Determine a componente meridional, a vazão e a componente
de uma turbina axial que possui os seguintes dados: i) diâmetro externo: 40 [cm]; ii) diâmetro interno: 26 [cm]; iii) rotação: 250 [RPM], iv) ângulo construtivo na saída:
, v) ângulo cons-trutivo na entrada:
.
Passo 1
O enunciado pede para uma turbina axial (fluxo puramente meridional) com diâmetros interno (0,26 m) e externo (0,40 m), rotação de 250 RPM e ângulos de entrada e saída das pás de 75° e 45°, respectivamente. Vamos usar conceitos de triângulo de velocidades em turbomáquinas: velocidade periférica média U no raio médio, relação entre cₘ e U via tan(β₁) para entrada sem pré-vorticidade, cálculo de vazão Q = cₘ·A e componente tangencial de saída c_{u4} via tan(α₂).
Passo 2
Calcular o raio médio e a velocidade periférica média. O raio médio é rₘ = (r_ext + r_int)/2 = (0,20 + 0,13)/2 = 0,165 m. A velocidade angular ω = (250 RPM)/60·2π = (250/60)·2π ≈ 26,18 rad/s. Logo,
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Passo 3
Determinar a componente meridional cₘ usando o ângulo de entrada β₁ = 75° e assumindo c_{u1}=0 (sem pré-vorticidade). Do triângulo de velocidades vale tan(β₁)=cₘ/U, então
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Passo 4
Calcular a área de escoamento meridional A entre diâmetros externo e interno:
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Passo 5
A vazão é Q = cₘ·A:
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Passo 6
Para obter a componente tangencial de saída c_{u4}, usamos o ângulo absoluto α₂ = 45°, e no triângulo cₘ = c·\cos(α₂), c_{u4} = cₘ·\tan(α₂). Como tan(45°)=1,
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Resposta
cₘ ≃ 16,13 m/s; Q ≃ 1,17 m³/s; c_{u4} ≃ 16,13 m/s