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Turbinas a vapor
Turbinas a vapor
turbina um motor rotativo que converte em energia mecnica a ener-
gia de uma corrente de gua, vapor dgua ou gs. O componente bsico
da turbina o rotor, que conta com paletas, hlices, lminas ou cubos colo-
cados ao redor de sua circunferncia, de forma que o fluido em movimento
produza uma fora tangencial que impulsiona a roda, fazendo-a girar. Essa
energia mecnica transferida atravs de um eixo para movimentar uma
mquina, um compressor, um gerador eltrico ou uma hlice.
As turbinas se classificam, de acordo com o acionamento, como hidru-
licas, a vapor ou de combusto. A turbina a vapor atualmente a mais usa-
da entre os diversos tipos de acionadores primrios existentes na indstria.
Uma srie favorvel de caractersticas concorreu para que a turbina a va-
por se destacasse na competio com outros acionadores primrios, como
a turbina hidrulica, o motor de combusto interna, a turbina a gs.
Conceito
As turbinas a vapor so equipamentos acionadores cuja funo trans-
formar energia trmica em energia mecnica para acionar outro equipa-
mento, como bombas, compressores, geradores etc.
Quando o vapor, pela sua expanso, empurra diretamente o pisto de
uma mquina alternativa, a energia trmica desse vapor convertida em
energia mecnica diretamente. Numa turbina, essa mesma transformao
conseguida em duas etapas. Na primeira etapa a energia interna do
vapor convertida em energia cintica. O vapor, ao escapar por um bocal
de perfil especial (expansor), forma um jato de alta velocidade.
Unidade 2
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Na segunda etapa a fora do jato produz trabalho mecnico. Conforme
a ao do jato de vapor, as turbinas podem ser de impulso ou de reao.
Princpio de ao ou impulso
O vapor expandido no bocal (fixo) exerce uma fora sobre uma palheta ou
cunha montada na periferia de um rotor, que gira sob efeito desta fora.
Princpio de reao
O bocal montado na periferia de um rotor e a fora do escapamento do va-
por, expandindo-se, gera uma reao que faz girar bocal e rotor. A rigor, no
existem turbinas somente de ao ou somente de reao. Todos os tipos co-
merciais usam uma combinao dos dois princpios, pois na prtica invi-
vel construir uma mquina que funcione segundo apenas um dos princpios.
Tipos
Turbinas de ao
So turbinas em que predomina a fora de impulso. Os estgios delas
podem ser de dois tipos:
ESTGIO RATEAU (DE PRESSO)
Se for o primeiro estgio da turbina, compreende um arco de expansores
e um rotor de palhetas mvel. Se for um estgio intermedirio, compre-
ende um anel de palhetas estacionrio (expansoras) e um rotor de palhe-
tas mvel. O arco de expansores e o anel de palhetas estacionrio redu-
zem a presso, aumentando a velocidade. Os rotores de palhetas mveis
so acionados, reduzindo a velocidade do vapor.
ESTGIO CURTI S (DE VELOCI DADE)
Compreende um arco de expansores e geralmente duas fileiras de palhe-
tas em um nico disco mvel, intercaladas por um anel de palhetas guias
estacionrio. O arco de expansores reduz a presso, aumentando a velo-
cidade. Os rotores de palhetas mveis so acionados, reduzindo a veloci-
dade do vapor. As palhetas guias no alteram presso nem velocidade do
vapor, apenas orientam o fluxo para que os esforos no segundo rotor se-
jam semelhantes aos esforos no primeiro.
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Em um estgio de velocidade (Curtis), conseguimos aproveitar um
grande salto de entalpia, o que significa dizer de presso e de temperatu-
ra, embora com algum prejuzo da eficincia. O estgio Curtis tem duas
aplicaes caractersticas:
Estgio nico de mquinas de pequena potncia, obtendo uma mqui-
na compacta, de baixo custo inicial, com algum prejuzo na eficincia.
Primeiro estgio de mquinas de grande potncia, que recebem usu-
almente vapor a alta presso e a alta temperatura. vantajoso para o pro-
jeto mecnico da mquina que o vapor logo no primeiro estgio sofra uma
grande queda de entalpia. Observe na Figura 14 os tipos de estgios das
turbinas de ao.
