Estudo experimental de uma turbina de múltiplos discos

Abstract

O presente trabalho propõe o estudo e análise do desempenho experimental de uma turbina de múltiplos discos construída no Laboratório de Ensaios Térmicos e Aerodinâmicos (LETA) da UFRGS. A turbina opera com ar comprimido como fluido de trabalho. Para cada pressão de entrada imposta ao sistema, diferentes regimes de rotação são estabelecidos através de um Freio de Foucault acoplado ao eixo do rotor. Os ensaios são registrados em regime permanente para cada uma das condições iniciais, sendo adquiridos dados de pressão, temperatura, rotação e torque. Os valores de vazão mássica, potência, eficiência isentrópica e suas incertezas são calculados com auxílio do software Engineering Equation Solver (EES). Diferentes arranjos de discos do rotor são testados e suas eficiências isentrópicas comparadas. Os resultados indicam que a maior eficiência (16,13 ± 0,82%) é alcançada pelo rotor com o maior número de discos (8 discos) e o menor espaçamento entre eles (1 mm), à uma pressão de 400 kPa e rotação média de 5000 rpm.

The present work proposes the study and the analysis of the experimental performance of a multiple-disk turbine built in the Laboratory of Thermal and Aerodynamic Studies (LETA) at the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS). The turbine operates with compressed air as its working fluid. For each inlet pressure, different rotation regimes are stablished through a Foucault brake attached to the turbine’s shaft. The tests are recorded in steady state for each initial condition, and then pressure, temperature, rotation and torque data are acquired. The values of mass flow rate, power, isentropic efficiency and its uncertainties are calculated with aid of the software Engineering Equation Solver (EES). Different disks arrangements for the rotor are tested and their isentropic efficiencies are compared. The results show that the highest efficiency (16,13 ± 0,82%) is reached by the rotor built with the largest number of disks (8 disks) and the smallest gap between them (1 mm), at a pressure of 400 kPa and average rotation speed of 5000 rpm.