Máquinas de Fluxo - Unidade 1 –
Encontro 1 – Conceitos Gerais
Ano Novo
Unidade 1 – Descrição das máquinas de fluxo e teoria
monodimensional
Encontro 1 - Conceito gerais e partes de uma máquina de fluxo.
Encontro 2 – Tipos de máquinas de fluxo e suas principais características.
Encontro 3 – Conceito de volume de controle fixo e diagrama das velocidades.
Encontro 4 – Equação de conservação da massa, equação de Euler e projeção meridiana.
Unidade 1 – Descrição das máquinas de
fluxo e teoria monodimensional
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Encontro 1 - Conceito gerais e partes de uma máquina de fluxo.
Definição: Máquina de Fluxo é a máquina que transfere energia
entre um fluido que se escoa continuamente e um elemento girando em torno de um eixo fixo.
Aplicações: indústrias militar, aeronáutica, aeroespacial, automotiva,
naval e de geração de energia com alta eficiência e até mesmo residenciais.
São máquinas de fluxo: bombas, turbinas, ventiladores e compressores. Todas essas máquinas têm em comum da movimentação contínua de fluido (água, ar, gases).
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fluxo e teoria monodimensional
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Encontro 1 - Conceito gerais e partes de uma máquina de fluxo. Transformação de Energia em Máquinas de Fluxo:
a) energia mecânica em energia de fluido; b) energia de fluido em energia mecânica.
Lei da Conservação de Energia:
sem alteração da estrutura da matéria, a energia não é criada nem destruída, mas, sim, passa de uma forma a outra, através de transformações físicas e/ou químicas.
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fluxo e teoria monodimensional
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Encontro 1 - Conceito gerais e partes de uma máquina de fluxo. Principais Formas de Energia Existentes:
• Do movimento térmico dos átomos e moléculas;
• Da cinética dos corpos;
• Do campo gravitacional (potencial);
• Do campo elétrico; • Do campo magnético; • Da radiação eletromagnética; • Intramolecular; • De pressão; • Luminosa; • Térmica.
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fluxo e teoria monodimensional
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Encontro 1 - Conceito gerais e partes de uma máquina de fluxo. Principais Formas de Energia Existentes:
• Do movimento térmico dos átomos e moléculas;
• Da cinética dos corpos;
• Do campo gravitacional (potencial);
• Do campo elétrico; • Do campo magnético; • Da radiação eletromagnética; • Intramolecular; • De pressão; • Luminosa; • Térmica
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fluxo e teoria monodimensional
Formas de Energia que um fluido
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Encontro 1 - Conceito gerais e partes de uma máquina de fluxo. Energia Mecânica:
é aquela associada aos movimentos (rotação e/ou translação) dos componentes de uma máquina. Esses movimentos geralmente são utilizados para transmitir potência, que é o que se espera das máquinas de fluxo.
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Encontro 1 - Conceito gerais e partes de uma máquina de fluxo. Máquinas de Fluxo = Máquinas Hidráulicas.
Deve-se ter em mente que no conceito de máquinas hidráulicas introduzido estão englobadas todas as máquinas que operam com fluidos, tanto incompressíveis como compressíveis, apesar de a terminologia “hidráulica” tender a dar a impressão de referir-se apenas a fluidos incompressíveis, mais especificamente água.
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Encontro 1 - Conceito gerais e partes de uma máquina de fluxo. Partes de uma máquina de fluxo:
Classificação: https://www.youtube.com/watch?v=IBKoHSXWuck Turbinas: https://www.youtube.com/watch?v=U2dU3ikHBjY&t=7s
https://www.youtube.com/watch?v=ZtNOpopvO7c&t=3s Bombas: https://www.youtube.com/watch?v=zsUBRlYuaA8&t=79s
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Encontro 1 - Conceito gerais e partes de uma máquina de fluxo. Definições importantes
Sistema de bombeamento: é o sistema constituído pelos
reservatórios de sucção (de onde a bomba aspira o fluido de
trabalho) e de descarga ou de recalque (para onde a bomba movimenta o fluido de trabalho), pela bomba, pelas tubulações que ligam os diversos componentes do sistema de bombeamento; pelos
componentes acessórios (cotovelos, válvulas de controle ou
unidirecionais), pelos suportes.
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Encontro 1 - Conceito gerais e partes de uma máquina de fluxo. Definições importantes
Altura de elevação ou altura de carga ou altura de bombeamento: é
a quantidade de energia específica (geralmente expressa em metros de coluna de fluido de trabalho) que o rotor da máquina transfere ao
fluido de trabalho (no caso de bombas) ou que o fluido de trabalho
transfere ao rotor da máquina (no caso de turbinas).
Perda de carga: é a perda de pressão de estagnação entre dois
pontos do sistema de bombeamento.
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Encontro 1 - Conceito gerais e partes de uma máquina de fluxo. Definições importantes
Altura manométrica ou altura de elevação manométrica: é a altura
de elevação referida a um fluido de trabalho especificado (geralmente água destilada à temperatura de 4 graus Celsius, com densidade de 1000 kg/m3). Note-se que esta terminologia pode induzir erro ao poder dar a entender que a energia específica está sendo referenciada a alguma diferença de pressões, como no caso da pressão manométrica.
Potência do motor: é a potência disponibilizada pelo motor na ponta
de eixo que é ligada à máquina.
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Encontro 1 - Conceito gerais e partes de uma máquina de fluxo. Definições importantes
Potência de eixo: é a potência disponibilizada pela máquina no eixo
ligado ao rotor. Note-se que a potência de eixo é igual à potência do motor se não houver perdas entre a ponta de eixo do motor e a posição em que o eixo se fixa ao rotor.
Potência útil: é a potência que é efetivamente transferida ao fluido
pelo rotor, ou ao rotor, pelo fluido.
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Encontro 1 - Conceito gerais e partes de uma máquina de fluxo. Definições importantes
Potência dissipada: é a potência consumida pelas perdas viscosas
(consumida devido a atrito viscoso, quando o fluido de trabalho se escoa no interior da máquina), volumétricas (consumida devido às perdas volumétricas decorrentes de fugas, escoamento secundário, etc.) e mecânicas (consumida devido a atrito nos mancais, gaxetas, vedações, etc.)
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Encontro 1 - Conceito gerais e partes de uma máquina de fluxo. Classificação das Máquinas de Fluxo
1 – Quanto a direção de transferência de energia
Todas as máquinas em que a energia hidráulica é transformada em energia mecânica, tanto na forma de um eixo rodando ou de um pistão se deslocando, são chamadas de máquinas motoras.
Exemplos: Turbinas: turbinas a vapor, turbinas a gás, turbinas hidráulicas em geral (Francis, Kaplan, Pelton, etc.); motores: de pistões, de palhetas, etc.
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Encontro 1 - Conceito gerais e partes de uma máquina de fluxo. Classificação das Máquinas de Fluxo
1 – Quanto a direção de transferência de energia
Todas as máquinas que transformam energia mecânica em energia hidráulica (na forma de um fluido em movimento) são chamadas de
máquinas movidas.
Exemplos: Bombas (centrífugas, axiais); Ventiladores (centrífugos, axiais); Compressores (centrífugos, axiais).
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Encontro 1 - Conceito gerais e partes de uma máquina de fluxo. Classificação das Máquinas de Fluxo
1 – Quanto a direção de transferência de energia
Nas máquinas motoras o trabalho é produzido pelo fluido e a energia mecânica é extraída dele. Nas máquinas movidas o trabalho é realizado sobre o fluido e a energia hidráulica adicionada a ele.
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2 – Quanto ao modo como o fluido atravessa a máquina
A máquina é chamada de máquina de deslocamento positivo se o fluido que atravessa a máquina é admitido num espaço delimitado por partes mecânicas, onde fica isolado. Posteriormente, é forçado (ou liberado) a deixar esse espaço. Nessas máquinas, após o fluido deixar o espaço delimitado em que ficou aprisionado, o ciclo se repete com a admissão de nova quantidade de fluido.
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Encontro 1 - Conceito gerais e partes de uma máquina de fluxo. Classificação das Máquinas de Fluxo
2 – Quanto ao modo como o fluido atravessa a máquina
As máquinas em que o fluido se escoa continuamente através de seus componentes, sem ficar isolado em espaço físico delimitado, são classificadas como máquinas de fluxo.
São características das máquinas de fluxo a existência de um rotor, que gira constantemente e que força o fluido a atravessá-lo continuamente. A transferência de energia fluido-rotor ou rotor-fluido é contínua.
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3 – Quanto a direção do escoamento
Quando o escoamento é na direção perpendicular ao seu eixo de rotação, a máquina é dita radial ou centrífuga. São também classificadas como radiais ou centrífugas as bombas com admissão axial e descarga radial e as turbinas com admissão radial e descarga axial.
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Encontro 1 - Conceito gerais e partes de uma máquina de fluxo. Classificação das Máquinas de Fluxo
3 – Quanto a direção do escoamento
Quando o escoamento é na direção do eixo de rotação, a máquina é dita axial.
Se as componentes radiais e axiais são de mesma ordem de grandeza, a máquina é dita diagonal ou de fluxo misto.
Quando o escoamento incidente no rotor lhe for tangencial, a máquina é dita tangencial.
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4 – Quanto ao modo de injeção nas turbinas
Chama-se modo de injeção a maneira como a roda da (rotor) turbina é alimentada pelo distribuidor (estator, injetor):
• Injeção total – a entrada do fluido no rotor é feita de modo uniforme sobre toda a periferia da roda. Geralmente todas as turbinas de reação utilizam injeção total.
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4 – Quanto ao modo de injeção nas turbinas
• Injeção parcial – quando o fluido chega ao rotor apenas por uma parte da periferia da roda da turbina (turbina Pelton, turbina a vapor com bocal de Laval), num único ou em vários pontos.
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5 – Quanto à variação de pressão no rotor
Se a pressão do fluido, ao atravessar o rotor, permanece constante, a máquina é dita de ação ou de impulso. Se a pressão do fluido, ao atravessar o rotor, varia, a máquina e dita de reação. Define-se o grau de reação da máquina em função da percentagem da variação de pressão no rotor.
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5 – Quanto à variação de pressão no rotor
Exemplos de máquinas de ação: turbina Pelton (tangencial), turbina a vapor de ação.
Exemplos de máquinas de reação: turbinas hidráulicas hélice, Kaplan, Francis; turbinas de reação (a vapor ou a gás).
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Encontro 1 - Conceito gerais e partes de uma máquina de fluxo. Classificação das Máquinas de Fluxo
Analisando a tabela anterior, por que as turbinas a gás são os motores apropriados para utilização em aeronaves, trens, plataformas marítimas?
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Encontro 1 - Conceito gerais e partes de uma máquina de fluxo. Balanço Energético em uma máquina de fluxo
