Disciplina: Sistemas Fluidomecânicos. Introdução

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1 Disciplina: Sistemas Fluidomecânicos Introdução

2 Introdução No início, o ser humano carregava água por meio de baldes e conchas. Com o avanço da civilização, a tarefa de transportar água começou a ser mecanizada.

3 2000 AC Egípcios inventam a shadoof (cegonha).

4 700 AC: Evidências arqueológicas indicam que a bomba de parafuso foi empregada por Senaquerib, Rei da Assíria, para a irrigação dos Jardins Suspensos da Babilônia. Parafuso de Arquimedes Em 200 DC Arquimedes descreve e divulga a bomba de parafuso. Devido a isto, até hoje, no ocidente, este artefato é conhecido como parafuso de Arquimedes.

5 200 DC: Ctesibius inventa a bomba alternativa Bomba alternativa duplex, de Ctesibius, no Museo Arqueológico Nacional de Madrid, descoberta na antiga mina romana de cobre de Sotiel-Coronada (Calañas, Andaluzia, Espanha).

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7 ? DC: Dispositivos rotatórios para elevação da água Nora é um engenho ou aparelho para tirar água de poços ou cisternas. É constituído por uma roda com pequenos reservatórios. Este exemplar funciona ainda hoje na Andaluzia, Espanha, onde o conceito foi trazido pelos árabes após o ano de 711.

8 900 (?): Construção, na Pérsia, dos primeiros moinhos de vento de uso prático, efetivamente capazes de utilizar energia eólica para moer grãos ou bombear água. Moinhos de vento em Consuegra, Espanha.

9 1206: No Livro do Conhecimento de Dispositivos Mecânicos Engenhosos, Ismail al-jazari apresenta diversos tipos de bombas hidráulicas de sua invenção, e também descreve ou aperfeiçoa modelos já existentes. Artefatos similares aos de sua criação bombearam água para Damasco do ano 1300 até recentemente.

10 1580: A bomba de palhetas é inventada pelo engenheiro italiano Agostino Ramelli.

11 1640: O engenheiro militar francês Nicolas Grollier de Servière inventa a bomba de engrenagens.

12 1650: Otto von Guericke, cientista e prefeito de Magdeburg, Saxony- Anhalt, Alemanha, inventa a bomba de vácuo a pistão.

13 Máquinas de fluxo estão no seu dia-a-dia: Ventiladores Bomba de óleo automotiva Secadores de cabelo E muito mais: máquinas de água pressurizada, bombas centrífugas para elevar a pressão da água doméstica, circuladores de ar, etc.

14 O foco desta disciplina é introduzir os conceitos necessários para analisar, projetar e aplicar máquinas de fluxo. Restrição: escoamentos incompressíveis. Ênfase: dispositivos absorvedores ou consumidores de energia (bombas, turbinas e ventiladores), nos quais a energia é transferida por meio de elemento rotativo. Atenção: trata-se de assunto de grande importância para sua atuação profissional. Cerca de 5% de toda energia elétrica nos EUA é consumida por bombas centrífugas.

15 Classificação das Máquinas de Fluxo Podem ser classificadas como 1. Máquinas de deslocamento positivo A transferência de energia é feita por meio de variação do volume (movimento da fronteira na qual o fluido está confinado). 2. Máquinas dinâmicas ou Turbomáquinas Fluxo é direcionado por pás ou lâminas rotativas, não há volume confinado. Foco da disciplina.

16 Classificação de Turbomáquinas Conforme geometria do percurso do fluido: 1. Máquinas de fluxo radial. 2. Máquinas de fluxo axial. 3. Máquinas de fluxo misto.

17 Máquinas de Fluxo Radial Denominadas também de centrífugas. Trajetória do fluido é essencialmente radial, com mudanças significativas no raio, da entrada para a saída.

18 Máquinas de Fluxo Axial A trajetória do fluido é aproximadamente paralela à linha de centro da máquina, e o raio de percurso não varia significativamente.

19 Máquina de Fluxo Misto Raio de trajetória do fluxo varia moderadamente. estágio estágio Pás do rotor Pás do estator Impulsor cubo Eixo do rotor Pás do estator Eixo do rotor Estágio de compressor de fluxo axial Estágio de compressor de fluxo misto

20 Raio de trajetória do fluxo varia moderadamente. Raio infinito Raio infinito Raio infinito estágio Raio estágio decrescente Pás do rotor cubo Pás do estator Eixo do rotor Impulsor Pás do estator Eixo do rotor Estágio de compressor de fluxo axial: o raio da trajetória é constante Estágio de compressor de fluxo misto: raio varia

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23 Classificação de Turbomáquinas Conforme fluido do escoamento: 1. Bombas: fluido líquido ou pastoso. 2. Ventiladores, sopradores ou compressores: fluido é gás ou vapor. a. Ventiladores: pequena variação de pressão (até 1 pol. H 2 O, ou 249,09 Pa, ou 0,00246 atm). b. Sopradores: aumento moderado de pressão (até 1 pol. Hg, ou 3386,4 Pa, ou 0,03342 atm). c. Compressores: elevado aumento de pressão (até atm).

24 Classificação de Turbomáquinas Conforme número de estágios: O aumento de pressão que pode ser obtido através de um único estágio é limitado. Estágios podem ser acrescentados para contornar esta restrição. 1. Simples estágio 2. Múltiplo estágio

25 Turbinas Máquinas que extraem energia do movimento de um fluido. Podem ser simples moinhos de vento a complexas turbinas a vapor de múltiplos estágios. O conjunto de pás, lâminas ou conchas fixado ao eixo da turbina é chamado de rotor. Turbinas hidráulicas: fluido é água, escoamento incompressível. Turbinas a gás ou a vapor: massa específica varia consideravelmente.

26 Turbinas Hidráulicas As chamadas turbinas hidráulicas típicas são: 1. Turbinas de impulsão (roda Pelton) 2. Turbinas de reação (tipo Francis) 3. Turbinas de hélice (tipo Kaplan)

27 Turbina Pelton ou de Impulsão Rotor da turbina:

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31 Turbina Francis ou de Reação Rotor da turbina:

32 Pás diretrizes estacionárias Pás de rotor Carcaça Tubo de descarga Tubo de extração

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34 Turbina Kaplan ou de Hélice Pás diretrizes

35 Pás diretrizes Pás do rotor

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39 Bibliografia Robert W. Fox, Alan T. McDonald Introdução à Mecânica dos Fluidos. Rio de Janeiro RJ, 4ª.Ed.; Editora Afijada. ISBN-10: ISBN-13: