TURBINAS - noções básicas

Turbinas são dispositivos utilizados na transformação de energia cinética de um fluído (ar pex) em trabalho, sendo esse trabalho visto com a rotação de um eixo. O movimento rotativo desse eixo pode ser utilizado para diversas funções, tais como: girar um gerador elétrico, um outro dispositivo mecânico, como um compressor ou um conjunto de engrenagens ou uma ventoinha, dentre outros.

No nosso caso, a turbina de um motor a reação tem como principal objetivo girar um conjunto de compressores, caixa de acessórios, hélice, rotor e “fan”. Logicamente o dispositivo que irá receber esse movimento é determinado pelo tipo de motor que estará instalado no equipamento em questão.

Se o motor estiver em uma aeronave de asas rotativas podemos afirmar que a turbina ou as turbinas do reator tem como objetivo girar o rotor principal e o de cauda, além da caixa de acessórios e compressores.

Já no caso desse reator ser um Turbofan, podemos dizer com convicção que as turbinas irão girar “fan”, compressores e caixa de acessórios.

Em um Turbojato a turbina tem como solicitação girar compressores e caixa de acessórios apenas. Nos reatores equipados com hélices a função das turbinas, além de gerar movimento na caixa de acessórios e compressores, é de garantir movimento à hélice.

Ao contrário do conceito popular de turbina para aeronaves, temos que ter consciência de que uma turbina nada mais é do que um componente de um reator e não o reator como um todo. Devemos também ter em mente que a turbina não tem como função ajudar na geração de empuxo através da aceleração de gases de escape, pelo contrário, ela retira energia desses gases para transformá-la em movimento.

O número de eixos, consequentemente o de turbinas, varia de acordo com o tipo de motor, motores com altas razões de compressão normalmente utilizam dois eixos que impulsionam os compressores de alta e baixa pressão, e com isso temos turbinas de alta e baixa pressão.

Nos motores de alta taxa de derivação podemos encontrar um estágio de pressão intermediária entre compressores de baixa e alta pressão, com isso mais um modulo de turbinas se faz necessários, tornando dessa forma, esse, um motor de eixo triplo.

Em motores nos quais retiramos torque para efetuar o vôo usa-se o artifício da utilização de uma turbina completamente independente das outras que compõe o motor, não tendo conexão mecânica alguma com qualquer outro eixo do motor. Sua conexão é feita com o restante do motor através de acoplamento aerodinâmico, ou seja, passagem de gases de escape, ficando a cargo dessa turbina livre dar movimento aos rotores de um helicóptero ou a uma hélice, nesse caso com um controle muito melhor de sua velocidade, já que essa não interfere na geração de energia do motor.

Uma roda de turbina, ou turbina, como é normalmente chamada, é formada por duas partes, o disco de turbina e a palheta. A palheta pode ser fixada ao disco por diversas formas as mais comuns são: martelagem, soldagem, rebitagem ou ainda por uma trava de retenção.

A ligação da palheta ao disco é feita pela raiz da palheta, os tipos mais comuns de raiz são: bulbo, rabo de andorinha (“dovetail”) e pinheiro.

As turbinas podem ser classificadas como: impulsivas, reativas e impulso-reativas. Vejamos um pouco de cada:

Turbina Reativa ( ou de Reação): 

Na turbina de reação, a passagem entre as aletas da estatora é convergente e sua área de entrada é maior do que a de descarga, promovendo a aceleração dos gases que deixam a estatora, o que resulta em diminuição de temperatura e pressão.
Os gases acelerados são dirigidos contra as palhetas do rotor e na passagem através dessas palhetas, sofrerão mudança de direção, surgindo, nas palhetas, uma força de reação (dos gases acelerados contra as palhetas da roda de turbina), que faz a roda girar.

Turbina Impulsiva (ou de Impulsão):

Na turbina impulsiva, aprincipal função do estator é orientar os gases que, ao atravessarem o espaço entre as turbinas, não são acelerados, passando num ângulo apropriado, apenas sofrendo mudança de direção, com o propósito de melhor chegarem às palhetas da roda de turbina, onde são acelerados.
A aceleração dos gases através da roda de turbina origina uma força de impulso que a movimenta. Seu funcionamento é, assim, semelhante ao de uma turbina do tipo Pelton.

Turbina de Impulso-Reação:

Os motores à reação, empregam uma turbina que é usualmente uma combinação equilibrada dos dois tipos anteriores, sendo conhecida como turbina de impulso-reação.
A combinação entre os dois tipos de turbina, para a formação desta, é feita de maneira sucedida, de modo a projetar-se as pontas das palhetas para o máximo de reação e as raízes para impulsão, misturando-as de modo que as devidas características sejam aproximadamente metade impulso e metade reação. O objetivo dessa combinação de tipos de turbina é obter uma velocidade axial do escoamento constante ao longo da turbina.