Turbinas de reação&action=edit&redlink=1 "Reação (física) (ainda não escrita)") desenvolvem torque reagindo à pressão ou massa do gás ou fluido. A pressão do gás ou fluido muda à medida que ele passa pelas pás do rotor da turbina.[3]​ Uma estrutura de pressão é necessária para conter o fluido de trabalho enquanto ele atua no(s) estágio(s) da turbina ou a turbina deve estar completamente submersa no fluxo do fluido (como nas turbinas eólicas). O invólucro contém e direciona o fluido de trabalho e, para turbinas hidráulicas, mantém a sucção transmitida pelo tubo de aspiração. As turbinas Francis e a maioria das turbinas a vapor usam esse conceito. Para fluidos de trabalho compressíveis, múltiplos estágios de turbina são frequentemente usados ​​para aproveitar eficientemente o gás em expansão. A terceira lei de Newton descreve a transferência de energia para turbinas de reação. As turbinas de reação são mais adequadas para vazões mais altas ou aplicações onde a altura manométrica do fluido (pressão a montante) é baixa.[3]​.

No caso de turbinas a vapor, como aquelas que seriam utilizadas para aplicações marítimas ou para geração de eletricidade em terra, uma turbina de reação do tipo Parsons exigiria aproximadamente o dobro de fileiras de pás que uma turbina de impulso do tipo Laval, para o mesmo grau de conversão de energia térmica. Embora isto torne a turbina Parsons muito mais longa e pesada, a eficiência global de uma turbina de reacção é ligeiramente superior à de uma turbina de impulso equivalente para a mesma conversão de energia térmica.

Na prática, os projetos modernos de turbinas utilizam conceitos de reação e impulso em graus variados, sempre que possível. As "turbinas eólicas" usam um aerofólio para gerar sustentação de reação a partir do fluido em movimento e transmiti-la ao rotor. As turbinas eólicas também obtêm parte da energia do impulso do vento, desviando-o em determinado ângulo. Turbinas com múltiplos estágios podem usar pás de reação ou impulso em alta pressão. As turbinas a vapor eram tradicionalmente mais movidas por impulso, mas continuam a avançar em direção a projetos de reação semelhantes aos usados ​​em turbinas a gás. Em baixa pressão, o meio fluido operacional se expande em volume para pequenas reduções de pressão. Sob estas condições, a lâmina torna-se estritamente um projeto do tipo reação com a base da lâmina apenas por impulso. O motivo se deve ao efeito da velocidade de rotação de cada lâmina. À medida que o volume aumenta, a altura da lâmina aumenta e a base da lâmina gira a uma velocidade mais lenta em relação à ponta.

Os métodos clássicos de projeto de turbinas foram desenvolvidos em meados do século. A análise vetorial relacionou o fluxo de fluido com a forma e a rotação da turbina. Inicialmente foram utilizados métodos de cálculo gráfico. As fórmulas para as dimensões básicas das peças da turbina estão bem documentadas e uma máquina altamente eficiente pode ser projetada para qualquer condição de fluido e vazão. Alguns dos cálculos são fórmulas empíricas ou de "regra prática", e outros são baseados na mecânica clássica. Tal como acontece com a maioria dos cálculos de engenharia, foram feitas suposições simplificadoras.

Triângulos de velocidade") podem ser usados para calcular a eficiência básica de um estágio de turbina. O gás sai das palhetas guia do bocal da turbina estacionária na velocidade absoluta V. O rotor gira na velocidade U. Em relação ao rotor, a velocidade do gás conforme ele colide com a entrada do rotor é V. O gás é girado pelo rotor e sai, em relação ao rotor, a uma velocidade V. No entanto, em termos absolutos, a velocidade de saída do rotor é V. Velocidade triângulos são construídos usando esses vários vetores de velocidade. Triângulos de velocidade podem ser construídos em qualquer seção da pá (por exemplo, cubo, ponta, seção intermediária, etc.), mas geralmente são mostrados no raio médio do estágio. O desempenho médio do estágio pode ser calculado a partir dos triângulos de velocidade, neste raio, usando a equação de Euler:

É por isso:.

onde:.

A razão de pressão da turbina é uma função da eficiência da turbina.

O design moderno da turbina leva os cálculos mais longe. A dinâmica de fluidos computacional dispensa muitas das suposições simplificadoras usadas para derivar fórmulas clássicas, e o software de computador facilita a otimização. Essas ferramentas levaram a melhorias constantes no projeto de turbinas nos últimos quarenta anos.

A classificação numérica primária de uma turbina é sua velocidade específica. Este número descreve a velocidade da turbina em sua eficiência máxima em relação à potência e ao fluxo. A velocidade específica é derivada para ser independente do tamanho da turbina. Dadas as condições de fluxo do fluido e a velocidade de saída do eixo desejada, a velocidade específica pode ser calculada e um projeto de turbina apropriado pode ser selecionado.

A velocidade específica, juntamente com algumas fórmulas fundamentais, pode ser usada para dimensionar de forma confiável um projeto existente de desempenho conhecido para um novo tamanho com desempenho correspondente.

O desempenho fora do projeto é normalmente mostrado como um mapa ou característica da turbina.

O número de pás no rotor e o número de pás no estator são geralmente dois números primos diferentes para reduzir harmônicos e maximizar a frequência de passagem das pás.[4]​.

Turbinas de impulso "Impulso (física)") mudam a direção do fluxo de um fluido de alta velocidade ou jato de gás. O impulso resultante gira a turbina e deixa o fluido fluindo com energia cinética diminuída. Não há mudança de pressão do fluido ou gás nas pás da turbina (pás móveis), como no caso de uma turbina a vapor ou a gás, toda a queda de pressão ocorre nas pás estacionárias (os bicos). Antes de chegar à turbina, a “cabeça de pressão” do fluido é alterada para “cabeça de velocidade” acelerando o fluido com um bico. As rodas Pelton e as turbinas Laval utilizam exclusivamente este processo. As turbinas de impulso não necessitam de uma estrutura de pressão ao redor do rotor, pois o jato de fluido é criado pelo bocal antes de atingir as pás do rotor. A segunda lei de Newton descreve a transferência de energia para turbinas de impulso. Turbinas de impulso são mais eficientes para uso em casos onde o fluxo é baixo e a pressão de entrada é alta.[3]​.

Turbinas de reação&action=edit&redlink=1 "Reação (física) (ainda não escrita)") desenvolvem torque reagindo à pressão ou massa do gás ou fluido. A pressão do gás ou fluido muda à medida que ele passa pelas pás do rotor da turbina.[3]​ Uma estrutura de pressão é necessária para conter o fluido de trabalho enquanto ele atua no(s) estágio(s) da turbina ou a turbina deve estar completamente submersa no fluxo do fluido (como nas turbinas eólicas). O invólucro contém e direciona o fluido de trabalho e, para turbinas hidráulicas, mantém a sucção transmitida pelo tubo de aspiração. As turbinas Francis e a maioria das turbinas a vapor usam esse conceito. Para fluidos de trabalho compressíveis, múltiplos estágios de turbina são frequentemente usados ​​para aproveitar eficientemente o gás em expansão. A terceira lei de Newton descreve a transferência de energia para turbinas de reação. As turbinas de reação são mais adequadas para vazões mais altas ou aplicações onde a altura manométrica do fluido (pressão a montante) é baixa.[3]​.

No caso de turbinas a vapor, como aquelas que seriam utilizadas para aplicações marítimas ou para geração de eletricidade em terra, uma turbina de reação do tipo Parsons exigiria aproximadamente o dobro de fileiras de pás que uma turbina de impulso do tipo Laval, para o mesmo grau de conversão de energia térmica. Embora isto torne a turbina Parsons muito mais longa e pesada, a eficiência global de uma turbina de reacção é ligeiramente superior à de uma turbina de impulso equivalente para a mesma conversão de energia térmica.

Na prática, os projetos modernos de turbinas utilizam conceitos de reação e impulso em graus variados, sempre que possível. As "turbinas eólicas" usam um aerofólio para gerar sustentação de reação a partir do fluido em movimento e transmiti-la ao rotor. As turbinas eólicas também obtêm parte da energia do impulso do vento, desviando-o em determinado ângulo. Turbinas com múltiplos estágios podem usar pás de reação ou impulso em alta pressão. As turbinas a vapor eram tradicionalmente mais movidas por impulso, mas continuam a avançar em direção a projetos de reação semelhantes aos usados ​​em turbinas a gás. Em baixa pressão, o meio fluido operacional se expande em volume para pequenas reduções de pressão. Sob estas condições, a lâmina torna-se estritamente um projeto do tipo reação com a base da lâmina apenas por impulso. O motivo se deve ao efeito da velocidade de rotação de cada lâmina. À medida que o volume aumenta, a altura da lâmina aumenta e a base da lâmina gira a uma velocidade mais lenta em relação à ponta.

Os métodos clássicos de projeto de turbinas foram desenvolvidos em meados do século. A análise vetorial relacionou o fluxo de fluido com a forma e a rotação da turbina. Inicialmente foram utilizados métodos de cálculo gráfico. As fórmulas para as dimensões básicas das peças da turbina estão bem documentadas e uma máquina altamente eficiente pode ser projetada para qualquer condição de fluido e vazão. Alguns dos cálculos são fórmulas empíricas ou de "regra prática", e outros são baseados na mecânica clássica. Tal como acontece com a maioria dos cálculos de engenharia, foram feitas suposições simplificadoras.

Triângulos de velocidade") podem ser usados para calcular a eficiência básica de um estágio de turbina. O gás sai das palhetas guia do bocal da turbina estacionária na velocidade absoluta V. O rotor gira na velocidade U. Em relação ao rotor, a velocidade do gás conforme ele colide com a entrada do rotor é V. O gás é girado pelo rotor e sai, em relação ao rotor, a uma velocidade V. No entanto, em termos absolutos, a velocidade de saída do rotor é V. Velocidade triângulos são construídos usando esses vários vetores de velocidade. Triângulos de velocidade podem ser construídos em qualquer seção da pá (por exemplo, cubo, ponta, seção intermediária, etc.), mas geralmente são mostrados no raio médio do estágio. O desempenho médio do estágio pode ser calculado a partir dos triângulos de velocidade, neste raio, usando a equação de Euler:

É por isso:.

onde:.

A razão de pressão da turbina é uma função da eficiência da turbina.

O design moderno da turbina leva os cálculos mais longe. A dinâmica de fluidos computacional dispensa muitas das suposições simplificadoras usadas para derivar fórmulas clássicas, e o software de computador facilita a otimização. Essas ferramentas levaram a melhorias constantes no projeto de turbinas nos últimos quarenta anos.

A classificação numérica primária de uma turbina é sua velocidade específica. Este número descreve a velocidade da turbina em sua eficiência máxima em relação à potência e ao fluxo. A velocidade específica é derivada para ser independente do tamanho da turbina. Dadas as condições de fluxo do fluido e a velocidade de saída do eixo desejada, a velocidade específica pode ser calculada e um projeto de turbina apropriado pode ser selecionado.

A velocidade específica, juntamente com algumas fórmulas fundamentais, pode ser usada para dimensionar de forma confiável um projeto existente de desempenho conhecido para um novo tamanho com desempenho correspondente.

O desempenho fora do projeto é normalmente mostrado como um mapa ou característica da turbina.

O número de pás no rotor e o número de pás no estator são geralmente dois números primos diferentes para reduzir harmônicos e maximizar a frequência de passagem das pás.[4]​.