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CAT. 1851 : 56.G.II Modêlo da machina de vapor d'alta pressaõ de Trewtch Uma das primeiras máquinas construídas com a finalidade de aproveitar a pressão do vapor para fazer mover um corpo foi a Spiritalia, construída por Herão de Alexandria, no séc. I d. C. Esta máquina era constituída por uma eolípila girante, com a forma de uma esfera oca, da qual saíam dois tubos diametralmente opostos e encurvados, como num torniquete hidráulico. A esfera podia rodar em torno de um eixo horizontal, cuja direcção passava pelo seu centro. Estes aparelhos, inicialmente construídos sem qualquer preocupação de aplicação prática, mas sim como instrumento de recreação (ver instrumento 82), viriam, no entanto, a ser os precursores de gigantescas máquinas construídas nos séculos XVIII e XIX, as quais desempenharam um papel singular na evolução tecnológica. Na sequência dos estudos feitos por Papin, surgiram diversos mecanismos que faziam o aproveitamento do movimento de um êmbolo no interior de um cilindro, accionado pelo vapor de água sob pressão. No século XVIII foram desenvolvidos alguns sistemas de máquinas, nos quais o vapor era condensado por injecção directa de um jacto de água fria, no interior do cilindro, quando este se encontrava sujeito a uma forte pressão interior. Inicialmente, foram desenvolvidos mecanismos de máquinas de efeito simples, nas quais o vapor, ao ser admitido no interior do cilindro, exercia forte pressão sobre o êmbolo, fazendo-o mover-se num determinado sentido. A entrada do vapor era feita através de uma válvula, que comunicava com a caldeira onde se encontrava a água em ebulição. Quando o êmbolo chegava ao fim do seu percurso, no interior do cilindro, esta válvula era automaticamente fechada, injectando-se então água fria através de uma segunda válvula. Verificava-se assim, devido à condensação do vapor, uma brusca diminuição da pressão no interior do cilindro, o que obrigava o êmbolo a mover-se em sentido contrário. Nas primeiras máquinas construídas, este movimento de retorno do êmbolo era provocado simplesmente por acção da pressão atmosférica. Este tipo de máquina era designado por máquina de efeito simples. Como consequência da diferença dos dois agentes que actuavam um de cada lado do êmbolo - vapor sob pressão e pressão atmosférica - resultava uma assimetria nas características do seu movimento nos dois sentidos, sendo mais rápido e eficaz quando se dava a admissão do vapor no interior do cilindro e mais lento o retorno sob a acção da pressão atmosférica. Para a resolução deste problema, desenvolveram-se sistemas nos quais o vapor entrava alternadamente de um e de outro lado do êmbolo. Para isso utilizavam-se válvulas, que abriam e fechavam alternadamente, fazendo-se a admissão do vapor apenas de um dos lados do êmbolo. Enquanto o vapor entrava numa das partes em que o cilindro estava dividido pelo êmbolo, na outra injectava-se água fria provocando a condensação do vapor. O líquido que resultava deste processo era recolhido num recipiente próprio e retirado periodicamente. Este tipo de máquina era conhecido como sendo de efeito duplo. Em 1769, Watt desenvolveu um novo tipo de máquina na qual o vapor era libertado para a atmosfera através da abertura de uma válvula, evitando as desvantagens da condensação do vapor por acção de um jacto de água fria. A abertura e fecho da válvula de escape era feita através de um complexo sistema de engrenagens e veios de transmissão, comandados por um eixo que se movia solidariamente com o êmbolo. Para isso, desenvolveram-se diversos mecanismos de válvulas, instalados numa caixa de distribuição que permitia que o vapor escapasse alternadamente de cada um dos sectores definidos pelo êmbolo no interior do cilindro. Dois pêndulos cónicos, constituídos por duas esferas que se moviam numa trajectória circular num plano horizontal, eram utilizados para accionar uma segunda válvula no sistema de escape da máquina, permitindo regular o fluxo de vapor e, deste modo, a velocidade da máquina. Este mecanismo é conhecido por regulador de Watt, em homenagem ao seu inventor (ver instrumento 61). O construtor do exemplar existente no Gabinete de Física foi J. M. Clarke. Daguin, Pierre-Adolphe, Traité Élémentaire de Physique, Paris, 1878, n.os 1195 e 1208. Publicado porTURBIVAP28/04/202030/01/2021Publicado emConteúdos, Turbina a VaporTags:Como funciona uma turbina a vapor, energia turbina a vapor, funcionamento turbina a vapor, O que é uma turbina a vapor, princípio funcionamento turbina a vaoir, Princípio turbina a vapor, qual princípio turbina a vapor, Steam Turbine, Turbina a vapor, turbina a vapor funcionamento, turbivap, Turbomachinery, what is steam turbine Turbina a vapor funciona com o direcionamento de vapor pressurizado em um conjunto de palhetas fixadas em uma roda, realizando assim um trabalho mecânicoHoje vamos falar sobre o funcionamento turbina a vapor. Vamos descobrir melhor e em detalhes como é o processo de geração de energia elétrica utilizando turbinas a vapor. Ou seja, vamos descobrir como funciona uma turbina a vapor. Antes de falar do funcionamento de uma turbina, vamos primeiro para sua definição. O que é uma turbina vapor?Uma turbina a vapor é um dispositivo mecânico que transforma a energia do vapor pressurizado em trabalho mecânico. As turbinas a vapor são utilizadas em processos industriais onde existe a disponibilidade de vapor para utilização em cogeração de energia. A transformação de energia total na turbina a vapor, ou seja, a transformação da energia do vapor em energia elétrica ocorre em três etapas:
Como funciona uma turbina a vapor?Para entender o funcionamento de uma turbina a vapor, devemos inicialmente entender alguns detalhes sobre o seu combustível de funcionamento, o vapor. O vapor, como todo fluído possui basicamente três formas básicas de energia:
No interior das turbinas existem muitas peças as quais falaremos ao longo dos assuntos. Mas hoje vamos destacar e tratar uma das mais importantes que são as palhetas. Toda palheta de uma turbina a vapor contém um perfil aerodinâmico que ocasiona uma diferença de pressão quando o vapor passa por ela. Então basicamente, o processo é o seguinte: 1° O vapor entra na turbina a uma determinada temperatura e pressão; 2° O vapor é direcionado para uma peça (placa expansora ou diafragma) que direciona todo o fluxo do vapor para as palhetas; 3° As palhetas estão fixadas em rodas, que por sua vez estão ligadas a um eixo ou o rotor da turbina;
Portanto, durante o funcionamento de uma turbina a vapor, o vapor sempre será direcionado para as palhetas, onde em cima do perfil, ou seja, por dentro da palheta ocorre uma pressão maior e por fora, uma pressão menor do vapor. Essa diferença de pressão ajudada pela força de ação e reação de Newton, cria uma espécie de força de sustentação, e é essa força a responsável por fazer o rotor girar.
Durante a operação de uma turbina a vapor, a velocidade, pressão e temperatura do vapor diminuem a medida que o vapor passa pelas rodas da turbina. Mas voltando um pouquinho ainda antes do vapor passar pela palheta da roda da turbina, é necessário expandir esse vapor para elevar sua velocidade tendo em vista que essa mesma velocidade, temperatura e pressão diminuem durante a operação de uma turbina a vapor. Assim, a força de sustentação do vapor sozinho não é efetivo e não consegue fazer o rotor girar sozinho.
Como ocorre a expansão do vapor nas turbinas a vapor?A expansão de vapor na turbina ocorre por meio da pressurização do vapor, para conseguir um ganho de velocidade cinética. Dentro das turbinas vapor, as peças que fazem isso são os diafragmas e as placas expansoras. Como essas peças extraem a energia do vapor?Olhando o perfil de uma placa expansora ou diafragma observamos uma redução da área de passagem do vapor, ou seja, uma restrição de fluxo de vapor, isso ocasiona diminuição de pressão no entanto um aumento de velocidade cinética do vapor. Esse efeito chama-se Venturi.
Porque a turbina a vapor tem um formato escalonado?Esse visual escalonado das turbinas a vapor, ou seja, rodas e palhetas sucessivamente maiores ao longo da turbina tem a função de acomodar toda a expansão do vapor. Em qualquer sistema fechado, físico ou químico, nunca se cria nem se elimina matéria, apenas é possível transformá-la de uma forma em outra.