FIGURA 14
TURBINAS DE AO (TIPOS DE ESTGIOS)
Turbinas de reao
So turbinas em que predomina a fora de reao. Possuem estgio do tipo
Parsons. Elas compreendem um disco de palhetas estacionrio e um dis-
co de palhetas mvel. Como as turbinas de estgio nico so sempre tur-
binas de ao (Curtis), o uso dos estgios de reao restringe-se aos est-
gios intermedirios e finais das turbinas de reao de estgios mltiplos.
Observe na Figura 15 os tipos de estgios das turbinas de reao.
VELOCIDADE
PRESSO
VELOCIDADE PRESSO
ESTGIOS DE
PRESSO
ESTGIOS DE
VELOCIDADE
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Outras classificaes de turbinas
Segundo o nmero de estgios
Simples
Multiestgios
Segundo a direo do fluxo de vapor
Axial
Radial
Helicoidal
Em unidades industriais o vapor classificado em trs classes de energia:
VAPOR DE ALTA ENERGIA Temperatura entre 450 e 500C e presso en-
tre 85 e 110kgf/cm
2
, usado em turbinas de grande potncia
VAPOR DE MDIA ENERGIA Temperatura entre 260 e 290C e presso en-
tre 16 e 18kgf/cm
2
, usado em turbinas de pequena potncia
VAPOR DE BAIXA ENERGIA Tem temperatura entre 120 e 150C e pres-
so entre 3 e 5kgf/cm
2
, no usado para turbinas
FIGURA 15
TURBINAS DE REAO (TIPOS DE ESTGIOS)
VELOCIDADE
PRESSO
PRESSO VELOCIDADE
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Em turbinas de grande potncia a admisso ser sempre de vapor de
alta energia, e a exausto poder ser de mdia energia ou condensao
total. Em turbinas de pequena potncia a admisso ser sempre de vapor
de mdia ou alta energia, e a exausto ser de baixa energia.
Segundo a presso do vapor na exausto
TURBINAS DE CONTRAPRESSO Quando o vapor de descarga tem pres-
so superior atmosfrica
TURBINAS DE CONDENSAO Quando o vapor de descarga tem presso
inferior atmosfrica. Neste caso a sada da turbina ligada a um con-
densador para gerar vcuo
Vantagens
O ciclo trmico a vapor, do qual a turbina parte integrante, apresenta
rendimentos bastante satisfatrios, quando comparados com os ciclos tr-
micos de outras mquinas (turbinas a gs e motores de combusto inter-
na), e melhora medida que aumentam a potncia das mquinas, as pres-
ses e as temperaturas de gerao de vapor. Em unidades de processo, o
aproveitamento da energia liberada pelo combustvel para a gerao do
vapor torna-se satisfatrio, pois o calor residual contido no vapor descar-
regado pela turbina pode ser aproveitado em processos industriais ou para
aquecimento geral.
So puramente rotativas, atuando de forma direta no elemento rotativo
da mquina acionada e variando sua rotao de acordo com a necessidade
Devido facilidade de controle e possibilidade de variao da velo-
cidade, realizada pelo governador, so de operao simples, precisas e
confiveis
Mesmo em potncias elevadas, no apresentam dificuldades relacio-
nadas com sua partida, a no ser a necessidade de se permitir um aqueci-
mento e dilatao uniformes nas mquinas
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Os impulsos aplicados pelo vapor nas palhetas das turbinas so regu-
lares e constantes, resultando em um funcionamento extremamente sua-
ve da mquina. Se a carga acionada mantida constante, o torque apli-
cado no acoplamento da turbina ser bastante uniforme
So mquinas de alta rotao (3.500 a 6.000rpm), ideais para acionar
bombas e compressores centrfugos
No h lubrificao interna, sendo o vapor exausto da turbina isento
de leo, dispensando procedimentos de filtragem e separao do vapor
Devido a esses fatores, suportam campanhas operacionais longas e tm
vida til longa.
Turbinas de uso industrial
Os fatores que devem ser considerados na escolha de uma turbina in-
dustrial so:
Potncia necessria
Rotao da mquina acionada
Condies inicial e final do vapor
Flutuao de carga
Eficincia
Durabilidade
Garantia operacional
Em refinarias as turbinas so largamente empregadas, divididas em trs
grandes grupos: as de uso geral, as de uso especial e os turbogeradores.
