Resumo da apresentação sobre geração de vapor e termodinâmica realizado para as turmas em formação de engenharia mecânica. Descrevendo detalhes básicos na geração de vapor como a energia do passado, da atualidade e do futuro. Disciplina complementar das aulas de Termodinâmica e Mecânica de Fluidos - Por Edilson Gomes de Lima.

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TURBINAS A VAPOR
A GERAÇÃO DE ENERGIA POR VAPOR
Apresentado Pelo Engenheiro:
Edilson Gomes de Lima

2. • Turbina a vapor é um equipamento que aproveita a energia calorífica do vapor
e transforma em energia mecânica, sendo um equipamento com boa
eficiência quando utilizado em boas condições de projeto. Essa energia
mecânica pode ser utilizada para mover equipamentos e quando acoplado um
gerador a turbina à vapor, se obtêm a transformação da energia mecânica em
energia elétrica.
• As turbinas podem ser:
• A gás
• A vapor
• Hidráulicas
• Mistas
• NOTA: Em mecânica de fluidos, sabe-se que a bomba injeta energia ao
fluido e a turbina retira energia do fluido.
O principal fabricante de turbinas no mundo é a Siemens
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3. A qualidade do vapor que entra na turbina define o rendimento e a eficiência da turbina,
por este motivo deve-se estudar com antecedência a procedência da água e o titulo do
vapor. Este pode ser definido previamente com o balanço de massa e ser previsto no gráfico
de Ts, Th.
O ponto crítico da água é definido por p=22,09MPa, e T=374,14°C. A partir da qual não há
mais equilíbrio entre fase líquida e vapor.
Através do gráfico T x s pode-se estimar a qualidade do vapor em T(°C) por s(KJ Kg K).
Sobre o titulo do fluido, este define-se por (x).
x é a fração % em massa do vapor em relação à massa
total da mistura, água x vapor. Ou seja, se temos o
Título x=97%, significa que 3% é umidade.
Através de gráficos termodinâmicos e de
Mecânica de fluidos como o de Mollier pode-se
identificar os estados de líquido comprimido, de
líquido saturado, de saturação, líquido-vapor, de
vapor saturado e de vapor superaquecido.
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Modelos e serviços
A turbina pode ser dividida em 3 tipos com relação à sua construção:
Turbinas de ação
Turbinas de reação
Turbinas de ação e reação
Em relação à necessidade pode ser dividido em 4 tipos:
Condensação
Condensação com extração
Contra pressão
Contra-pressão com extração
Com relação ao fluxo podemos ter:
Duplo fluxo
Fluxo único

5. • Antes de girar as pás da turbina é necessário um tratamento e estudo amplo da água que irá virar
vapor. Este procedimento é valido tanto para usinas de biomassa, á gás, óleo ou a uranio.
• O s passos para tratar a água inicia-se na captação da água em rio ou lagoa. Através de uma bomba
a mesma secciona para recalcar a água em uma piscina.
• Na pscina a água será tratada com floculantes e decantadores.
• Todos os sedimentos em suspenção irão se depositar no fundo em forma de lodo.
• A água passará pelo flotador que fará as outras impurezas que não se sedimentaram flutuar
• Esta água tratada passará para um segundo tanque que receberá Na3PO4 e CL para clarificar e tirar
a turbidez
• Em seguida a água clarificada será armazenada em um tanque
• Do tanque a água será succionada para um
desaerador e receberá injeção de N2H2.
A água estará agora sem sedimentos,
clarificada, sem minérios, sem turbidez e sem
oxigênio. Ou seja, uma água pura e ideal para
a geração de vapor de alta pressão.
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6. • O ciclo completo
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7. • Introdução rápida sobre a Termodinâmica na turbina
Para o projeto e a construção de uma turbina é necessário o perfeito domínio em
termodinâmica. E resumidamente podemos citar os tópicos principais neste assunto
para o alcance de um exergia total. Em termodinâmica é importante o estudo prévio
para a geração de vapor dos seguintes assuntos:
☺Balanço termodinâmico, de massa e calor
☺Estudos de rendimentos, diâmetro econômico
☺Mecânica de fluidos – com o estudo das ondas de choque por exemplo, o gráfico de Mollier, os
cálculos de equação da energia, massa e peso específico, Stevin, Bernoulli, Nikuradse, instalações
de recalque, perdas de carga, Dh, Reynouds, etc.
☺ΔEntropia (s) desorganização, e ΔEntalpia(h) organização
☺Ciclos termodinâmicos:
OTTO ou Beau de Rochas, Diesel, Sabathé (motores a combustão), Brayton, Carnot, e Rankine
O ciclo de Rankine é o ideal na turbina.
O Ciclo Rankine é um ciclo termodinâmico. Como outros ciclos termodinâmicos,
sua eficiência máxima é obtida através de uma melhoria em eficiência em relação ao
Ciclo de Carnot. Portanto, o ciclo ideal na turbina é o de Rankine. Este nome foi dado
em razão do matemático escocês William John Macquorn Rankine.
Em Carnot usava-se o compressor, em Rankine a bomba
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8. Detalhes termodinâmicos para o balanço de massa:
Sobre todo o ciclo de fluidos até a boca da turbina há a ocorrência de várias
transformações termoquímicas. Entre as quais:
♣Transformação isobárica é aquela que ocorre quando a pressão do fluído de trabalho se
mantém constante.
♥Transformação isométrica, isovolumétrica, ou isocórica Lei de Gay-Lussa é aquela que se dá
quando o volume específico do fluido de trabalho se mantém constante.
♦Transformação isotérmica é aquela que acontece quando a temperatura do fluido de trabalho
se mantém inalterável.
♠Transformação adiabática ou isentrópica é aquela que opera sem que o fluido de trabalho
troque calor com o meio exterior.
♥Transformação politrópica é aquela em que todas as propriedades do fluido de trabalho na
transformação se modifiquem.
Com estes estudos termodinâmicos é possível dimensionar uma turbina para
que a mesma aproveite o máximo da energia do transportada pelo vapor.
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11. Como obter uma grande eficiência em turbinas na prática
Obs: Considerar fluxo de massa na saída do gerador de vapor 1 Kg.
Isso é, sem aquecedores, misturadores, etc. 11

12. Ciências dos materias e seleção de materias
• Há vários tipos de turbinas, em geral são classificadas por sua capacidade de
geração de energia. E sua especificação é feita em Mw. Não possuem um valor
exato em Mw porque cada turbina é fabricada de acordo com as solicitações do
cliente final.
• A tecnologia das turbinas está em suas palhetas ou pás. O estudo fluidodinâmico
destas pás é o que define a eficiência e o alto rendimento das mesmas.
• As pás da turbina são feitas de aço DIN EN 10283 fornecida pela Voith Siemens
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13. ELEMENTOS FINITOS
Para se obter a melhor eficiência construtiva e aerodinâmica das pás
• O método dos elementos finitos (MEF ou FEM em inglês) é uma forma de
resolução numérica de um sistema de equações diferenciais parciais. O
método encontra aplicação na construção das pás das turbinas.
• Através de um prévio estudo em elementos finitos é possível prever e
estimar através de ciências dos materiais e seleção dos materiais a melhor
liga a ser usada para construir as pás.
Entre outras vantagens podemos citar
a antecipação dos acontecimentos.
1-Saber onde ocorrerá as ondas de choque.
2-Quais as temperaturas por cm².
3-As pressões sofridas por cm² do material.
4-Selecionar a liga mais eficiente.
5-Estudar a aerodinâmica das pás.
6-Calcular a melhor eficiência através do
peso, formato ou liga.
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14. O GERADOR DE ENERGIA
Uma introdução
Após ao vapor ter passado pela turbina de vapor, o eixou que irá girar através
das palhetas, acionará um dínamo que fará com que ocorra a geração de
energia. A eficiência e quantidade dessa energia gerada dependerá dos
processos ditos anteriormente.
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15. Sobre a energia
• A energia gerada através das termelétricas nucleares, biomassa ou a gás é mais
cara, mas vital para a economia. Essa energia produzida será transportada através
de torres de transmissão, ou adicionadas as torres existentes.
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16. A distribuição para as empresas e residências
• Após a geração da energia a mesma será distribuída para as empresas e
casas. Ou seja, o produto final.
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17. A TRANSMISSÃO DE ENERGIA
• As esferas laranjas nas torres são dissipadores
geomagnéticos de eletricidade estática, e sua cor
tem mesmo a função de serem visualizados.
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18. Questões Ambientais
• As questões ambientais durante após a década de 1990 veem a cada ano
sendo solucionadas ou ao menos reduzidos os impactos na natureza
devido a introdução de novas tecnologias e técnicas de reuso e
reciclagem. Novos agentes químicos e novas maneiras de se pensar a
produção com novas sínteses, novos meios, novos sistemas, máquinas e
um desenho novo geral da produção.
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19. Novos sistemas de produção precisam ser pensados
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20. FIM
Essa apresentação foi feita em
auditório para a turma em formação
de Engenharia Mecânica de
2012/2013 como trabalho
complementar da disciplina de
máquinas térmicas e termodinâmica.
Agradeço a todos os participantes.
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21. O VAPOR MOVE O MUNDO
Turbine hergestellt von der Firma Siemens
Das ist Ende
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