Então, a massa de vapor que entra na turbina obrigatoriamente tem que ser a mesma da saída da turbina. Além disso, todo sistema pressurizado como uma turbina, que tem o vapor como combustível, toda vez que o ocorre a queda de pressão no processo ocorre um aumento do volume, portanto o fluxo de vapor aumenta. Para acomodar esse aumento do fluxo de vapor, temos que fazer o aumento das palhetas (áreas de passagem) para manter a velocidade do sistema. Caso contrário a velocidade poderia ser elevada a níveis críticos a ponto de superar os níveis de resistência dos materiais das rodas e palhetas. Outro detalhe é que as palhetas menores estão submetidas a temperaturas e pressões mais altas, enquanto que as palhetas maiores sofrem maiores esforços e solicitações mecânicas. LISTA E-MAIL TURBINA A VAPORCadastre-se em nossa lista de distribuição e receba conteúdos exclusivos Tipos de turbinas a vaporAs turbinas a vapor são divididas em dois tipos: Turbinas a vapor de condensaçãoAs turbinas a vapor de condensação são aquelas que aproveitam ao máximo a energia potencial do vapor. Logo, o vapor que sai da turbina não pode mais ser aproveitado para a geração de energia devido ao seu conteúdo já em estado líquido. Nessas turbinas o vapor a uma pressão menor que a atmosférica (vácuo) é direcionado ao condensador. Turbina a vapor de contrapressãoNas turbinas de contrapressão, o vapor de saída da turbina ainda tem energia suficiente para alimentar outros processos industriais antes de voltar como água para uma caldeira. O vapor de escape destas turbinas se encontra na maior parte das vezes na região superaquecida. Este tipo de geração conjunta de energia elétrica e energia térmica provenientes de uma única fonte de combustível é comumente chamado de cogeração. Nessas turbinas o vapor de saída tem sua pressão maior que a atmosférica. Extração nas turbinas a vaporAs turbinas podem ainda ser classificadas como com ou sem extração de vapor. A extração nada mais é que uma retirada de vapor de dentro da turbina após a passagem por alguns estágios. Ou seja, o vapor entra na turbina com alta entalpia e após a passagem por alguns estágios, parte desse vapor sai da turbina e vai para o processo. A parte que continua na turbina, se expande até sair pelo escape da mesma. Extrações são encontradas tanto em turbinas de condensação como de contrapressão. Tipos de extração nas turbinas a vaporAs extrações de turbinas podem ser de dois tipos: Extrações controladasQuando a turbina dispõe de um dispositivo interno para controlar a pressão de saída do vapor. Extrações não controladasConhecidas também como “tomadas” ou “sangrias” este tipo de extração é simplesmente uma retirada de vapor de dentro da turbina e sua pressão depende da carga atual da turbina. Para a alimentação de processos industriais normalmente são usadas extrações controladas, uma vez que estes processos demandam pressão constante. Assim, independente da carga da turbina a pressão de extração será sempre a mesma. A extração para turbinas empregadas em ciclos regenerativos que usam o vapor de dentro da turbina para o aquecimento da água de alimentação de caldeira é sempre não-controlada. As vantagens de ser ter uma extração controlada é que se pode garantir a operação do processo industrial mesmo com a turbina operando em baixa carga. O uso de extrações controladas deixa a eficiência da máquina maior comparando-se com o uso de tomadas. Tomadas (ou sangrias) tem a vantagem de serem de baixo custo e de fácil operação. São normalmente usadas para alimentar equipamentos do ciclo (desaeradores, e pré-aquecedores) e para processos industriais que não demandam pressão constante. Tipo de estágio de uma turbina a vaporO tipo de estágio de uma turbina se refere a como o vapor é expandido no interior delas. São dois tipos distintos de estágios, sendo que a principal diferença é como se dá o processo de conversão de energia térmica em cinética. As turbinas modernas e de múltiplos estágios frequentemente empregam esses dois tipos de estágios na mesma turbina, geralmente variando o grau de reação e impulso da raiz até a extremidade de cada palheta e quanto mais próximo do vapor condensado maior vai sendo o grau de reação. Vamos conhecer então esses dois tipos de estágios: Estágio de ação ou impulsoChamamos de turbina a vapor de ação, quando o vapor é acelerado dentro da turbina e é o seu choque com as palhetas que movimenta o rotor. Ou seja, é quando somente o contato do vapor que impulsiona a palheta. A turbina de ação foi construída pela primeira vez em 1883 pelo engenheiro sueco De Laval, estava em todos os projetos de turbina a vapor da época por ser adequado a pequenos volumes de vapor. A turbina a vapor original, a turbina De Laval, era uma turbina de ação com uma única roda. Portanto, nos estágios de ação, a energia potencial contida no vapor, também conhecido como entalpia, é quem transforma o vapor em energia cinética e após o choque com as palhetas se transforma em energia mecânica, ou seja, o movimento de rotação do rotor da turbina que vai tocar o gerador elétrico. Na turbina de ação, toda queda de pressão do vapor ocorre apenas nos expansores. Embora as palhetas dos estágios de ação tenham queda de pressão praticamente zero nas palhetas móveis, na teoria, para que o fluxo de vapor passe através dessas palhetas, vai ter também uma pequena queda de pressão nelas. A turbina de ação é composta por palhetas móveis ou mais especificamente as rodas, que alternam com palhetas fixas, o vapor é expandido nos bicos ou blocos expansores e permanece sob pressão constante ao passar sobre as palhetas. Estágio de reaçãoApós a invenção das turbinas de ação de De Laval, nos anos seguintes, turbinas de reação, introduzidas pela primeira vez por Charles Algernon Parsons em 1884, também passaram a ser usadas para acionamentos mecânicos. Nas turbinas a vapor de reação a energia potencial se transforma diretamente em energia mecânica através da passagem entre os perfis das palhetas. Quando o vapor ao passar através das palhetas gera uma força de reação que movimenta o rotor. O princípio de funcionamento das palhetas de reação é similar ao das asas de um avião. O fluxo de vapor passando nos dois lados do perfil da palheta forma uma força de reação que vai impulsionar a palheta no sentido de rotação.
Estágio tipo Curtis – Roda CurtisTurbinas de ação podem ainda ter rodas do tipo Curtis, que foi projetada para ser de máxima potência, extraindo uma grande quantidade de energia do vapor. Em um estágio de velocidade tipo Curtis, é possível aproveitar um grande salto de entalpia, embora com algum prejuízo de eficiência. O estágio Curtis tem duas aplicações características: Turbinas de simples estágio com baixa potência, obtendo uma turbina mais compacta, de menor custo, porém menos eficienteO estágio Curtis também é muito usado em primeiro estágio de máquinas de grande potência, que normalmente recebem vapor de alta pressão e temperatura.Estágio Rateau – Roda RateauEsse tipo de estágio ou roda, são estágios de turbinas em que predomina a força de reação. Eles compreendem um diafragma seguido por um disco de palhetas móveis , a roda. O nome Rateau, remete ao engenheiro francês Auguste Camille Edmond Rateau. Ele fabricou ventiladores para minas, sopradores para siderúrgicas, bombas de água e turbinas a vapor para navios. Como as turbinas de simples estágio são na maioria das vezes turbinas de ação (tipo Curtis), o uso dos estágios de reação são mais utilizados nos estágios intermediários e finais das turbinas a vapor de múltiplos múltiplos estágios.
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Qual a inversão da corrente de vapor?Inversão da corrente do vapor de água, nos cilindros de uma máquina a vapor ou de uma locomotiva, para travá-la, ou fazê-la recuar. [F.: contra - + vapor.] s. m. || movimento de recuo, pela ação do vapor.
Que nome se dá a inversão da corrente de água nos cilindros de uma máquina a vapor?Contravapor
Inversão da corrente de vapor de água que acontece nos cilindros de uma máquina a vapor, para que ela pare. O contravapor não está funcionando.
Que nome se dá a inversão da corrente de vapor de água nos cilindro de uma máquina a vapor especialmente de uma locomotiva para Fazêcontravapor. ato de dirigir o vapor das locomotivas em sentido contrário ao habitual para as fazer parar de repente.. movimento de recuo pela ação do vapor.. figurado oposição.. figurado reação.. |
Como se dá a inversão da corrente de vapor de água no cilindro de uma máquina a vapor?
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