Sexta Feira, 08 de Agosto de 2008
» Motor Rotativo a Vapor



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A turbina a vapor

As turbinas de vapor são máquinas rotativas que aproveitam a variação de entalpia(1) de um fluido, regra geral a água, para produzir trabalho através da rotação de um órgão móvel: o rotor. São máquinas de ponta, sujeitas a grandes esforços, que operam a grandes velocidades, pressões e temperaturas que conseguem aproveitar a quase totalidade da energia contida no vapor antes deste começar a condensar. Num modo muito simplista, pode-se dizer que as turbinas são hélices que funcionam inversamente, aproveitando o fluxo de um fluido para realizar trabalho. Além das turbinas de vapor, existem também turbinas de gás, de vento e hidráulicas. As turbinas de gás, por também serem usadas a bordo de alguns navios e por terem um funcionamento distinto do das de vapor, serão abordadas num outro artigo a publicar.




Esquema em corte de uma turbina SST-600 fabricada pela Siemens AG. Esta turbina pode ser usada não só como turbo-gerador em pequenas centrais termo-eléctricas como também dirigir bombas para a compressão de água em instalações termo-eléctricas de grande dimensão, compressores ou quaisquer outras máquinas que funcionem a elevadas rotações. Este modelo pode gerar até 100 MW de potência e funcionar em regimes entre as 3000 rpm e as 15000 rpm. O vapor pode entrar a 540 ºC e a uma pressão de até 140 bar, saindo a uma outra de até 55 bar.

Reproduzido com autorização de Siemens Power Generation. Protegido por direitos de copyright.

Faça-se uma breve comparação entre as máquinas alternas a vapor e turbinas:
  • A turbina a vapor tem um movimento uniforme e suave, em torno de um eixo longitudinal. O vapor entra por uma extremidade da turbina e sai pela outra, não havendo necessidade de componentes distribuidores, uma vantagem comparativamente aos motores alternativos que necessitam de diversos componentes para a distribuição do vapor pelos cilindros.
  • Uma vez que o seu movimento é contínuo, não estão tão sujeitas a forças de inércia como as causadas pelo movimento alternado dos pesados êmbolos dos motores alternos, tendo, portanto, um binário quase constante e desprezando a necessidade de um volante montado sobre o veio.
  • O volume da turbina não é limitador no que toca à expansão do vapor, como acontece com as máquinas alternativas, onde a cilindrada limita a sua expansão.
  • Para a mesma potência, uma turbina pesa muito menos que o equivalente numa máquina alternativa, o que é evidentemente uma grande vantagem.
  • Trabalham a elevadas rotações, que variam entre 2000 rpm e 3000 rpm, para as grandes unidades, e 35000 a 40000 para as unidades de pequeno porte. Para potências médias, é corrente encontrarmos valores da ordem das 9000 rpm a 12000 rpm. Isto torna-se uma desvantagem quando temos em conta que existe um limite para as rotações do hélice, de modo a evitar a cavitação do mesmo. A solução passa pelas já referidas caixas redutoras.



(1) Entalpia é uma grandeza termodinâmica que relaciona a energia contida numa substância e a sua quantidade. É obtida através da soma da energia interna de uma substância com o produto da pressão pelo volume. Assim, constata-se que a entalpia varia conforme a pressão, a temperatura e volume da substância, dado estas três grandesas estarem inter-ligadas entre si. É expressa em Quilojoule por Quilograma [KJ/Kg].



O presente artigo visa os dados mais genéricos e menos complicados das turbinas de vapor. Existem muitas variantes ao ciclo de vapor simples. Dada a sua complexidade e enorme variedade, grande parte ficou por abordar. Todos os temas foram abordados superficialmente tendo em vista uma fácil compreenção por parte dos leitores.
Pedro Baptista, Fevereiro 2008

Agradecimentos:
Clive Robertson
João Lourenço
Siemens Power Generation


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