figura ao lado I 2 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 127 Turbina Pelton com 2 injetores Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA NOTA 3 Para MF de múltiplos estágios 12 3 qA 34 Q n n 10 Y N 114 4 5 4 5 Q Q Para o caso da figura ao lado N 2 N número de estágios ou rotores 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 165 Bomba centrífuga de 9 estágios Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 153 Diversos arranjos de rotores de bombas centrífugas Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA NOTA 4 Para MF dupla de múltiplos estágios 12 3 qA 34 Q n n 10 N Y 2 115 Q2 Q2 Q 4 5 4 5 4 5 4 5 Para o caso da figura ao lado N 4 23 Quanto à Configuração do Escoamento no Rotor ou à Direção do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 166 Bomba radial centrífuga dupla de 2 estágios Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA a MF Centrífugas b MF Centrípetas 24 Quanto ao Sentido do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA a MF Centrífugas O escoamento ocorre de dentro para fora do rotor Normalmente esse sentido de escoamento ocorre nas MF geradoras isto é bombas e ventiladores radiais e diagonais 24 Quanto ao Sentido do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA b MF Centrípetas O escoamento ocorre de fora para dentro do rotor Normalmente esse sentido de escoamento ocorre nas MF motoras isto é turbinas Francis lentas normais e rápidas e turbinas Deriaz 24 Quanto ao Sentido do Escoamento no Rotor Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA a MF de Altas Pressões ou MF de Altas Quedas e Baixas Vazões b MF de Médias Pressões ou MF de Médias Quedas e Médias Vazões c MF de Baixas Pressões ou MF de Baixas Quedas e Altas Vazões 25 Quanto à Diferença de Pressões e Vazões Operadas Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA a MF de Altas Pressões ou MF de Altas Quedas e Baixas Vazões Exemplos Turbinas Pelton Figs 15 e 16 Turbinas Francis Lentas Figs 15 e 16 Bombas e Ventiladores Radiais MF de Múltiplos Estágios 25 Quanto à Diferença de Pressões e Vazões Operadas Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA b MF de Médias Pressões ou MF de Médias Quedas e Médias Vazões Exemplos Turbinas Francis Normais Figs 15 e 16 Turbinas Francis Rápidas Figs 15 e 16 Turbinas Deriaz Bombas Diagonais Ventiladores Diagonais 25 Quanto à Diferença de Pressões e Vazões Operadas Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA A turbina Deriaz apresentada pelo engenheiro Paul Deriaz foi a primeira turbinabomba hidráulica diagonal a ser projetada Em contraste com a maioria das máquinas hidráulicas o fluxo em uma turbina Deriaz não segue uma direção axial ou radial completa mas é uma mistura diagonal das duas São similares às turbinas Francis rápidas mas com um mecanismo que permite variar a inclinação das pás do rotor Deriaz H 60 m Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA c MF de Baixas Pressões ou MF de Baixas Quedas e Altas Vazões Exemplos Turbinas hélice Figs 15 e 16 Turbinas Kaplan Figs 15 e 16 Bombas Axiais Ventiladores Axiais 25 Quanto à Diferença de Pressões e Vazões Operadas Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 15 Campo de aplicação de turbinas hidráulicas em função do nqA Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA Figura 16 Campo de aplicação de turbinas hidráulicas em função do ns Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA a MF de Ação b MF de Reação 26 Quanto ao Tipo de Transformação de Energia Operada Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA a MF de Ação Exemplos Turbinas Pelton Turbinas MichellBanki A pressão estática do fluido é constante ao passar pelo rotor Turbinas Turgo 26 Quanto ao Tipo de Transformação de Energia Operada Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA A turbina de fluxo cruzado também conhecida pelos nomes de MichellBanki Banki e MichellOssberger é definida como uma turbina de ação que pode ser instalada com quedas de 1 a 200 m de altura e vazões de 0025 a 13 m3s Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA b MF de Reação Exemplos Turbinas Francis Turbinas hélice A pressão estática do fluido não é constante ao passar pelo rotor Turbinas Kaplan Turbinas Deriaz Bombas e Ventiladores 26 Quanto ao Tipo de Transformação de Energia Operada Máquinas de Fluxo Capítulo 2 Classificação das MF ENGENHARIA DE ENERGIA UNILA