O que é uma turbina Tesla: Funcionando e suas aplicações

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A turbina Tesla foi inventada por Nikola Tesla, no ano de 1909. É uma categoria especial de turbinas que não possuem lâminas. Ao contrário de outras turbinas como Kaplan etc, esta turbina tem aplicações limitadas e específicas. Mas, devido às suas considerações de design, é uma das turbinas versáteis. Sua invenção levou a muitas aplicações importantes de engenharia. Funciona com base no princípio do efeito da camada limite, onde, devido ao fluxo de ar, a turbina gira. A melhor parte dessa turbina é que ela pode atingir uma eficiência de até 80%. Sua faixa de velocidade pode ser alcançada até o nível de 80.000 rpm para máquinas pequenas. Especificamente, esta escala de turbina é usada em usina elétrica operações, mas pode ser usado para aplicações gerais como bombas, etc.

Diagrama de Turbina Tesla

A estrutura básica da turbina Tesla é mostrada na figura. Consiste em uma turbina sem pás que tem entrada por meio de um bocal de tubo de ar. O corpo da turbina possui duas saídas, uma para a entrada do ar e a outra para a saída do ar. Além disso, o disco rotativo é composto por 3 a 4 camadas, que são unidas. Existe uma pequena lacuna de ar entre as camadas por onde o ar passa a uma velocidade muito alta.




Tesla Turbine

Tesla Turbine

O disco giratório tem duas faces, face externa e face posterior. Em ambos os aspectos, não há espaço para o ar fluir para fora do corpo da turbina. O ar só pode entrar pelo tubo de entrada e liberar pelo tubo de saída. O corpo da turbina consiste em múltiplos rotores de disco que são unidos. Todos os discos do rotor são unidos em um eixo comum onde o disco pode girar.



Há uma caixa externa para os discos a serem colocados. Os discos geralmente são conectados por meio de parafusos. A extremidade dianteira e a extremidade traseira têm portas de saída de exaustão pelas quais o ar pode sair do corpo da turbina. A colocação dos furos é feita de forma que um vórtice de entrada de ar seja criado.

Teoria da turbina de Tesla

A entrada para as pás do rotor é o ar em alta pressão. Usando uma mangueira de ar, que é conectada à entrada do turbina , o ar é feito a entrada no corpo que consiste em discos de rotor que são colocados no eixo e podem ser facilmente girados. Conforme o ar entra no alojamento da turbina, ele é forçado a criar um vórtice devido ao formato da turbina.

Vórtice significa uma massa de ar rodopiante como em um redemoinho ou redemoinho. Devido à criação de um vórtice, o ar é capaz de girar em velocidades muito altas. A formação de um vórtice é fundamental devido ao desenho da turbina. A fonte e o corpo da tampa traseira da turbina são colocados de forma que o ar tenha que sair pelos orifícios presentes nas tampas dianteira e traseira.


A saída de ar nesta natureza cria um vórtice de ar. E faz a turbina girar. Quando as moléculas de ar passam pelo disco, elas criam um arrasto no disco. Esse arrasto puxa a turbina para baixo e a faz girar. Pode-se notar que a turbina pode girar em ambas as direções. Depende apenas de qual tubo de entrada é usado para a entrada de ar.

Projeto da turbina Tesla

O projeto consiste em dois tubos de entrada, dos quais um é conectado ao tubo da mangueira de ar. Das duas entradas, qualquer um pode ser usado como entrada. No interior do corpo são colocados os discos do rotor que são unidos com o auxílio de parafusos. Todos os discos são colocados em um eixo comum que é conectado ao corpo externo.

Por exemplo, se for usado como bomba, o eixo é conectado ao motor. Há um espaço de ar fino entre os discos, por onde o ar flui e faz os discos girarem. Devido ao espaço de ar, as moléculas de ar são capazes de criar um arrasto no disco. As tampas frontal e traseira possuem de 4 a 5 orifícios através dos quais o ar de entrada pode ser passado para a atmosfera. Os orifícios são colocados de forma que um vórtice seja criado e o ar possa girar em uma velocidade muito alta.

Projeto da turbina

Projeto da turbina

Devido a este ar de alta velocidade, ele exerce um arrasto em alta velocidade no disco e faz com que ele gire em velocidades muito altas. A folga do disco é um dos parâmetros críticos para o projeto e a eficiência da turbina. O tamanho de lacuna ideal necessário para manter a camada de lacuna depende do velocidade periférica do disco.

