Conceituação em MF

 

 

 

 

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FACULDADE PITÁGORAS – CAMPUS GOVERNADOR VALADARES / MG 

 

 

 

Engenharia Mecânica

 

 

 

 

Máquinas de Fluxo

 

Capitulo 1 - Conceituação em Máquinas de Fluxo  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Porf: Árlen de Souza Lopes

 

 

  

1. GENERALIDADES

 

1.1. Definição e classificação de máquinas de fluido

 

Uma máquina pode ser definida como um transformador de energia. Nas máquinas de fluido ocorre a troca de energia entre um sistema mecânico e um fluido, ou seja, a transformação de energia mecânica em energia de fluido ou energia de fluido em energia mecânica.  

 

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W- ⇒ Trabalho cedido ao fluido            W+ ⇒ Trabalho cedido pelo fluido

 

FIGURA 1.1 - Transformação de energia numa máquina de fluido.

 

As máquinas de fluido podem ser divididas em dois grupos principais: Máquinas de Deslocamento Positivo (MDP) e Máquinas de Fluxo (MF).

Nas Máquinas de Deslocamento Positivo, também, chamadas de máquinas estáticas, o processo é de um deslocamento positivo, com uma quantidade fixa de fluido de trabalho sendo confinada durante sua passagem através da máquina e submetida a trocas de pressão devido à variação no volume do recipiente, isto é, o fluido é obrigado a mudar seu estado devido ao movimento de uma fronteira. Exemplos de máquinas de deslocamento positivo são: bombas alternativas (FIG. 1.2) e bombas de engrenagens (FIG. 1.3). Em ambos tipos, a pressão de saída é determinada pela pressão na canalização de descarga, podendo a pressão ser baixa, média ou alta. A regulagem da pressão, geralmente, é feita através de válvulas instaladas na tubulação de descarga.

 

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FIGURA 1.2 - Bomba alternativa de pistão.

 

 

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FIGURA 1.3 - Bomba de engrenagens.

 

Nas Máquinas de Fluxo, denominadas de máquinas dinâmicas, o fluido nunca está confinado mas sim em fluxo contínuo através da máquina e é submetido a trocas de energia principalmente devido a efeitos dinâmicos. Como exemplos de máquinas de fluxo têm-se turbinas hidráulicas, ventiladores, bombas centrífugas, turbinas a vapor, turbinas a gás, turbocompressores, etc.

Ambos tipos de máquinas podem ainda ser subdivididas em máquinas hidráulicas e máquinas térmicas. Esta classificação é em função da propriedade do fluido chamada de massa específica. Se esta não varia quando o fluido passa através da máquina, a máquina costuma ser denominada de máquina hidráulica (turbinas, bombas, ventiladores). Se a massa específica varia durante a passagem do fluido através da máquina, esta é denominada máquina térmica (turbocompressores, turbinas a vapor, turbinas a gás). Escoamentos sem variação da massa específica do fluido são denominados de incompressíveis; o contrário de escoamentos compressíveis.

As principais máquinas, objeto do presente estudo são as máquinas de fluxo. Todo este curso será dedicado ao estudo destas máquinas de fluxo hidráulicas.  

 

1.2. Elementos construtivos

 

Os elementos construtivos principais de uma máquina de fluxo são o rotor e o sistema diretor. O rotor é órgão principal, no qual ocorre o intercâmbio de energia mecânica e de fluido. É constituído por um certo número de pás giratórias que dividem o espaço ocupado em canais, por onde circula o fluido de trabalho. O rotor de uma bomba hidráulica do tipo semiaxial é mostrado na FIG. 1.4. O rotor de uma turbina tipo Pelton está mostrado na FIG.

1.5.

 

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FIGURA 1.4 - Rotor de uma bomba semi-axial.

 

 

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FIGURA 1.5 - Rotor de uma bomba semi-axial.

O sistema diretor, também chamado de estator, tem como finalidade coletar o fluido e dirigí-lo para uma determinada direção. Muitas vezes parte da transformação da energia pode ocorrer já no sistema diretor. Na FIG. 1.6 pode-se ver o sistema diretor ou injetor de uma turbina Pelton. Neste caso ocorre a transformação de energia potencial em energia cinética.

 

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FIGURA 1.6 - Sistema injetor de uma turbina Pelton.

 

No caso de uma bomba hidráulica, o sistema diretor, após o rotor (FIG. 1.7), recupera a energia cinética do fluido na saída do rotor transformando-a em energia hidráulica ou de pressão.

 

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FIGURA 1.7 - Bomba centrífuga em corte.

 

1.3. Classificação de máquinas de fluxo

 

Outros critérios são usados para classificar as máquinas de fluxo; entre eles podem ser citados os seguintes:

 

A. Classificação segundo a direção da conversão de energia; B. Classificação segundo a forma dos canais entre as pás do rotor;

C. Classificação segundo a trajetória do fluido no rotor.

 

A. Segundo a direção da conversão de energia 

 

Segundo a direção da conversão de energia as máquinas de fluxo classificam-se em motoras e geradoras.

As máquinas de fluxo motoras transformam energia de fluido em trabalho mecânico, ocorrendo uma diminuição da energia do fluido em sua passagem pela máquina; enquanto que nas máquinas de fluxo geradoras, o trabalho mecânico fornecido ao eixo da máquina é transformado em energia de fluido, ou seja, ocorre um aumento da energia do fluido ao passar pela máquina.

Exemplos de máquinas de fluxo motoras ou motrizes são: