Questões de Concurso sobre Turbinas termomecânicas (elementos, características e classificação)

As turbinas a vapor são compostas por rotores, pás, estágios, bocais de entrada e saída, carcaça, eixos, entre outros elementos, e são classificadas pelo tipo de acionamento (condensação ou contrapressão), arranjo dos estágios (simples ou múltiplos), disposição dos rotores (axiais, radiais ou mistos) e orientação do eixo (horizontal ou vertical).

Utiliza-se vapor como fluido de trabalho em um ciclo ideal de Rankine. O vapor superaquecido entra na turbina a 8 𝑀𝑃𝑎, se expande e sai a uma pressão de 300 𝑘𝑃𝑎. Obteve-se a propriedade do fluido na saída da turbina, uma entalpia de ℎ = 2615,14 𝑘𝐽/𝑘𝑔. Determine o título do vapor na saída da turbina.

Temos abaixo a tabela de propriedades da água saturada em função da pressão.

(BOGNAKKE, Fundamentos da termodinâmica, adaptado)

Assinale a alternativa que corresponde ao título do vapor na saída da turbina:

O gás refrigerante comprimido, ao fluir para o condensador, absorve calor do ambiente circundante, permitindo que o gás se estabilize, passando do estado líquido para o gasoso.

No ciclo de funcionamento de uma turbina a vapor, a fase de expansão corresponde a uma transformação termodinâmica do tipo

Segundo Macintyre (1997), conforme o modo de atuação do vapor no rotor, as turbinas a vapor são classificadas como turbinas:

A turbina a vapor funciona com o direcionamento de vapor pressurizado em um conjunto de palhetas fixadas em uma roda, realizando, assim, um trabalho mecânico. Uma turbina a vapor é definida como 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:

1º: transformação da energia térmica do vapor em energia cinética;

2º: transformação da energia cinética em energia mecânica; e,

3º: transformação da energia mecânica em energia elétrica por meio do acionamento de um gerador elétrico.

Diante do exposto, analise as afirmativas a seguir.

I. As turbinas a vapor de reação possuem uma pressão de vapor maior na saída do rotor do que na sua entrada.

II. Nas turbinas de vapor de contrapressão, a saída da turbina ainda tem energia suficiente para alimentar outros processos industriais antes de voltar como água para uma caldeira.

III. As turbinas axiais são aquelas são aquelas que o vapor se move dentro do rotor em direção, aproximadamente, paralela ao eixo são as mais comuns.

IV. As turbinas de escape livre são aquelas onde o vapor sai diretamente para a atmosfera; portanto, a pressão de escape é a pressão atmosférica.

Está correto o que se afirma apenas em

Durante o processo de compressão, o gás refrigerante é comprimido resultando em aumento significativo da entropia.

Nas turbinas de reação, tanto nas palhetas fixas quanto nas móveis, ocorre expansão do vapor, produzindo uma transformação contínua de energia cinética em energia mecânica.

O trabalho (W) realizado por uma turbina a vapor pode ser calculado a partir da relação em que Q é o calor, m é a taxa de fluxo de massa, h é a entalpia e $\eta$ é o rendimento da turbina.

A eficiência de uma turbina a vapor aumenta com a diminuição da temperatura do vapor de entrada.

Nas turbinas a vapor de reação, a expansão do vapor ocorre somente nas pás diretrizes e bocais, e não nas pás do rotor, o que resulta em pressões iguais dos dois lados do rotor.

No funcionamento da turbina, o ar atmosférico (1) é comprimido no compressor (2) e enviado para a câmara de combustão (4), onde é injetado combustível (3); os gases quentes resultantes da combustão saem da câmara de combustão e se expandem na turbina (5), produzindo potência mecânica, e são, no final, descarregados na atmosfera.

Considerando-se que o seguinte diagrama T-S refira-se ao ciclo de Rankine de uma turbina a vapor, é correto afirmar que essa turbina funciona em circuito aberto, pois se infere do diagrama que o vapor se expande e se condensa livremente, desta maneira: a água é aquecida no interior de uma caldeira (1 a 2) e convertida em vapor úmido de alta pressão (2 a 3); na sequência, o vapor é expandido por meio de uma turbina e rejeitado, a uma baixa pressão, para um condensador de vácuo (3 a 4); por fim, é realizada a condensação do vapor (4 a 1).

Analise a figura e marque a alternativa que contém a indicação dos componentes do trem de força de um trator de esteiras.

Imagem 7: Trem de força de um trator de esteiras, Direitos autorais: CATERPILLAR INC.

Considerando que W é o trabalho realizado, Q é o calor, $m$ é a taxa de fluxo de massa, ℎ é a entalpia e η é o rendimento, assinale a opção que apresenta a equação fundamental para calcular a potência de uma turbina a vapor.

No ciclo de funcionamento de uma turbina a vapor, a fase de expansão corresponde a uma transformação termodinâmica do tipo adiabática, resultando na produção de trabalho.

No momento de parada de uma instalação de bombeamento, pode ocorrer variação brusca de pressão, o chamado golpe de aríete, que, se não for devidamente amortecido, pode causar danos sérios a componentes do sistema; uma medida da velocidade de propagação da onda de choque devido à sobrepressão é dada pelo parâmetro denominado celeridade, que depende das características do fluido e da tubulação.

Permite-se que haja uma ART para a montagem da turbina, que inclui atividades de transporte até o local da instalação, montagem conforme as especificações técnicas e testes de comissionamento e validação dos parâmetros de operação, e outra ART para demais montagens, a qual deve incluir atividades de montagem de tubulações, instalação de sistemas auxiliares (bombas e válvulas), bem como montagem de estruturas de suporte e outros componentes mecânicos.

A turbina a gás é uma máquina térmica que utiliza o ar como fluido motriz para prover energia. Para se conseguir isso, o ar que passa através da turbina deve ter a sua velocidade reduzida.

Na instalação de caldeiras, o projeto quase sempre apresenta a opção do ciclo Rankine como o ciclo ideal para a instalação térmica de vapor. As razões são:

1. É mais fácil condensar completamente o vapor e trabalhar somente com líquido na bomba, como no ciclo de Rankine.
2. Envolve o superaquecimento do vapor. No ciclo de Rankine, o vapor é superaquecido à pressão constante.

Assim, o ciclo de Rankine é o ciclo ideal que pode ser aproximado na prática. Os seguintes processos compreendem o ciclo Rankine, EXCETO: