Turbina de impulso vs turbina de reação
Turbinas são uma classe de turbomáquinas usadas para converter a energia de um fluido em fluxo 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 turbinas térmicas, onde o trabalho é gerado a partir da mudança de 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 em alta temperatura e pressão é direcionado através de uma série de rotores constituídos por pás angulares montadas em um disco giratório fixado ao eixo. Entre cada disco do rotor, lâminas estacionárias são montadas, que atuam como bicos e orientam o fluxo do fluido.
As turbinas são classificadas usando muitos parâmetros, e a divisão de impulso e reação é baseada no método de conversão da energia de um fluido em energia mecânica. Uma turbina de impulso gera energia mecânica completamente a partir do impulso do fluido quando do impacto nas pás do rotor. Uma turbina de reação usa o fluido do bocal para criar impulso na roda do estator.
Mais sobre a turbina de impulso
As 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 ao passar por uma série de bocais antes de ser direcionado às pás do rotor. As lâminas do estator atuam como bicos e aumentam a velocidade, reduzindo a pressão. A corrente de fluido com maior velocidade (momentum) então impacta com as pás do rotor, para transferir o momentum para as pás do rotor. Durante essas etapas, as propriedades do fluido sofrem alterações que são 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 a turbina de reação
As 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 bocais aumenta a velocidade da corrente 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 bicos. 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.
A turbina Francis, a turbina Kaplan e muitas das modernas turbinas a vapor pertencem a esta categoria.
No projeto moderno de turbina, os princípios de operação são usados para gerar uma 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 no estágio do estator.
Λ = (alteração de entalpia no estágio do rotor) / (alteração da 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 pressão (entalpia) cai em ambos os estágios do rotor e do estator. {Se o fluido for compressível, (geralmente) o gás se expande nos estágios do rotor e do estator nas turbinas de reação.}
As turbinas de reação possuem dois conjuntos de bocais (no estator e no rotor), enquanto as turbinas de impulso possuem bocais apenas no estator.
Nas turbinas de reação, a pressão e a energia cinética são convertidas em energia do eixo, enquanto, nas turbinas de impulso, apenas a energia cinética é usada para gerar energia do eixo.
A operação da turbina de impulso é explicada usando a terceira lei de Newton, e as turbinas de reação são explicadas usando a segunda lei de Newton.
