Uma revisão da literatura sobre turbomáquinas de fluxo misto revela uma variação surpreendente na maneira como os engenheiros usam o termo “turbomáquina de fluxo misto”. Em particular, destacam-se duas concepções principais do termo. Na primeira concepção, 'fluxo misto' refere-se à união das direções de fluxo axial e radial em um fluxo diagonal, resultando no que alguns chamam de diagonal turbomáquinas. Na segunda concepção, 'fluxo misto' refere-se à combinação de elementos distintos onde o fluxo é axial em alguns e radial em outros. Este tipo de máquina é às vezes chamada de turbomáquina combinada axial-radial.

As turbomáquinas diagonais utilizam um ângulo de fluxo entre axial e radial e podem ser consideradas meras variantes de máquinas radiais. O ângulo de fluxo diagonal permite que essas máquinas aproveitem alguns benefícios dos fluxos axiais e radiais. Em contraste, as turbomáquinas combinadas axial-radiais representam uma integração estratégica de projetos axiais e centrífugos.

À luz do uso ambíguo do termo, pode-se razoavelmente perguntar o que realmente define uma turbomáquina de fluxo misto. Será a convergência de direções de fluxo, a combinação estratégica de diferentes tipos de máquinas ou uma fusão de elementos de design?

As turbomáquinas diagonais são caracterizadas pelo ângulo de saída meridional do fluxo, que varia entre 0 e 90 graus. Esta geometria permite que o fluxo saia mais próximo de uma direção axial, com o raio médio de saída maior que o da entrada. Em compressores de fluxo misto, este projeto facilita maiores eficiências dentro de uma área de seção transversal restrita. Esta configuração vantajosa atende a uma necessidade crítica em diversas aplicações como veículos aéreos não tripulados (UAVs), onde a integração de turbinas a gás exige desempenho superior dentro de restrições espaciais limitadas, bem como uma elevada relação empuxo-peso.

Enquanto isso, em turbinas de fluxo misto, a fusão de elementos radiais e axiais da turbina traz seus próprios benefícios. Ao minimizar a curvatura do caminho do fluxo e reduzir o fluxo secundário, as turbinas combinadas axial-radiais podem otimizar o desempenho. Este design híbrido incorpora um ângulo de cone variável na entrada da lâmina, facilitando um ângulo de lâmina diferente de zero enquanto mantém a integridade radial. A varredura frontal na entrada não apenas melhora o desempenho, mas também garante a estabilidade estrutural – um fator crucial na eficiência e confiabilidade da turbina. Em comparação com as turbinas radiais, as turbinas combinadas axiais-radiais possuem uma flexibilidade inerente no projeto e na operação, posicionando-as como uma escolha ideal em diversas aplicações industriais onde eficiência, adaptabilidade e confiabilidade são fundamentais.

Esta combinação é empregada principalmente em motores de turbina a gás, onde a integração de compressores axiais e centrífugos desempenha um papel fundamental no aumento da eficiência e do desempenho geral. A combinação envolve posicionar o compressor de fluxo axial como compressor de baixa pressão na frente, enquanto o compressor de fluxo centrífugo assume o papel de compressor de alta pressão na parte traseira.

A colocação de compressores centrífugos na fase final aproveita o volume reduzido de gás ou ar nessa fase, permitindo um tamanho de compressor menor e mitigando os desafios associados a áreas frontais maiores. Além disso, a ampla faixa operacional de taxas de fluxo de massa sem travamento torna os compressores centrífugos aptos a lidar com o volume reduzido encontrado nos estágios finais de compressão.

Por outro lado, as turbinas combinadas radiais-axiais empregam o arranjo inverso dos compressores centrífugos axiais. Nessas turbinas, o fluxo entra primeiro na parte radial, aproveitando a capacidade de alcance variável das turbinas radiais. O fluxo é então direcionado para a parte axial após a expansão, aproveitando a alta capacidade de vazão inerente às turbinas axiais. Este arranjo otimiza a utilização das capacidades radiais e axiais da turbina, permitindo a extração e utilização eficiente de energia em um amplo espectro de condições de fluxo.

Para resumir, a categorização de turbomáquinas combinadas diagonais e axial-radiais sob o termo genérico 'turbomáquina de fluxo misto' possui um mérito significativo. No caso de turbomáquinas diagonais, o termo 'mistura' reflete diretamente as características do fluxo, que ficam entre as direções puramente axial e radial. Este caminho de fluxo intermediário incorpora a essência da mistura de dois padrões de fluxo distintos, levando à utilização eficiente das vantagens do fluxo axial e radial.

Da mesma forma, com turbomáquinas combinadas axial-radial, o termo “fluxo misto” ressoa com a integração de máquinas axiais e radiais. A geometria combinada permite que os engenheiros aproveitem os pontos fortes dos compressores axiais e centrífugos em motores de turbina a gás, alcançando assim desempenho e eficiência otimizados. O termo “mix” aqui ressalta a combinação estratégica desses dois tipos distintos de máquinas, permitindo a utilização de suas vantagens individuais dentro de um sistema unificado e sinérgico.

À luz dessas considerações, gostaríamos de fazer uma pergunta: o que as turbomáquinas de fluxo misto significam para você? Eles são indicativos da convergência de direções de fluxo, da fusão de diferentes tipos de máquinas ou talvez de uma mistura sutil de vários elementos operacionais e de projeto? Seus insights são apreciados e estamos ansiosos para ler seus comentários!

Referências:

[1] https://www.softinway.com/wp-content/uploads/2020/09/Flow-Studies-in-a-Mixed-Flow-Compressor-Stage.pdf
[2] Rajakumar, D. & Ramamurthy, Surender & Govardhan, Mukka. (2014). Investigações experimentais sobre os efeitos da folga da ponta no desempenho do compressor de fluxo misto: https://doi.org/10.1177/0954410014541102
[3] https://aviation_dictionary.en-academic.com/786/axial-centrifugal_compressor

• Conteúdo com tecnologia de SEO e distribuição de relações públicas. Seja amplificado hoje.
• PlatoData.Network Gerativa Vertical Ai. Capacite-se. Acesse aqui.
• PlatoAiStream. Inteligência Web3. Conhecimento Amplificado. Acesse aqui.
• PlatãoESG. Carbono Tecnologia Limpa, Energia, Ambiente, Solar, Gestão de resíduos. Acesse aqui.
• PlatoHealth. Inteligência em Biotecnologia e Ensaios Clínicos. Acesse aqui.
• Fonte: https://blog.softinway.com/what-exactly-is-a-mixed-flow-turbomachine/