Cálculos de projeto de turbina

Muitos aspectos de design são importantes para alcançar alta eficiência. Alguns dos principais cálculos de design são
O fluido de trabalho ou o ar de entrada deve ter pressão mínima. Se for água, espera-se que a pressão seja de pelo menos 1000 kg por metro cúbico. A velocidade periférica deve ser de 10e-6 metros quadrados por segundo.

A lacuna entre o disco é calculada com base na velocidade angular e na velocidade periférica do disco. Depende do parâmetro pollhausen que se baseia constantemente nas velocidades. A taxa de fluxo para cada disco é calculada como um produto da área da seção transversal de cada disco e velocidade. Com base nos dados, o número de discos é estimado. Novamente, o diâmetro do disco também é importante para uma boa eficiência.

Eficiência da turbina Tesla

A eficiência é dada pela relação entre a potência do eixo de saída e a potência do eixo de entrada. É expressa como

A eficiência depende de muitos fatores como o diâmetro do eixo, a velocidade das pás, o número de pás, a carga conectada ao eixo, etc. Em geral, a eficiência da turbina é alta em comparação com outras turbinas convencionais. Para pequenas aplicações, a eficiência pode chegar a até 97%.

Como funciona a turbina?

A turbina Tesla trabalha com o conceito de camada limite. Consiste em duas entradas. Em geral, a água do ar é usada como entrada para a turbina. O corpo da turbina é composto por discos do rotor que são unidos com o auxílio de parafusos. Todos os discos são colocados em um eixo comum. O corpo da turbina consiste em duas carcaças, a carcaça frontal e a carcaça traseira. Em cada caixa, existem 4 a 4 orifícios. Todos esses fatores, como número de discos, diâmetro do disco, etc., desempenham um papel importante na avaliação da eficiência da turbina.

Turbina em funcionamento

Turbina em funcionamento

Quando o ar pode fluir pelo tubo da mangueira, ele entra no corpo da turbina. Dentro do corpo da turbina, são colocados discos que são conectados uns aos outros. Existe uma pequena lacuna de ar entre os discos. Quando as moléculas de ar entram no corpo da turbina, elas exercem uma resistência nos discos. Devido a este arrasto, os discos começam a girar.

Os revestimentos dianteiro e traseiro consistem em orifícios de forma que, quando o ar entra, ele sai por esses orifícios. Os orifícios são colocados de forma que um vórtice de ar ou água seja estabelecido dentro do corpo do disco. O que faz com que o ar exerça mais arrasto sobre os discos. Isso faz com que os discos girem em uma velocidade muito alta.

A área de contato entre o vórtice e os discos é baixa em baixas velocidades. Mas à medida que o ar ganha velocidade, esse contato aumenta, o que permite que os discos girem a uma velocidade muito alta. A força centrífuga dos discos tenta empurrar o ar para fora. Mas o ar não tem caminho exceto os orifícios nas capas dianteiras e traseiras. Isso faz com que o ar saia e o vórtice se torne mais forte. A velocidade dos discos é quase igual à velocidade do fluxo de ar.

Vantagens e desvantagens da turbina Tesla

As vantagens são

  • Eficiência muito alta
  • O custo de produção é menor
  • Design simples
  • Pode ser girado em ambas as direções

As desvantagens são

  • Não é viável para aplicações de alta potência
  • Para alta eficiência, a taxa de fluxo deve ser pequena
  • A eficiência depende da entrada e saída dos fluidos de trabalho.

Formulários

A turbina de Tesla, devido à sua potência de saída e especificações, tem aplicações limitadas. Alguns deles são mencionados abaixo.

  • Compressão de líquidos
  • Bombas
  • Aplicações de turbina tipo palheta
  • Bombas de sangue

Daí vimos os aspectos de construção, princípio de funcionamento, design e aplicações das turbinas Tesla. Sua principal desvantagem é que, por ser compacto e de tamanho pequeno, ele tem aplicações limitadas em relação às turbinas convencionais, como a turbina Kaplan. Uma vez que sua eficiência é muito alta, deve-se pensar que como Turbinas tesla pode ser feito para ter aplicações importantes, como em usinas de energia. Isso seria um grande impulso para as plantas de baixa eficiência.