Turbina de Impulso vs Turbina de Reação
Turbinas são uma classe de turbomáquinas usadas para converter a energia em um fluido que flui em energia mecânica pelo uso de mecanismos de rotor. As turbinas, em geral, convertem a energia térmica ou cinética do fluido em trabalho. Turbinas a gás e turbinas a vapor são máquinas turbo térmicas, onde o trabalho é gerado a partir da variação da entalpia do fluido de trabalho; ou seja, a energia potencial do fluido na forma de pressão é convertida em energia mecânica.
A estrutura básica de uma turbina de fluxo axial é projetada para permitir um fluxo contínuo de fluido enquanto extrai a energia. Nas turbinas térmicas, o fluido de trabalho a alta temperatura e pressão é direcionado através de uma série de rotores constituídos por pás angulares montadas em um disco giratório preso ao eixo. Entre os discos de cada rotor são montadas pás estacionárias, que atuam como bicos e guiam o fluxo do fluido.
Turbinas são classificadas usando muitos parâmetros, e a divisão de impulso e reação é baseada no método de converter a energia de um fluido em energia mecânica. Uma turbina de impulso gera energia mecânica completamente a partir do impulso do fluido ao impactar nas pás do rotor. Uma turbina de reação usa o fluido do bocal para criar impulso na roda do estator.
Mais sobre Turbina de Impulso
Turbinas de impulso convertem a energia do fluido na forma de pressão alterando a direção do fluxo do fluido quando impactado nas pás do rotor. A mudança no momento resulta em um impulso nas pás da turbina e o rotor se move. O processo é explicado usando a segunda lei de newtons.
Em uma turbina de impulso, a velocidade do fluido é aumentada passando por uma série de bicos antes de ser direcionado para as pás do rotor. As lâminas do estator atuam como bicos e aumentam a velocidade reduzindo a pressão. Fluxo de fluido com maior velocidade (momentum) então impacta com as pás do rotor, para transferir o momento para as pás do rotor. Durante essas etapas, as propriedades do fluido sofrem alterações características das turbinas de impulso. A queda de pressão ocorre completamente nos bicos (isto é, nos estatores), e a velocidade aumenta significativamente nos estatores e diminui nos rotores. Em essência, as turbinas de impulso convertem apenas a energia cinética do fluido, não a pressão.
Rodas Pelton e turbinas de Laval são exemplos de turbinas de impulso.
Mais sobre turbina de reação
Turbinas de reação convertem a energia do fluido pela reação nas pás do rotor, quando o fluido sofre uma mudança de momento. Este processo pode ser comparado à reação em um foguete pelo gás de exaustão do foguete. O processo das turbinas de reação é melhor explicado usando a segunda lei de Newton.
Uma série de bicos aumenta a velocidade do fluxo de fluido no estágio do estator. Isso cria uma queda de pressão e um aumento na velocidade. Em seguida, o fluxo de fluido é direcionado para as pás do rotor, que também atuam como bocais. Isso reduz ainda mais a pressão, mas a velocidade também cai como resultado da transferência de energia cinética para as pás do rotor. Nas turbinas de reação, não apenas a energia cinética do fluido, mas também a energia do fluido na forma de pressão é convertida em energia mecânica do eixo do rotor.
Turbina Francis, turbina Kaplan e muitas das turbinas a vapor modernas pertencem a esta categoria.
No projeto moderno de turbina, os princípios de operação são usados para gerar a saída de energia ideal e a natureza da turbina é expressa pelo grau de reação (Λ) da turbina. O parâmetro é basicamente a relação entre a queda de pressão no estágio do rotor e o estágio do estator.
Λ=(variação de entalpia no estágio do rotor) / (variação de entalpia no estágio do estator)
Qual é a diferença entre a Turbina de Impulso e a Turbina de Reação?
Em uma turbina de impulso, a queda de pressão (entalpia) ocorre completamente no estágio do estator, e na turbina de reação, a queda de pressão (entalpia) ocorre tanto no estágio do rotor quanto no estágio do estator. {Se o fluido é compressível, (geralmente) o gás se expande nos estágios do rotor e do estator em turbinas de reação.}
As turbinas de reação possuem dois conjuntos de bicos (no estator e rotor) enquanto as turbinas de impulso possuem bicos apenas no estator.
Nas turbinas de reação, tanto a pressão quanto a energia cinética são convertidas em energia do eixo, enquanto nas turbinas de impulso, apenas a energia cinética é usada para gerar a energia do eixo.
O funcionamento da turbina de impulso é explicado usando a terceira lei de Newton, e as turbinas de reação são explicadas usando a segunda lei de Newton.
