turbina impulso

7/23/2019 Turbina Impulso

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Unidade Curricular de Turbomáquinas

INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA DE LISBOA

Área Departamental de Engenharia Mecânica

Secção de Termofluidos e Energia

TURBOMÁQUINAS

GUIA DE LABORATÓRIO

TURBINA DE ACÇÃO

Semestre de Inverno 2011-2012

Docente: Engº. Paulo de Santamaria Gouveia



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Índice

Índice .......................................................................................................................................... 1

1 -

Objectivos ........................................................................................................................ 2

2 - Introdução ........................................................................................................................ 2

3 - Descrição do Equipamento .............................................................................................. 3

4 - Colocar o Equipamento em Funcionamento ................................................................... 6

5 -

Regulação da Pressão Inicial ........................................................................................... 7

6 -

Regulação da Pressão Inicial ........................................................................................... 8

7 - Procedimento Experimental ............................................................................................ 9

8 - Cuidados a ter durante o Funcionamento da Turbina .................................................... 10

9 - Folhas de Cálculo .......................................................................................................... 11

9.1 - Tabela de Medições ................................................................................................ 11

9.2 -

Tabela de Cálculos ................................................................................................. 12

10 - Resultados ...................................................................................................................... 13

11 - Relatório ........................................................................................................................ 14



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1 - Objectivos

Com este Trabalho pretende-se que os alunos tenham percepção do comportamento das

Turbinas de Acção relativamente à Potência Mecânica desenvolvida e ao Rendimento em

função da variação de parâmetros tais como a Pressão de Entrada, o Binário Resistente e o

número de Injectores activos.

2 - Introdução

Nas Turbinas de Acção o ar depois de acelerado nas Pás Fixas (Tubeiras) é deflectido na

passagem entre as Pás Móveis (a direcção da velocidade relativa do fluido é alterada),

exercendo nestas uma Força de Impulso, daí a designação deste tipo de Turbinas. Esta Força

de Impulso transmite movimento à roda móvel (a componente paralela do Impulso actua no

plano de rotação da Turbina e é a responsável pelo seu movimento). Durante este processo a

Energia Cinética do fluido é convertida em Trabalho Mecânico que pode ser utilizado para

accionar outros equipamentos (ex.: Gerador).

Não há expansão do fluido quando este passa através das pás móveis e, como tal, o Grau de

Reacção,e é neste caso nulo.



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3 - Descrição do Equipamento

Figura 3.1

1 - Base

2 - Termopar

3 - Caudalímetro

4 - Manómetro indicador da Pressão de

Saída da Turbina (mbar)

5 - Selector da Temperatura a medir

6 - Ecrã de Temperatura (ºC)

7 - Unidade de Carga com Transdutor de

Força

8 - Ecrã de Binário (Ncm)

9 - Ecrã de Velocidade de Rotação (rpm)

10 - Manómetro indicador da Pressão de

Entrada da Turbina (bar)

11 - Regulador da Pressão de Entrada

12 - Válvula de Regulação Fina para aPressão de Entrada

13 - Válvula de Ar de Arrefecimento

14 - Turbina de Impulso

15 - Manípulo para fecho de Injector



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A Turbina em estudo é actuada pneumaticamente, tem um único andar de Pressão, é de

escoamento axial e simula o funcionamento de Turbinas a Vapor e Hidráulicas.

A Pressão de Entrada é regulada através do Regulador de Pressão (11) e da Válvula de

Regulação Fina (12).

O ar comprimido fornecido pelo Compressor que alimenta a Turbina é encaminhado para um

Colector e é a partir deste que os quatro Injectores da Turbina são alimentados. O fluido ao

atravessar os Injectores é expandido e acelerado.

Figura 3.2

2- Injector

4- Manipulo para fecho de Injector

5- Roda

Na entrada e na saída da Turbina existem pontos de medição de Temperatura e de Pressão.

Depois de atravessar a Turbina o ar passa por um Caudalímetro (3) que permite a leitura do

seu Caudal Volumétrico. Este caudal é dado em percentagem:

100% de caudal=315L/min=0.00525m3 /s



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Figura 3.3

Acoplada ao veio da Turbina está uma Unidade de Carga com Transdutor (7) que nos permite

a medição do Binário e da Velocidade de Rotação da Turbina e, portanto, ter conhecimento da

Potência Mecânica desenvolvida pela mesma.

Esta Unidade é constituída por um Parafuso de Aperto (5), uma Cinta (1), um Freio (2) e um

Transdutor (4). O Parafuso de Aperto tensiona a Cinta que, estando ligada ao Freio, trava a

Turbina. A Cinta está também ligada ao Transdutor e é este que faz a medição do Binário.

A Roda móvel da Turbina (3) tem um diâmetro efectivo de 50mm e 28 pás de 4mm de altura

e com um espaçamento constante de 2mm. Os ângulos de entrada e de saída das pás móveis

são iguais ( 20º 1 2 b = b = ), o que significa que as pás são simétricas.



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4 - Colocar o Equipamento em

Funcionamento

Figura 4.1

Ajustar o Regulador de Pressão (2) paraaproximadamente 3 bar;

Abrir completamente a Válvula de Ar de Arrefecimento (3);

Abrir lentamente a Válvula de Regulação Fina (4);Abrir uma a uma as Válvulas (5) dos 4 Injectores;

Tensionar a Cinta da Unidade de Carga através do Parafuso de Aperto (6) de forma a

conseguir uma Velocidade de Rotação nunca superior a 40 000 rpm;

Ajustar o Caudal Volumétrico, a Pressão inicial e a Carga conforme cada uma das

experiências a realizar.



