UNIVERSIDADE FEDERAL DE INTEGRAO

LATINOAMERICANA

Engenharia De Energias Renovveis

MQUINAS DE FLUXO

COLETNEA DE DESENHOS SOBRE MQUINAS DE FLUXO

Contedo Pgina

Generalidades, classificao e elementos mecnicos e cinemticos 1 - 12

Esquema de uma instalao de bombeamento 13

Esquemas de instalaes com turbina hidrulicas 14 - 16

Turbinas Pelton 17 - 18

Turbinas Francis 19 - 24

Turbinas Kaplan 25 - 27

Turbinas bulbo 28

Turbinas Deriaz 29

Turbinas Michell-Banki 29

Bombas radiais (centrfugas) 30 - 36

Bombas axiais 37 - 38

Bomba diagonal 39

Centrais de acumulao 40

Ventiladores radiais (centrfugos) 41 - 42

Ventiladores axiais 43 - 44

Acoplamentos hidrulicos 45

Conversores hidrodinmicos de torque 46

Algumas aplicaes de acoplamentos hidrulicos 47

Bomba regenerativa 48

Esquema de um ejetor 48

Volutas para mquinas de fluxo radiais geradoras 49 - 50

Difusores para ventiladores axiais 50

Difusor aletado de bomba centrfuga 51

Volutas interna e externa de ventiladores centrfugos 51

Vedaes 52

Elementos mecnicos construtivos de bombas centrfugas 53 - 54

Diversos tipos de mquinas de deslocamento positivo 55 - 56

1

Figura 1.1 Esquema ilustrativo de mquinas de fluxo: (a) motora e (b) geradora

Figura 1.2 Esquema ilustrativo de mquinas a pisto: (a) motora e (b) geradora

1/2

3

qA 3/4

Qn = n 10

Y ; n [rpm] ; Q [m

3/s] ; Y [J/kg]

2

Figura 1.3 Classificao de mquinas de fluxo motoras quanto direo do escoamento

1/2

3

qA 3/4

Qn = n 10

Y ; n [rpm] ; Q [m

3/s] ; Y [J/kg]

Figura 1.4 Classificao de mquinas de fluxo geradoras quanto direo do escoamento

3

Figura 1.5 Campo de aplicao de turbinas hidrulicas em funo do nqA

Figura 1.6 Campo de aplicao de turbinas hidrulicas em funo do ns

4

Figura 1.7 Campo de aplicao de bombas hidrulicas em funo do ns

5

Figura 1.8 Escoamento no interior de um canal fixo

Figura 1.9 Escoamento no interior de um canal movendo-se com velocidade u = constante

6

Figura 1.10 Projees meridional e normal (transversal) da linha de corrente PQ

Figura 1.11 Velocidade meridional do escoamento relativo wm

7

a) Rotor radial (wa = 0)

b) Rotor axial (wr = 0)

c) Rotor diagonal (wr 0 e wa 0)

Figura 1.12 Componentes de velocidades do escoamento relativo

8

Figura 1.13 Conveno de pontos para mquinas de fluxo motora e geradora

Figura 1.14 Grades radiais mvel e fixa de mquinas de fluxo motora e geradora

Figura 1.15 Grades axiais mvel e fixa de mquinas de fluxo motora e geradora

9

Figura 1.16 Grades axiais mvel e fixa de mquinas de fluxo motora e geradora e

tringulos de velocidades para a condio de entrada sem choque

10

Figura 1.17 Grades radiais mvel e fixa de mquinas de fluxo motora e geradora e

tringulos de velocidades para a condio de entrada sem choque

11

Figura 1.18 Grades axiais fixa e mvel de mquinas de fluxo geradora do tipo aleta/p e

tringulos de velocidades para a condio de entrada sem choque

12

Figura 1.19 Choque de entrada devido variao de vazo

Figura 1.20 Choque de entrada devido variao de rotao

13

Figura 1.21 Esquema de uma instalao de bombeamento

14

Figura 1.22 Esquema de uma instalao com turbina hidrulica

15

Figura 1.23 Esquema de uma Pequena Central Hidreltrica (PCH) com turbina Francis

Figura 1.24 Usina Hidreltrica de Marimbondo

16

(a) Disposio para baixa queda em canal lateral

(b) Disposio para baixa queda no fluxo do rio

(c) Disposio para alta queda no vale

(d) Disposio para alta queda na montanha

Figura 1.25 Algumas disposies de usinas hidreltricas

17

Figura 1.26 Turbina Pelton com 1 injetor

Figura 1.27 Turbina Pelton com 2 injetores:

H = 940 m; Q = 4,42 m3/s; n = 500 rpm; Pe = 37500 kW

18

Figura 1.28 Detalhes da p e do jato

de turbina Pelton

Figura 1.30 Defletor (a) e agulha (b) do injetor de turbina Pelton

Figura 1.31 Turbina Pelton de eixo vertical com 6 injetores:

H = 398 m; Q = 45,27 m3/s; n = 180 rpm; Pe = 158240 kW

Figura 1.29 Distribuio do jato em ps

sucessivas de turbina Pelton

19

Figura 1.32 Dimenses relativas de rotores de turbinas Francis

para produzirem a mesma potncia

20

Figura 1.33 Rotores de turbinas Francis dos tipos lento, normal e rpido

21

Figura 1.34 Corte de rotor de turbina Francis (no se refere projeo meridional)

Figura 1.35 Detalhes do rotor de turbina Francis

Figura 1.36 Sees meridionais de rotores de turbina Francis

22

Figura 1.37 Turbina Francis rpida com compensao do empuxo axial atravs de furos

no cubo do rotor e no canal de desvio w e furos x

Figura 1.38 Turbina Francis dupla sem cinta (coroa externa) no rotor, H = 177 m, n = 750 rpm, Pe =

7350 kW. (5) espao entre o rotor e a caixa espiral, (6) palhetas diretrizes, (8) palhetas fixas, (9) anel de

Fink, (11) tubo de compensao

23

Figura 1.39 Detalhes construtivos de rotor de turbina Francis rpida

Figura 1.40 Turbina Francis da Usina Hidreltrica de Marimbondo.

H = 61,9 m, Q = 323 m3/s, n = 100 rpm, Pe = 185,4 MW

24

Figura 1.41 Anel de regulao (anel de Fink) do distribuidor de turbina Francis

Figura 1.42 Palhetas diretrizes do distribuidor de turbina axial

25

Figura 1.43 Corte longitudinal e nomenclatura (segundo Macintyre) de turbina Kaplan

Figura 1.44 Componentes principais de acionamento das ps do rotor de turbina Kaplan

26

Figura 1.45 Turbina Kaplan e representao em grade

linear do rotor (Corte A-B)

Figura 1.46 Rotor Kaplan em corte total e

parcial mostrando o sistema de acionamento

das ps do rotor Kaplan

Figura 1.47 Usina Hidreltrica de Trs Marias - MG

27

Figura 1.48 Grupo de mquinas (turbina e gerador eltrico) da Usina Hidreltrica de Trs Marias - MG

28

H = 13,6 m

n = 103,4 rpm

Pe = 41,22 MW

Np = 4 ps

Figura 1.49 Turbina bulbo de eixo horizontal com rotor Kaplan

Figura 1.50 Turbina bulbo de eixo inclinado com rotor Kaplan

29

Figura 1.51 Turbina Deriaz

Figura 1.52 Vista explodida de turbina Michell-Banki (Ossberger)

30

31

Figura 1.54 Diversos tipos de rotores de bombas hidrulicas para diferentes lquidos

Figura 1.55 Disposio em srie de trs rotores (3 estgios) centrfugos

Figura 1.56 Detalhes do rotor e do difusor aletado de bomba centrfuga de mltiplos estgios

32

Figura 1.57 Rotor aberto de bomba centrfuga

Figura 1.58 Rotor fechado de bomba centrfuga

Figura 1.59 Bomba centrfuga de um estgio, modelo ETA KSB, com rotor fechado

33

Figura 1.60 Bomba centrfuga de um estgio

Figura 1.61 Bomba centrfuga de um estgio com difusor aletado

34

Figura 1.62 Rotor de bomba centrfuga para H = 60 m, Q = 300 m3/h, n = 1450 rpm

Figura 1.63 Bomba centrfuga de central de acumulao

35

Figura 1.64 Bomba centrfuga dupla para central nuclear

Figura 1.65 Bomba centrfuga de nove estgios

36

Figura 1.66 Bomba centrfuga dupla de dois estgios para

H = 170 at 190 m, Q = 14,5 m3/s, n = 333 rpm, Pe = 27600 kW

Figura 1.67 Disposio em srie de rotores centrfugos de bombas de mltiplos estgios (6 estgios)

37

Figura 1.68 Rotor de bomba axial e representao em grade linear referente ao dimetro mdio

Figura 1.69 Rotor e difusor de bomba axial

Figura 1.70 Bomba axial de eixo vertical

38

Figura 1.71 Bomba axial com carcaa curvada e ps regulveis em repouso

Figura 1.72 Bomba Kaplan de eixo inclinado para central de acumulao

39

Figura 1.73 Bomba diagonal

40

Figura 1.74 Grupo de mquinas de central de acumulao: turbina Francis de 105 MW e H = 290 m;

bomba centrfuga de dois estgios de 71 MW e H = 268 m e

turbina Pelton auxiliar para arranque da bomba centrfuga

Modo de operao como bomba:

H = 271 at 294 m

Q = 74,1 at 63,6 m3/s

n = 333,3 rpm

Pe = 215 at 202,5 MW

Modo de operao como turbina:

H = 286 m

Q = 76,4 m3/s

n = 333,3 rpm

Pe = 195,8 MW

Figura 1.75 Turbina-bomba para central de acumulao

41

Figura 1.76 Ventilador centrfugo com sistema diretor (aletas regulveis) na entrada

Figura 1.77 Formatos de ps de rotores radiais

Figura 1.78 Trs tipos de ps desenvolvendo os mesmos Y, Q, n (portanto, a mesma potncia) e o

mesmo ngulo 1, desenhadas na mesma escala

42

Figura 1.79 Diversas formas construtivas de seo meridional de rotores radiais

Figura 1.80 Algumas configuraes de ps de rotores radiais fixadas aos discos interno e externo por

meio de rebites

Figura 1.81 Rotores radiais com ps curvadas para trs (5 90o) em formato de arco de crculo

43

Figura 1.82 Ventilador axial do tipo estator/rotor (aleta/p)

Figura 1.83 Ventilador axial do tipo rotor/estator (p/aleta)

44

Figura 1.84 P de ventilador axial e perfis aerodinmicos de cinco sees da p

Figura 1.85 P de ventilador axial e perfis aerodinmicos de cinco sees da p

45

Figura 1.86 Acoplamento hidrulico de rotao constante

Figura 1.87 Acoplamento hidrulico de rotao varivel

46

Figura 1.88 Concepo do conversor hidrodinmico de torque realizada por

Hermann Fttinger (1877-1945)

Figura 1.89 Seo meridional de um conversor hidrodinmico de torque do tipo

B-T-E (bomba-turbina-estator)

47

Figura 1.90 Duplo acoplamento hidrulico montado em compressor centrfugo de motor aeronutico

Figura 1.91 Duplo acoplamento hidrulico montado em ventilador axial

48

Figura 1.92 Bomba regenerativa

Figura 1.93 Detalhe da periferia do rotor da

bomba regenerativa da Figura 1.92

Figura 1.94 Rotor de bomba regenerativa

Figura 1.95 Esquema de um ejetor

49

Figura 1.96 Volutas, em formato de espiral logartmica e de seo circular, para bomba centrfuga

Figura 1.97 Voluta, em formato de arco de crculo e de seo retangular, para ventilador centrfugo

Figura 1.98 Voluta dupla, em formato de arco de crculo e de seo circular, para bomba centrfuga

50

Figura 1.99 Voluta de seo retangular, com

divisrias na sada, para ventilador centrfugo

Figura 1.100 Semi-voluta de seo retangular,

com divisrias, para ventilador centrfugo

Figura 1.101 Diversos tipos de carcaas difusoras para ventiladores axiais

51

H = 60 m, Q = 300 m

3/h, n = 1450 rpm

Figura 1.102 Rotor e difusor aletado de bomba centrfuga

------ Voluta externa

____ Voluta interna

Figura 1.103 Esquema de volutas externa e interna, em formato de espiral logartmica e de seo

retangular, para ventilador centrfugo

52

Figura 1.104 Vedao radial de rvore (eixo) de turbina hidrulica

Figura 1.105 Vedaes (a) radial e (b) axial entre a rvore (eixo) e a carcaa

53

Figura 1.106 Elementos mecnicos e hidromecnicos de bomba centrfuga de um estgio

54

Figura 1.107 Elementos mecnicos e hidromecnicos de bomba centrfuga de trs estgios

55

Figura 1.108 Bomba de lbulos duplos

do tipo Roots

Figura 1.109 Bomba de lbulos duplos

de rolos

Figura 1.110 Bomba de lbulos triplos

Figura 1.111 Bomba de parafusos sendo um condutor e dois conduzidos

56

Figura 1.112 Bombas de deslocamento positivo rotativas

Figura 1.111 Bomba de pistes axiais

57

REFERNCIAS (COLETNEAS)

Bran, R., Souza, Z., 1979, Mquinas de Fluxo, 2a Edio, Ao Livro Tcnico S. A.

Eck, B., 1973, Fans - Design and Operation of Centrifugal, Axial-flow and Cross-flow Fans,

Pergamon Press

Fernandes, E. C., 1978, Mquinas de Fluxo, Apostila, ITA Instituto Tecnolgico de Aeronutica

Macintyre, A. J., 1980, Bombas e Instalaes de Bombeamento, Editora Guanabara Dois S.A.

(tenho-gustavo)

Macintyre, A. J., 1983, Mquinas Motrizes Hidrulicas, Editora Guanabara Dois S.A.

Mataix, C., 1975, Turbomquinas Hidrulicas, ICAI, Madrid (PDF-Internet)

Pfleiderer, C., 1960, Bombas Centrfugas y Turbocompresores, Editorial Labor S. A.

Pfleiderer, C., Petermann, H., 1979, Mquinas de Fluxo, Livros Tcnicos e Cientficos S. A.

Voith Research and Construction