O Dimensionamento de Disco de Turbina

Trabalho Dimensionamento de Disco de Turbina
Disciplina: Sistemas Fluido-Mecânicos II Professor: Ms. Leonardo Ivo
ALUNO (A): MATRÍCULA: TURMA: MOA-2016
	DATA: 20/12/2016 DATA: 15/09/2015

Dimensionamento de Turbina Hidráulica

Iniciou-se o projeto definindo o salto energético disponível, a ser fornecido pelo fluido recalcado. No caso de ventiladores esta energia está vinculada à diferença de pressão total, normalmente em N/m2, () a ser desenvolvida pela expressão: , onde  é a massa específica do fluido a ser insuflado e  é dado em . Logo:[pic 2][pic 3][pic 4][pic 5][pic 6]

[pic 7]

Velocidade de rotação, n, em rps ou rpm tem sua definição nada rígida e muitas vezes o seu valor inicial é alterado em função das necessidades e limitações de projeto. Um valor elevado para esta velocidade implicará numa redução de dimensões, consequentemente de peso, mas poderá levar a valores fora do campo de realização possível no caso de ventiladores por exemplo. Para este projeto adotou-se uma velocidade de rotação de 1400 rps (84000 rpm) e com um fluxo mássico de 30 kg/s (25,64 m3/s). A partir da equação de velocidade de rotação específica, , foi determinado o tipo de rotor utilizado e o seu formato aproximado. A expressão para a velocidade de rotação específica é:[pic 8]

[pic 9]

Para ventiladores o rendimento total para uma dada velocidade de rotação específica cresce com o diâmetro  e, para uma dada vazão, o seu maior valor corresponde à velocidade específica, , compreendida entre 150 e 250, podendo ultrapassar 90%, portanto para este projeto foi adotado um rendimento total . [pic 10][pic 11][pic 12]

A potência de eixo foi calculada pela equação:

[pic 13]

Para rotores radiais, a determinação aproximada do diâmetro do eixo deve preceder o cálculo das pás. Esta determinação preliminar baseia-se exclusivamente numa solicitação de torção, considerando tensão admissível de cisalhamento, , com valor submetido para compensar possíveis imprecisões de cálculo. Desta maneira, o diâmetro do eixo das bombas foi calculado pela fórmula:[pic 14]

[pic 15]

onde  é o coeficiente admissível que depende da tensão de cisalhamento admissível, . Considerando o eixo de aço carbono SAE 1045 ou SAE 1050, tem-se para bombas de dois estágios , correspondendo à . Logo:[pic 16][pic 17][pic 18][pic 19]

[pic 20]

O diâmetro do cubo, , pode ser adotado normalmente entre 10 e 30 mm maior q o diâmetro do eixo, para este projeto adotou-se 30mm maior, logo . [pic 21][pic 22]

A velocidade na boca de admissão ou sucção, , foi adotada com valor igual a 50 m/s (definido previamente).[pic 23]

Levando em consideração a obstrução provocada pelo eixo e cubo do rotor, o diâmetro da boca de sucção, , do rotor das bombas pode ser determinado pela equação:[pic 24]

[pic 25]

Entretanto para ventiladores, a obstrução citada não é considerada, pode-se calcular o diâmetro da boca de sucção do rotor pela expressão:

Onde  é o rendimento volumétricos e varia entre 90 e 95% para ventiladores, neste projeto foi adotado . Logo:[pic 26][pic 27]

[pic 28]

O ângulo de inclinação das pás na saída do rotor, βs, foi adotado como 30o, salvo que a faixa recomendada é de 12º a 30º.

Para o cálculo provisório do diâmetro de saída do rotor de bombas centrifugas, DS, estima-se primeiramente o valor do coeficiente de pressão, ψ (adimensional), por meio da expressão baseada nos estados de Stepanoff:

[pic 29]

Com o coeficiente de pressão definido, determinou-se a velocidade tangencial da saída do rotor, us, pela equação:

[pic 30]

e o diâmetro da saída do rotor, DS, pela expressão:

[pic 31]

Para o diâmetro de entrada do rotor de ventiladores, ainda que muito projetistas adotem , Eck propõe a seguinte expressão para :[pic 32][pic 33]

[pic 34]

onde Φ é o denominado coeficiente de vazão, adimensional, definido pela equação:

[pic 35]

Logo:

[pic 36]

[pic 37]

Adotou-se o diâmetro de entrada igual a 0,1951 m.

Para ventiladores centrífugos, a componente meridional, cmE, da velocidade absoluta e indicada por Mataix pela equação:

[pic 38]

A largura da entrada do rotor foi definida pela equação:

[pic 39]

Para o cálculo da velocidade absoluta do fluido à entrada do rotor, cE, deve-se estipular o fator de estrangulamento à entrada do rotor dentro da faixa de 0,80 a 0,90 para bombas, logo utilizando o fator de estrangulamento de 0,9, tem-se: