Turbina adiabática: o que, como, vários tipos, exemplos

Este artigo discute sobre turbina adiabática. O termo adiabático é frequentemente usado no campo da termodinâmica. Refere-se a um sistema ou fronteira que não permite a transferência de calor.

Uma turbina é um dispositivo essencial usado em usinas de energia que auxilia na geração de eletricidade. Ele contém elementos que giram. Esta rotação é transferida para o gerador que gera a eletricidade. Estudaremos mais sobre turbinas adiabáticas neste artigo.

O que é um sistema adiabático?

O sistema a partir do qual a transferência de calor é restrita é chamado de sistema adiabático. Ou seja, o calor não pode ser transferido para a vizinhança e o calor não pode entrar no sistema a partir da vizinhança.

A transferência líquida de calor é zero. Isso ocorre porque as paredes do sistema são adiabáticas. O calor não pode ser transferido do sistema. Todo o conteúdo de calor permanece dentro do sistema apenas que se torna o energia interna do sistema.

O que é uma turbina?

Um dispositivo mecânico que é usado para converter energia hidráulica em energia mecânica é chamado de turbina. A energia hidráulica vem na forma de água/vapor em movimento que atinge as hélices da turbina.

O movimento do fluido que é a energia cinética do fluido é transferido para as hélices da turbina. Por esta razão, o eixo da turbina começa a girar. Desta forma, a conversão de energia ocorre de hidráulica para mecânica. Outras seções nos contarão mais sobre a turbina em detalhes. 

Funcionamento da turbina

Depois de discutir na seção acima, agora sabemos que a turbina converte energia cinética de fluido para mecânico energia.

Em usinas de energia, o vapor é usado como fluido de trabalho e em barragens a água é usada como fluido de trabalho. O fluido de trabalho aqui se refere ao fluido responsável pela rotação do eixo. O eixo gira após o fluido de trabalho atingir a superfície da hélice. O eixo rotativo é conectado ao gerador que gera eletricidade.

O que é turbina adiabática?

Agora sabemos os significados de sistema adiabático e turbina. Vejamos o que é uma turbina adiabática.

Uma turbina adiabática é uma turbina cujas paredes são adiabáticas. Estas paredes não permitem transferência de calor por eles. Desta forma, nenhuma quantidade de calor pode escapar da turbina. Portanto, a transferência líquida da turbina é zero. Nenhum calor é adicionado à turbina e nenhum calor escapa da turbina quando a turbina é adiabática.

Turbina adiabática funcionando

Sabemos o que é uma turbina adiabática. Podemos ver que não há diferença física entre uma turbina normal e uma turbina adiabática, a única diferença entre elas é que a turbina adiabática não permite a transferência de calor para acontecer.

Da mesma forma, o funcionamento de uma turbina adiabática também é o mesmo de uma turbina normal. Em quase todos os casos, as paredes da turbina são mantidas adiabáticas. Portanto, o funcionamento de uma turbina adiabática é o mesmo de uma turbina normal que discutimos nas seções acima.

Turbina a gás adiabática

Como estudamos sobre as turbinas utilizadas nas barragens, elas utilizam a água como fluido de trabalho que gira o eixo propulsor nas turbinas.

Quando o fluido de trabalho usado é um gás, a turbina é chamada de turbina a gás. As turbinas a gás são usadas principalmente em usinas de energia de aviões e usinas termelétricas usadas para gerar eletricidade. Os materiais usados ​​em ambas as turbinas são diferentes porque o tipo de fluido de trabalho usado é diferente.

Turbina a vapor adiabática

Adiabático turbina a vapor é uma turbina na qual o vapor é usado como fluido de trabalho. O vapor, como todos sabemos, é a forma gasosa da água.

O vapor contém alta energia cinética que é transferida para a hélice da turbina. O rotor da turbina começa a se mover quando o vapor de alta energia atinge a superfície da hélice. Pressão cair ocorrerá dentro da turbina, enquanto a entrada do vapor está em alta pressão. Esta pressão cai e o vapor torna-se vapor de baixa pressão após passar pela turbina. 

Turbina reversível adiabática

O termo reversível refere-se a uma turbina na qual todos os processos são ideais. As perdas por atrito ou vazamentos de energia não estão presentes em processos reversíveis.

Quando falamos de turbina reversível adiabática, isso significa que o processo de expansão que ocorre dentro da turbina é quase ideal. Normalmente, uma turbina de múltiplos estágios é considerada uma turbina reversível. Quando as paredes são adiabáticas, esta turbina torna-se uma turbina adiabática reversível.

Equação da turbina adiabática

A equação usada na turbina adiabática é dada abaixo-

O trabalho realizado pela turbina é dado por

Peso = h2-h1

Onde,

h2 é a entalpia no ponto 2

h1 é a entalpia no ponto 1

Eficiência da turbina adiabática

A eficiência é definido como a saída obtida de um sistema ou dispositivo após o bombeamento de alguma entrada.

A eficiência do adiabático turbina é dado como-

Eficiência = Saída/Entrada = Wt/Qa

Onde,

Wt é o trabalho realizado pela turbina

Qa é a quantidade de calor adicionada no sistema

Uma turbina é reversível?

Já discutimos na seção acima que uma turbina é considerada reversível quando o processo de expansão na turbina é ideal.

Na realidade, nenhum dispositivo pode ser considerado ideal, mas uma turbina pode se tornar quase ideal aumentando o número de estágios do processo de expansão. Este tipo de turbina é chamado de turbina de múltiplos estágios. O processo de usar várias turbinas é chamado de reaquecimento.

Uma turbina a vapor é adiabática?

Quando a transferência de calor é restrita completamente, uma turbina a vapor pode ser considerada adiabática.

O vapor muda sua fase para líquida após passar pelo condensador. Em uma turbina ocorre apenas a queda de pressão no vapor. O vapor que entra com alta pressão é convertido em vapor de baixa energia na saída.

Créditos da imagem: Siemens Pressebild, Montagem de Turbina Úmida01, CC BY-SA 3.0

Por que as turbinas são adiabáticas?

As turbinas são adiabáticas, pois toda a energia é usada para acionar o eixo da turbina.

Nenhuma energia é perdida na forma de calor ou nenhuma energia entra na turbina na forma de calor. A única energia que participa do processo de transferência de energia é a energia cinética do fluido e a energia cinética do rotor da turbina.

Entropia de turbina adiabática

Antes de discutir sobre a entropia da turbina adiabática, devemos saber o significado de entropia. A definição amplamente aceita da entropia diz que é uma medida de aleatoriedade no sistema.

Nas turbinas reais o valor da entropia aumenta. Considerando que para reversível processo adiabáticoes o valor da entropia gerada é zero. Isso ocorre porque a entropia é uma função de estado e para um processo reversível os pontos finais são os mesmos e como o processo é adiabático, devido à ausência de transferência de calor a variação na entropia é zero.