Recursos Energéticos e Meio Ambiente. Professor Sandro Donnini Mancini. 8 Motores e Turbinas. Sorocaba, Março de 2016.

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1 Instituto de Ciência e Tecnologia de Sorocaba Recursos Energéticos e Meio Ambiente Professor Sandro Donnini Mancini 8 Motores e Turbinas Sorocaba, Março de Motor: transforma energia de combustíveis em movimento Gerador: transforma movimento em energia elétrica. Turbina: transforma movimento de fluido em movimento de eixo Queima de combustível pode se dar para: Aquecimento de ambientes e água (caldeiras, aquecedores) Movimento de automóveis (motores ciclo Otto ou ciclo Diesel) Geração posterior de eletricidade termelétricas Termelétricas mais comuns: Moto-gerador: motor + gerador Caldeira + turbina + gerador 1

2 Tipos de Motores Combustão interna: queima gera expansão de gás (motor a explosão), que movimenta partes de uma máquina (ciclos Otto e Diesel) ou de um gerador (termelétricas). Combustão externa: queima se dá externamente ao motor, pelo aquecimento de fluido (água ou ar) e posterior canalização do vapor para movimentar máquinas (máquinas a vapor). Motor de Combustão Interna Ciclo Diesel d3fs2_wl71i_fnwbuod8fjidvqxpk7nkinbu7uykrsyutmjsem9 KAh-Q1aWgOobp0zy-0pwO1DcArBO1TXsH9--AGQ (*) Dispensa vela pela alta compressão do combustível (V2/V1 ~ 20) Ciclo Otto (*) Vela para ignição, compressão menor (V2/V1 ~ 8) diferenca-entre-motores-8-e-16- valvulas,dcba861bc60d0410vgnvcm acceb0arcrd.html Motor de Combustão Externa (*) A queima é externa, p.ex., aquecendo o conjunto que contém o cilindro e expandindo o gás interno. Nas máquinas a vapor, queima aquece água numa caldeira e o vapor vai movimentar o cilindro. 2

3 Turbinas Conjunto de pás desenhadas para se movimentarem pela passagem de fluidos (água, vapor etc). O movimento das pás faz movimentar um eixo que pode mover vários equipamentos, inclusive geradores (por exemplo, movimentando a bobina circundada por um magneto). Tipos mais comuns: Turbina hidráulica; Turbina à gás; Turbina à vapor (usinas nucleares). Turbina eólica. Turbinas Hidráulicas Pelton: para grandes alturas ( m) e pequenas vazões Constrição da tubulação para jato d água movimentar pás Eixo Movido: Vertical ou horizontal Hinrichs, R.A. e Kleinbach, M. Energia e Meio Ambiente. Trad. F.M. Vichi e L.F.Mello. São Paulo, Ed. Thomson,

4 Kaplan: pequena queda d água (10-70m) e alta vazão Eixo Movido: Vertical Variação: Bulbo, adequada a quedas 20m Francis: Médias quedas d água (50-300m) e vazões. Eixo Movido: Vertical Hinrichs, R.A. e Kleinbach, M. Energia e Meio Ambiente. Trad. F.M. Vichi e L.F.Mello. São Paulo, Ed. Thomson,

5 Ex: Turbina à Gás em Ciclo Aberto Esquema típico: ar captado por compressor é comprimido até 13 atm a T=375 o C. Entra o gás natural, que é queimado e a temperatura atinge 1250 o C. A expansão gerada e o alívio de pressão aciona a turbina e liberando gases de exaustão à T=550 o C. Eficiência típica: 34% Ciclo Combinado: Turbina à Gás e Turbina à Vapor Caldeira de Recuperação de Calor (Heat Recovery Steam Generator) Esquema típico: gases quentes vindos da turbina em ciclo aberto aquecem água e tornam vapor que é pressurizado. O alívio de pressão é suficiente para movimentar turbina com metade da potência da turbina à gás correspondente. Eficiência típica: 49% 5

6 CICLO COMBINADO APLICA A CO-GERAÇÃO: Co-geração: produção conjunta de trabalho mecânico e calor utilizável a partir da queima do mesmo combustível. Trabalho mecânico: aciona um gerador elétrico, compressores ou propulsores de navios. Calor utilizável gera vapor para processo (máquinas a vapor ou turbinas a vapor) ou aquecimento de ambientes. CO-GERAÇÃO CO-PROCESSAMENTO Co-processamento: aproveitamento de resíduos industriais como combustíveis, juntamente com outras fontes, em fornos de alta temperatura (ex: pneus na fabricação de cimento). 6