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5 - Regulação da Pressão Inicial

Figura 5.1

O Regulador de Pressão permite a alteração da Pressão de Entrada da Turbina.

Quando se inicia o funcionamento do equipamento a Pressão deve ser de aproximadamente 3

bar. Para corrigir esta Pressão:

Levantar o botão de ajuste da Unidade Reguladora de Pressão e rodá-lo até se ter a

pressão pretendida (caudal volumétrico máximo);

Bloquear a Unidade Reguladora de Pressão pressionando o botão para baixo.

Atenção! Respeitar o valor recomendado de 3 bar para a Pressão Inicial!



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6 - Regulação da Pressão Inicial

Figura 6.1

A água existente no ar sob a forma de vapor ao condensar, devido à diminuição da Pressão de

Entrada da Turbina em relação à Pressão de Saída do Compressor, é recolhida no Filtro do

Regulador de Pressão. Assim sendo, é fundamental esvaziar regularmente este Filtro quando o

equipamento estiver em funcionamento:

Esvaziar o Filtro do Regulador de Pressão pressionando para cima a válvula existente

no Filtro.

Realizar este processo com cuidado uma vez que o Filtro se encontra sob pressão

quando o equipamento está em funcionamento!



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7 - Procedimento Experimental

Figura 7.1



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Nota:

Uma vez que o equipamento demora muito tempo a estabilizar, de forma a tornar o Ensaio

Laboratorial menos moroso, cada Grupo fica encarregue de ensaiar a Turbina a duas Pressões

de Entrada constantes e a duas condições de injecção Parcial diferentes. No entanto, na

realização do Relatório deve fazer os cálculos para várias Pressões de Entrada e para as várias

condições de Injecção Parcial. Os valores correspondentes a estas situações serão

posteriormente distribuídos pelos vários Grupos.

Com os valores obtidos determinar, para cada valor de Pressão de Entrada, deVelocidade de Rotação, N, e para cada número de Injectores abertos, a Potência

Mecânica desenvolvida pela Turbina, a Potência transmitida pelo fluido à Turbina e o

seu Rendimento. Com os valores determinados traçar os gráficos T=f(N), Pmec=f(N) e

h=f(N).

8 -

Cuidados a ter durante o

Funcionamento da Turbina

Ter atenção à zona da Unidade de Carga uma vez que a velocidade da Turbina é muito

elevada!

A Turbina é uma máquina que funciona a velocidades muito elevadas e que requer

cuidado no seu manuseamento e, como tal, é necessário ter em atenção a sua

velocidade máxima que é de 40 000 rpm! Para velocidades superiores o equipamento é

desligado automaticamente pela acção de uma Válvula de Solenóide.

Arrefecer continuamente a Turbina!



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9 - Folhas de Cálculo

9.1 - Tabela de Medições

Pressão de Entrada= i P =_____________bar

_____Injectores abertos



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9.2 - Tabela de Cálculos

Pressão de Entrada= i P =_____________bar

_____Injectores abertos



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10 - Resultados

Apresenta-se de seguida um exemplo simplificado de um Ensaio Laboratorial, efectuado à

Pressão de Entrada constante de 1.6 bar e com os 4 Injectores abertos, e os gráficos T=f(N),

Pmec=f(N) e h =f(N) traçados a partir dos valores obtidos no ensaio.

Tabela de Cálculos

Figura 10.1

Gráfico

Figura 10.2



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11 - Relatório

O Relatório deve ser constituído por:

Objectivos;

Introdução – contendo uma sintetização “original” sobre a teoria do funcionamento

das Turbinas de Acção simples;

Procedimento Experimental – onde deverão evidenciar terem compreendido os

procedimentos efectuados durante o ensaio laboratorial e os objectivos a atingir;

Tabelas e Gráficos – devem apresentar-se Tabelas de Medições e Tabelas deCálculos, incluindo os gráficos T=f(N), Pmec=f(N) e h =f(N). Todos os gráficos

apresentados devem ser devidamente comentados!

Do conjunto dos ensaios resultará uma grande quantidade de resultados referentes a

condições de controlo diversas (Pressão de Entrada, número de injectores). Os alunos

deverão construir curvas adimensionais adequadas a partir das curvas individuais para

cada situação de controlo, tirando daí as conclusões relevantes;

Anexo – onde deve ser apresentado o formulário utilizado nos cálculos;ADICINALMENTE (para valorizar o Relatório)- Os alunos devem explorar os

resultados obtidos e as características dimensionais conhecidas da Turbin,

tentando explorar, tanto quanto possível, os resultados para a caracterizar.

Cinematicamente (Triângulos de Velocidades), Termodinamicamente (evolução

dos parâmetros), etc; formulando hipóteses (simplificações) ADEQUADAS.

TENTEM tirar partido de todos os valores lidos (p. ex. Temperaturas) e usem os

valores determinados para estimarem outras quantidades. P. ex. não deixem de

valorizar o Rendimento determinado para estimarem a velocidade dos jatos.

Conclusões e comentários finais;

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