Turbinas de uso geral
So mquinas pequenas e compactas, com potncia inferior a 1.000Hp,
usadas nos acionamentos de bombas e ventiladores
So produzidas em srie, visando obteno de uma mquina de cus-
to inicial menor, compacta, de boa confiabilidade operacional, de constru-
o, operao e manuteno simples, mesmo sacrificando sua eficincia
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Normalmente rece-
bem vapor de mdia e
descarregam com con-
trapresso
So usualmente m-
quinas de um s estgio
de ao de velocidade,
podendo ser um estgio
de presso em mquinas
muito pequenas. Traba-
lham em baixa rotao a
3.600rpm, ou mais rara-
mente a 1.800rpm.
Turbina industrial a gs
Compressores movidos por turbinas a vapor
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Turbinas de uso especial
Veja abaixo a foto de uma turbina de uso especial.
Como so essas turbinas?
So mquinas de grande porte sofisticadas, com potncia superior a
1.000Hp, usadas para acionamento de grandes compressores centrfugos
So fabricadas espe-
cificamente para cada
aplicao, objetivando a
maior eficincia e confia-
bilidade operacional pos-
svel. A importncia da
eficincia cresce medi-
da que aumenta a potn-
cia da mquina
Normalmente rece-
bem vapor de alta pres-
so e descarregam para
condensador. Em alguns
casos descarregam para
contrapresso
So sempre de mlti-
plos estgios, podendo ser
de ao ou reao. Nas
mquinas de ao, o pri-
meiro estgio usual-
mente de velocidade, se-
guido de vrios estgios
de presso. Nas mquinas
de reao, o primeiro es-
tgio de ao, normal-
mente de velocidade, se-
guido de vrios estgios
de reao
Turbina de uso especial
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Turbogeradores
So turbinas que acionam os geradores eltricos existentes nas centrais
termoeltricas. Em refinarias e demais indstrias de grande porte, asse-
melham-se bastante s turbinas de uso especial. Inclusive a potncia dos
turbogeradores usualmente prxima potncia das turbinas que acio-
nam os maiores compressores centrfugos em refinarias.
Uma diferena bsica para as de
uso especial que os turbogerado-
res trabalham com rotao baixa e
constante (3.600rpm a velocidade
usual para gerao de corrente de
60 Hz). Outra que costumam pos-
suir extrao de vapor em um est-
gio intermedirio, para forneci-
mento de vapor de mdia presso,
ao consumo da indstria
Os turbogeradores usados em
grandes centrais termoeltricas de
servio pblico, por sua vez, pos-
suem caractersticas bastante diferentes. Mas esto fora do nosso escopo
Componentes
As partes componentes de uma turbina a vapor so:
Carcaa ou estator
o envoltrio da turbina. No seu interior giram o eixo e os discos, ou tam-
bor, e suporta as diversas peas estacionrias, tais como diafragmas (ao),
palhetas estacionrias (fixas), bocais, vlvulas, mancais etc.
Podem ser fundidas ou de chapas trabalhadas e soldadas, partidas radi-
almente (turbinas pequenas), ou axialmente (mais usado). Podem ser cons-
trudas de ferro fundido, ao fundido, ao-carbono, aos-liga ou aos inoxi-
dveis, dependendo da severidade da aplicao (presso e temperatura).
Turbinas de multiestgios que recebem vapor de alta presso tm a
carcaa dividida em duas regies: de alta presso e de baixa presso.
Turbogerador
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Expansores
Peas de seo varivel que reduzem a presso e aumentam a velocidade
do vapor. Para o primeiro estgio das turbinas, so usinados separadamen-
te em ao inoxidvel ferrtico, encaixados e soldados em um arco de expan-
sores. Em estgios intermedirios de turbinas de ao, so montados em um
anel de expansores, que sero colocados dentro dos diafragmas.
Os expansores podem ser convergentes ou convergente-divergentes. Os
convergentes so usados para presses de descarga maiores ou iguais a 55%
da presso de admisso. Os convergente-divergentes so utilizados para
presses de descarga menores que 55% da presso de admisso.
Conjunto rotativo
O conjunto rotativo diferente, dependendo do tipo de turbina. No caso
das turbinas de ao, o conjunto constitudo de rotores de ao-carbono
ou ao-liga; forjados, usinados e montados no eixo por interferncia e
chaveta. Para turbinas de alta rotao e/ou altas temperaturas, onde a
montagem poderia apresentar problemas durante a operao, eixo e ro-
tores so uma nica pea forjada e usinada. Na periferia dos rotores so
montadas as palhetas. J para as turbinas de reao utiliza-se o tambor
rotativo, de sees crescentes da admisso para a descarga, em pea ni-
ca ou de sees soldadas. As pontas do eixo so prolongamentos do tam-
bor. Na periferia do tambor so montadas as palhetas.
Todas as partes principais do conjunto rotativo devem receber balan-
ceamento dinmico individual. O conjunto deve receber balanceado di-
nmico multiplano durante a montagem, e ser feita verificao e correo
do balanceamento a cada adio de dois componentes.
Palhetas
So fabricadas de aos-liga especiais, forjadas e usinadas com fino aca-
bamento. Dependendo da configurao dos estgios, formam canais de
seo uniforme, orientando adequadamente o fluxo sem turbilhonamen-
to, ou formam canais de seo varivel, atuando como expansoras.
As palhetas estacionrias (fixas) podem ser montadas diretamente no
estator, ou em anis suportes, que so presos ao estator. As palhetas do
conjunto rotativo so removveis, fixadas ao disco do rotor pelo malhete.
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Em estgios de mdia e alta presso, so presas nas extremidades ao aro
de consolidao, pela espiga. Em estgios de baixa presso, so ligadas
pelo arame amortecedor nas suas sees intermedirias.
Diafragmas
Separam dois discos adjacentes em turbinas de ao multiestgios. Neles
so instalados os arcos de expansores intermedirios e final. So consti-
tudos de dois semicrculos montados na carcaa por um sistema de ranhu-
ras, abraando o eixo sem toc-lo. Entre o diafragma e o eixo so instala-
dos os labirintos, fixados no diafragma ou no eixo, que garantem a sela-
gem interna entre os estgios intermedirios. So fabricados em ao ino-
xidvel ferrtico e em ao-carbono ou ferro fundido nas partes estruturais.
Acoplamento
Liga o eixo da turbina ao eixo do equipamento acionado. sempre flex-
vel e normalmente fornecido pelo fabricante do equipamento acionado.
Sistema de vedao
Devido s folgas existentes entre as partes estacionrias e o conjunto ro-
tativo, pode ocorrer o escapamento de vapor das zonas de alta presso para
as de baixa presso ou a entrada de ar em turbinas de condensao. O
escapamento do vapor reduz a potncia til e aumenta o consumo de va-
por. A entrada de ar eleva a presso no condensador, e a potncia til tam-
bm reduzida. Os sistemas de vedao so os seguintes:
Labirintos So anis, normalmente bipartidos e
montados no estator, dotados internamente de
uma srie de aletas circulares, ajustados com o
mnimo de folga entre o eixo e a borda das aletas.
Reduzem o escapamento de vapor pela alta per-
da de carga ocasionada pela restrio ao fluxo e
turbilhonamento causados pelas aletas.
Mista Associao de anis de carvo e labirintos.
ANIS DE CARVO
Anis de carvo so anis
tripartidos fixados ao estator,
mantidos juntos ao redor do
eixo pela ao de uma mola
helicoidal de trao.
Sofrem desgaste e devem
ser usados para baixas
velocidades perifricas
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Nas sadas do eixo pode-se adotar os trs sistemas. Nos interestgios
usam-se os labirintos. Em turbinas de uso geral, utilizam-se anis de car-
vo devido simplicidade construtiva e ao baixo custo, apesar da neces-
sidade de substituio peridica.
Em turbinas de uso especial, multiestgios, devido preocupao com
eficincia e com confiabilidade e continuidade operacional, usam-se la-
birintos nas selagens internas e externas (eixos), na extremidade das pa-
lhetas fixas e palhetas mveis nos estgios de reao, assim como entre o
eixo e diafragmas nos estgios de ao.
No caso das turbinas de condensao, para evitar a entrada de ar, pode-
se injetar vapor com presses ligeiramente superiores presso atmosf-
rica nas selagens de baixa presso.
Sistema de apoio
Apia o eixo e suporta os esforos radiais e axiais que atuam sobre con-
junto rotativo. Garante tambm as folgas entre as partes mveis e estaci-
onrias. composto por mancais radiais (de apoio), axiais (de escora) ou
mistos (combinao apoio e escora).
Os mancais podem ser de rolamento ou de deslizamento. Os de rola-
mento so empregados para condies de cargas moderadas. Os de des-
lizamento so adotados para condies de cargas severas.
Os mancais de apoio suportam todos os esforos radiais do conjunto
rotativo. Normalmente so utilizados dois mancais nas extremidades do
eixo. Em alguns casos de turbinas de baixa potncia, os dois mancais fi-
cam de um lado da carcaa com o conjunto rotativo em balano (como em
bombas centrfugas). No caso de baixas potncias (at 100Hp) podem ser
encontrados mancais de rolamentos. Em geral so usados mancais de
deslizamento com canais para lubrificao, com lubrificao por reserva-
trio de leo de nvel constante para turbinas de uso geral, e lubrificao
forada para turbinas de uso especial.
Os mancais de escora resistem aos esforos axiais do conjunto rotati-
vo. Em turbinas de ao estes esforos so reduzidos e em turbinas de
reao eles so considerveis. Em turbinas de uso geral, de ao e baixa
potncia, o mancal de escora resume-se a apenas um rolamento. Em tur-
binas de uso especial utilizam-se sempre mancais de deslizamento com
lubrificao forada do tipo kingsbury.
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Sistema de controle
O controle em turbinas pode ser empregado para:
Manter a rotao, no caso de acionamento de geradores eltricos
Manter estvel presso de descarga de compressores ou bombas acionadas
Manter constante a presso de sada do vapor nas turbinas de contrapresso
Normalmente o controle feito na admisso de vapor para a turbina,
pela vlvula de admisso de vapor. Estas vlvulas so comandadas por
dispositivos denominados governadores, para ajuste de velocidade auto-
mtico, pela presso na descarga da turbina, para ajuste da contrapres-
so, ou pela presso na descarga dos equipamentos acionados. feito
tambm na extrao, quando houver, por uma vlvula de extrao.
Vlvulas de controle de admisso
Em turbinas de uso especial usam-se mltiplas vlvulas em paralelo (vl-
vulas de sobrecarga). Cada vlvula alimenta um grupo de expansores di-
ferente, podendo ser fechadas total ou parcialmente, ficando, em casos de
vazo baixa, apenas um grupo de expansores com a vlvula aberta. Per-
mitem um controle mais preciso.
Em turbinas de uso geral utiliza-se uma nica vlvula de controle na
admisso, para todos os grupos de expansores. Em vazo baixa, esta ser
dividida por todos os expansores, deslocando a operao do ponto de maior
eficincia. Porm, so mais simples e baratas que as mltiplas.
Governadores
Os governadores mecnicos ou de massas oscilantes consistem basica-
mente em dois pesos articulados, que giram a uma velocidade igual ou
proporcional turbina e atuam contra a presso de uma mola (que d o
ajuste da velocidade desejada). Se a velocidade da turbina aumenta, os
pesos articulados se abrem, movimentando a haste no sentido de fechar
a vlvula de admisso. Se a velocidade diminui, os pesos se fecham,
abrindo a vlvula de admisso. So simples e baratos, porm de respos-
ta lenta e no permitem a variao da fora de acionamento. Indicados
para turbinas de uso geral.
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J os governadores mecnico-hidrulicos utilizam sistemas hidrulicos
diversos, dependendo do fabricante, para interferir no sistema massas-
mola, alterando sua regulao inerente (mola), assim como ampliar sua
fora de acionamento. Podem possuir ainda ajuste de velocidade local ou
remota e ajuste da regulagem e limitao da carga. Melhoram a preciso,
velocidade de resposta, confiabilidade e fora de atuao. Mais indicados
para turbinas de servios especiais.
Os governadores hidrulicos substituem os sistema massas-mola por
uma bomba de leo acionada, direta ou proporcionalmente, pelo eixo da
turbina. A variao da velocidade do eixo da turbina altera a presso de
descarga da bomba, que atua diretamente no atuador da vlvula de ad-
misso. Possuem regulao inerente dada pelas molas do atuador e ajus-
te de velocidade local ou remoto, por meio de vlvulas agulha instaladas
no circuito de leo. So tambm precisos e confiveis, indicados para
turbinas de servios especiais.
Os governadores com servomotores hidrulicos recebem um sinal de
um controlador e acionam diretamente as vlvulas de admisso.
Vlvulas de controle de extrao
Algumas turbinas possuem retirada parcial de vapor (extrao), em um
estgio intermedirio entre a de admisso e a de descarga, a uma presso
intermediria que pode variar com as condies de operao da turbina.
Como normalmente se deseja uma presso constante na sada da extra-
o para uso no processo ou no acionamento de mquinas menores, ins-
talada uma vlvula controlada pela presso do vapor extrado, sendo de-
nominada de extrao automtica.
Nos casos em que a vlvula no necessria, so denominados de
extrao no-automtica.
Sistema de segurana
Existem diversos sensores e dispositivos que podem ser instalados para
garantir a segurana da operao da turbina, dos equipamentos aciona-
dos e da unidade onde estes operam.
O acionamento pode ser manual ou automtico, local ou remoto, atu-
ando como alarme e/ou corte.
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Entre os problemas temos:
Alta velocidade
Vibrao excessiva
Deslocamento axial do conjunto rotativo
Baixa presso de leo
Nvel de leo alto ou baixo
Alta temperatura nos mancais
Alta temperatura do vapor de sada
Alta presso do vapor de descarga
Alta presso do vapor de extrao
Baixa vazo de vapor na admisso
Baixa vazo de vapor exausto
Sistema de lubrificao
A lubrificao de mancais de turbinas de uso geral feita por anel pesca-
dor, com reservatrio na prpria caixa do mancal. Com potncias elevadas,
pode ser necessrio um sistema pressurizado com reservatrio externo.
A lubrificao de mancais de turbinas de uso especial feita sempre
por sistema pressurizado com reservatrio externo. As bombas de leo
devem trabalhar afogadas e ter acionamento independente da turbina.
Deve haver um par de resfriadores de leo, um como reserva, com indi-
cao de temperatura na entrada e na sada, alm de um par de filtros de
leo, um como reserva, com indicao de presso na entrada e na sada, e
visores de fluxo no retorno de leo, entre outras recomendaes.
Operao de turbinas a vapor
A operao de uma turbina a vapor depende do tipo de turbina, do servi-
o para o qual ela foi selecionada e o sistema no qual a mquina aciona-
da est instalada. Deve-se observar cuidadosamente os dados e procedi-
mentos definidos no manual de instalao, de operao e de manuteno
fornecido pelo fabricante, bem como manuais de operao da unidade.
Sero apresentados aqui passos bsicos para uma viso global da opera-
o de turbinas a vapor. A operao compe-se das fases de partida, acom-
panhamento e parada.
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Na pr-operao de turbinas, principalmente nas de usos especiais,
deve-se observar:
Preparao dos sistemas auxiliares: vapor, condensado, vapor de sela-
gem, gua de refrigerao, lubrificante e instrumentao
Teste de desempenho mecnico com a turbina desacoplada
Teste de desempenho mecnico com a turbina acoplada
Teste de performance
Isso deve ser feito com o aumento lento de velocidade e observao dos
itens de controle e segurana. A partida pode ser manual ou automtica.
Para partida manual necessrio observar os seguintes passos:
Garantir lubrificao adequada
Garantir circulao da gua de refrigerao
Drenar condensado em todos os pontos durante o aquecimento
Armar segurana
Abrir vlvula de exausto
Inicializar condensador e vapor de selagem, caso necessrio
Aquecer
Colocar em giro lento usando desvio (by-pass) da vlvula de admisso
Verificar operao do governador
Partir, abrindo a vlvula de admisso e fechando o desvio
Para colocar uma turbina a vapor em condies de partida automti-
ca, necessrio observar os mesmos passos da partida manual.
O acompanhamento visa detectar anormalidades e evitar que uma
condio operacional inadequada se torne uma falha mecnica, ou uma
falha mecnica se agrave a ponto de danificar severamente o equipamento
e/ou causar acidentes.
