Turbinas

Turbinas

• Uma turbina é um equipamento capaz de converter a energia cinética e a pressão do fluxo de um fluido em rotação de um eixo. Fluidos muitos utilizados são água (turbinas hidráulicas) e gases.

•  As turbinas são muito utilizadas na geração de energia em indústrias, captação de energia eólica e hidráulica e propulsão de aviões e jatos.

Turbina a gás:

•  Uma turbina a gás é constituida de um compressor uma câmara de combustão e a turbina. 

• De modo geral, ar entra na turbina através do compressor, este podendo ser movimentado outra turbina ou pelo próprio sistema ao qual pertence. O compressor promove o aumento da pressão e velocidade devido a redução do volume interno. Em seguida parte do ar entra na câmara de combustão onde recebe a injeção de um combustível (não necessariamente gasoso) que após ignição permite elevadas, pressão, temperatura e velocidade. Ao final o gás movimenta a pás de uma turbina que captam a velocidade e pressão de modo que movimentem um eixo central. Em alguns casos este também será o eixo que movimentará o compressor.

• Outro tipo de turbina a gás é a turbina aeronáutica, são turbinas a gás que promovem propulsão ao invés de energia. 

• Em uma turbina aeronáutica o ar comprimido é ejetado em alta velocidade após a queima do combustível e então devido a aceleração do fluido no sentido da saída da turbina o avião (ou jato) é empulsionado na sentido oposto. Devido a pressão e temperaturas muito elevadas é necessário que as turbinas desse tipo sejam feitas de materias resístentes a qualquer temperatura em algumas regiões e resistentes a dilatação térmica.

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Turbinas Hidráulicas:

•  Turbinas movimentadas por correntes de água são muito comuns logo que são utilizadas para a geração de energia em hidrelétricas e em bombas. O tipo mais comum de turbina hidráulica é a radial, no caso das turbinas para bombeamento de líquido um conjunto de palhetas é movimentado por eixo, chamado de impulsor, bombeia a água em uma direção tangencial ao movimento das palhetas acelerada pela força centrífuga. 

• No caso das turbinas hidráulicas para gereção de energia a água entra a câmara da turbina movimentando as pás e por sua vez rotacionando um eixo de um gerador.

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Turbina Eólica:

• O princípio das turbina eólicas utilizadas para gerar energia é muito simples, o fluxo do vento gira as pás de um catavento, movimentando um eixo conectado a um gerador. A rotação pode ser inciada por um motor e a direção do catavento também pode ser ajustada por motor.

Pergunta G.1: Quais são os problemas ambientais causados pelas turbinas a gás de uso industrial? O que fazer para resolvê-los?

Pergunta G.6: No caso das turbinas aeronáuticas, elas resultam em propulsão ao invés de energia. Durante esse processo, leva- se em conta o conceito de dilatacão térmica. Explique o principal motivo da importancia desse conceito para o bom funcionamento das turbinas.

Pergunta G.2: As turbinas do tipo hidráulicas e eólicas são utilizadas na produção de energia. Com base nos conhecimentos qual das duas apresenta maior rentabilida? 

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Pergunta G.3:Em meio a falhas cada vez mais frequentes em turbinas de aviões,  quais medidas precisam ser tomadas para a melhoria e bom funcionamento dessas turbinas ? 

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Pergunta G.5: Quais os riscos que o engenheiro se submete ao trabalhar com esse equipamento?

G.1: A queima de gás natural em turbinas industriais pode ocasionar na emissão de óxidos de nitrogênio que são responsáveis por problemas respiratórios que se estendem de irritação, hemorragia e até a morte, além dos gases do efeito estufa. O controle da temperatura, da concentração de oxigênio, o pré-tratamento do combustível, a injeção da água ou vapor e o uso de catalizadores podem ser utilizados para garantir a liberação de produtos mais seguros.

G.6: O uso do conceito de expansão térmica é fundamental para a elaboração das turbinas, no caso de turbinas para propulsão sua importância está em ser a fonte para o impulso realizado. Gás é expulso pela turbina em alta velocidade devido a expansão térmica com o calor fornecido pela combustão no interior da turbina (evitando aumento de volume). A força que impulsiona jatos e aviões é então a reação da força do fluido que é ejetado pela turbina na direção oposta.

G.2: A rentabilidade é absolutamente relativa a região em questão. Uma usina hidrelétrica tem sua instalação ideal de modo que possa converter muita energia potencial em cinética, por tanto uma grande massa de água elevada, ou seja, um rio de planalto é adequado. Um gerador eólico requer ventos constantes e distância de centros urbanos para geração adequada, segura e sem redução da qualidade de vida por ruídos.

G.3:  Entre os acidentes causados por turbinas de avião que não se originaram de falha humana (considerando falha humana como falta de manutenção, checagem e falha do piloto) o mais comum é a perda de uma turbina por colisão com um pássaro. Pássaros pesando mais de 1,2 kgs ou grupos de pássaros podem acarretar acidentes. Para evitar este problema mais testes devem ser realizados para o desenvolvimento de uma maneira para a turbina não se chocar ou resistir ao choque com pássaros, mas levando em conta que nem mesmo pás de compressores que são feitas de titânio estão seguras é notável a dificuldade de solucionar este problema.

G.5: Ao trabalhar com esse tipo de equipamento é preciso muito cuidado pois em seu mal uso pode acarretar acidentes com qualquer tipo de turbina, no caso de uma turbina para uso industrial temos possíveis riscos de vazamentos de fluidos em alta pressão (gás, combustível, água), uma turbina de um gerador que exceda o limite de pressão, temperatura ou vibração corre risco de quebrar acarretando explosões. O pior cenário, mesmo que raro, de um acidente desse tipo seria a morte.