Diferença entre turbina de impulso e turbina de reação

Turbina de impulso vs turbina de reação
 

As turbinas são uma classe de máquinas turbo usadas para converter a energia de um fluido que flui em energia mecânica pelo uso de mecanismos de rotor. As turbinas, em geral, convertem energia térmica ou cinética do fluido em trabalho. Turbinas a gás e turbinas a vapor são máquinas de turbo térmico, 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 a alta temperatura e pressão é direcionado através de uma série de rotores que consistem em lâminas angulares montadas em um disco rotativo acoplado ao eixo. Entre os discos de cada rotor, são montadas lâminas estacionárias, que atuam como bicos e orientam o fluxo de 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 causa impacto nas pás do rotor. Uma turbina de reação usa o fluido do bico para criar impulso na roda do estator.

Mais sobre 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 Newton.

Em uma turbina de impulso, a velocidade do fluido é aumentada passando por uma série de bicos antes de ser direcionada para as pás do rotor. As lâminas do estator atuam como bicos e aumentam a velocidade reduzindo a pressão. A corrente de fluido com velocidade mais alta (momento) então afeta as pás do rotor, para transferir o momento para as pás do rotor. Durante esses estágios, as propriedades do fluido sofrem alterações que são características das turbinas de impulso. A queda de pressão ocorre completamente nos bocais (isto é, os estatores) e a velocidade aumenta significativamente nos estatores e cai nos rotores. Em essência, as turbinas de impulso convertem apenas a energia cinética do fluido, não a pressão.

As rodas Pelton e as turbinas De Laval são exemplos das turbinas de impulso.

Mais sobre turbina de reação

As turbinas de reação convertem a energia do fluido pela reação nas pás do rotor, quando o fluido sofre uma mudança no momento. Esse processo pode ser comparado à reação em um foguete pelos gases de escape do foguete. O processo das turbinas de reação é melhor explicado usando a segunda lei de Newton.

Uma série de bicos aumenta a velocidade da corrente de fluido no estágio do estator. Isso cria uma queda de pressão e um aumento na velocidade. Em seguida, a corrente de fluido é direcionada para as pás do rotor, que também atuam como bicos. Isso reduz ainda mais a pressão, mas a velocidade também diminui 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 no fluido na forma de pressão, é convertida em energia mecânica do eixo do rotor.

A turbina Francis, a Kaplan e muitas das modernas turbinas a vapor pertencem a esta categoria.

No projeto moderno da turbina, os princípios de operação são usados ​​para gerar a produção ideal de energia e a natureza da turbina é expressa pelo grau de reação (Λ) da turbina. O parâmetro é basicamente a razão entre a queda de pressão no estágio do rotor e o estágio do estator.

Λ = (alteração de entalpia no estágio do rotor) / (alteração 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 pressão da turbina de reação (entalpia) cai no estágio do rotor e do estator. Se o fluido é compressível, (geralmente) o gás se expande nos estágios do rotor e do estator nas turbinas de reação.

As turbinas de reação têm dois conjuntos de bocais (no estator e no rotor) enquanto as turbinas de impulso têm bocais apenas no estator.

Nas turbinas de reação, tanto a pressão quanto a energia cinética são convertidas em energia do eixo, enquanto que, 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.