Ele acontece por meio da observao e interveno do operador, com
uso de instrumentos portteis de monitoramento (como medidores de vi-
brao, medidores de temperatura, avaliadores de rudo e detectores de
vazamentos), assim como do uso dos instrumentos residentes de moni-
toramento e proteo. As determinaes de uso destes mtodos so em
funo da importncia do equipamento e da poltica de operao e au-
tomao da empresa.
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Principais problemas que constituem falhas mecnicas
Vapor, condensado, lubrificante e gua de refrigerao
Carga excessiva, desbalanceamento, desalinhamento,
folgas inadequadas etc.
Danificao dos mancais, atrito entre as partes mveis etc.
Falha na lubrificao, excesso de lubrificante nos mancais,
falha na refrigerao etc.
Recirculao interna, vazamento de vapor ou admisso de ar
devido a desgaste da selagem etc.
FALHAS MECNICAS
VAZAMENTOS
VIBRAO
RUDO
AQUECIMENTO EXCESSIVO
PERDA DE EFICINCIA
ATENO
Evitar passagem de vapor ou a entrada de ar
pela selagem com o rotor parado.
No operar sem o governador
A parada tambm pode ser manual ou automtica.
Para realizar a parada de uma turbina a vapor de
pequeno porte, observar os seguintes passos:
Fechar a vlvula de admisso
Drenar condensado em todos os pontos
Fechar vlvula de exausto
No caso das turbinas de maior porte, observar a
seqncia de desligamento dos sistemas auxiliares
de acordo com o tipo da turbina

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TURBINAS
DE AO
ESTGIO RATEAU (de presso)
Arco de expansores, um rotor de palhetas
mvel, ou anel de palhetas estacionrio, e
um rotor de palhetas mvel
ESTGIO CURTIS (DE VELOCIDADE)
Arco de expansores e duas fileiras de palhetas
em um nico disco mvel, intercaladas por
um anel de palhetas guias estacionrio
4
TURBINAS DE
USO GERAL
Pequenas e compactas, para bombas e
ventiladores. So usualmente mquinas de um
s estgio de ao de velocidade, podendo ser
um estgio de presso em mquinas muito
pequenas. Trabalham em baixa rotao a
3.600rpm, ou mais raramente a 1.800rpm.
2
TURBINAS DE
USO ESPECIAL
De grande porte e sofisticadas, de mltiplos
estgios de ao ou reao (>1.000hp), para
grande acionamento de compressores centrfugos,
fabricadas para cada aplicao, descarregam
para condensador ou para contrapresso
3
TURBINAS A VAPOR
1 1
RESUMO
DEFINIO
A turbina um motor rotativo que converte em energia mecnica a energia de uma corrente
de gua, vapor dgua ou gs. As turbinas se classificam, de acordo com o acionamento,
como hidrulicas, a vapor ou de combusto.
CONCEITO DE
TURBINAS A VAPOR
So equipamentos acionadores cuja funo a
de transformar energia trmica em energia
mecnica. Na primeira etapa o vapor,
ao escapar por um bocal expansor, forma um
jato de alta velocidade. Na segunda etapa a
fora do jato produz trabalho mecnico
PRINCPIOS
Ao Vapor expandido no bocal (fixo),
exerce fora sobre uma palheta montada na
periferia de um rotor que gira
Reao Bocal na periferia de um rotor,
vapor expandindo-se e gerando uma reao
que gira o rotor
1 TURBINAS
DE AO
ESTGIO RATEAU (de presso)
Arco de expansores, um rotor de palhetas
mvel, ou anel de palhetas estacionrio, e
um rotor de palhetas mvel
ESTGIO CURTIS (DE VELOCIDADE)
Arco de expansores e duas fileiras de palhetas
em um nico disco mvel, intercaladas por
um anel de palhetas guias estacionrio
4
TURBINAS
DE REAO
ESTGIO PARSONS
Disco de palhetas estacionrio e disco de
palhetas mvel
CLASSIFICAO SEGUNDO O
NMERO DE ESTGIOS
Simples ou multiestgios
CLASSIFICAO SEGUNDO A
DIREO DO FLUXO DE VAPOR
Axial, radial e helicoidal
CLASSIFICAO SEGUNDO A
ENERGIA DO VAPOR
Alta, mdia e baixa
CLASSIFICAO SEGUNDO A
PRESSO DO VAPOR NA EXAUSTO
Contrapresso e condensao
VANTAGENS
O rendimento melhora medida que
aumentam a potncia e as presses e
temperaturas de gerao de vapor
So puramente rotativas, de alta rotao, de
operao simples, precisas e confiveis, de
partida fcil, de funcionamento suave, sem
lubrificao interna, com campanhas
operacionais e vida til longas
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TURBINAS DE
USO GERAL
Pequenas e compactas, para bombas e
ventiladores. So usualmente mquinas de um
s estgio de ao de velocidade, podendo ser
um estgio de presso em mquinas muito
pequenas. Trabalham em baixa rotao a
3.600rpm, ou mais raramente a 1.800rpm.
2
TURBINAS DE
USO ESPECIAL
De grande porte e sofisticadas, de mltiplos
estgios de ao ou reao (>1.000hp), para
grande acionamento de compressores centrfugos,
fabricadas para cada aplicao, descarregam
para condensador ou para contrapresso
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TURBOGERADORES
Acionam os geradores eltricos existentes nas
centrais termoeltricas. So semelhantes s
turbinas de uso especial, mas trabalham com
rotao baixa e constante (3.600rpm), com
extrao de vapor em um estgio intermedirio
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TURBINAS A VAPOR
2 2
RESUMO
COMPONENTES
Carcaa ou estator Envoltrio da turbina
Expansores Peas de seo varivel
que reduzem a presso e aumentam a
velocidade do vapor
Conjunto rotativo Pode ser constitudo de
eixos e rotores montados ou em nica pea,
ou tambor rotativo de sees crescentes
Palhetas Fixas ou mveis, formam canais
de seo uniforme, ou formam canais de
seo varivel, atuando como expansoras e/
ou movimentando o rotor
Diafragmas Separam dois discos adjacentes
em turbinas de ao multiestgios, com arcos
de expansores e labirintos
Acoplamento Liga o eixo da turbina
ao eixo do equipamento acionado
Sistema de vedao Evita escapamento de
vapor ou a entrada de ar. Do tipo labirintos
ou anis de carvo
Sistema de apoio Apia o eixo,
suporta os esforos radiais e axiais,
garantindo as folgas entre as partes mveis
e estacionrias. Mancais de apoio e escora
dos tipos de deslizamento ou de rolamentos
Sistema de controle Mantm a rotao,
a presso de descarga das acionadas
ou da sada de vapor (vlvulas de
controle de admisso, de controle de
extrao e governadores)
Sistema de segurana Sensores e
dispositivos instalados para garantir a
segurana da turbina, dos acionados
e da unidade
Sistema de lubrificao Por anel
pescador, com reservatrio na caixa do
mancal, ou sistema pressurizado com
reservatrio externo
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PR-OPERAO
Preparao dos sistemas auxiliares Vapor,
condensado, vapor de selagem, gua de
refrigerao, lubrificante e instrumentao
Teste de desempenho mecnico com a
turbina desacoplada
Teste de desempenho mecnico com a
turbina acoplada
Teste de performance
Isso deve ser feito com aumento lento de velocidade
e observao dos itens de controle e segurana
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PARTIDA
Garantir lubrificao adequada
Garantir circulao da gua de refrigerao
Drenar condensado em todos os pontos
durante aquecimento
Armar segurana
Abrir vlvula de exausto
Inicializar condensador e vapor de selagem,
caso necessrio
Aquecer
Colocar em giro lento, usando desvio (by-pass)
da vlvula de admisso
Verificar operao do governador
Partir, abrindo a vlvula de admisso e
fechando o desvio
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ACOMPANHAMENTO
Detectar anormalidades e intervir para
evitar que uma condio operacional
inadequada ou que uma falha mecnica
se agrave. Usar instrumentos portteis
de monitoramento e instrumentos
residentes de monitoramento e proteo.
PARADA
Fechar a vlvula de admisso
Drenar condensado em todos os pontos
Fechar vlvula de exausto
No caso de turbinas de maior porte, observe a
seqncia de desligamento dos sistemas
auxiliares de acordo com o tipo
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PRINCIPAIS PROBLEMAS
Vazamentos, vibrao,
rudo, aquecimento
excessivo, perda de
eficincia
ATEN0 ATEN0
Tome Nota
Tome Nota