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O funcionamento de instalações de potência com turbinas a gás, focando no ciclo brayton. Explica os conceitos chave, como o ciclo de ar-padrão brayton, a eficiência térmica e a razão de pressão, e ilustra suas aplicações em propulsão de aeronaves e geração de energia elétrica. O documento também inclui exemplos práticos para melhor compreensão.
Tipologia: Resumos
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Não perca as partes importantes!
◦As turbinas a gás tendem a ser mais leves e mais compactas que as instalações de potência a vapor.
◦A relação favorável de potência de saída/peso nas turbinas a gás as torna adequadas para aplicações em transportes. As turbinas a gás são também comumente usadas para geração de potência estacionária.
◦As instalações de potência com turbinas a gás podem operar tanto de um modo aberto como fechado.
◦ De acordo com as hipóteses de uma análise de ar-padrão, o aumento de temperatura que seria obtido no processo de combustão é realizado através de uma transferência de calor de uma fonte externa para o fluido de trabalho e este é considerado ar comportando-se como um gás ideal.
Uma representação simplificada dos estados percorridos pelo ar, em um ciclo como este, pode ser imaginada considerando-se o ar de saída da turbina como retornando ao estado na entrada do compressor por intermédio de sua passagem através de um trocador de calor, onde ocorre rejeição de calor para as vizinhanças. O ciclo resultante desta idealização complementar é chamado de ciclo de ar-padrão Brayton.
🌀 Nesse caso, o fluido de trabalho não é
descartado como no ciclo aberto. Ele circula
continuamente pelo sistema (ciclo fechado).
📐 Fórmulas principais:
🔺 Diagramas T-s e P-v:
● Trocadores de calor: pressão constante (2→3 e 4→1)
● Compressor e turbina: isentrópicos (1→2 e 3→4)
🧠 Eficiência térmica do ciclo Brayton ideal:
● A temperatura mais alta do ciclo ocorre no estado 3 , após o fornecimento de calor (combustão). ● Essa temperatura é limitada pela resistência térmica dos materiais , especialmente das pás da turbina. ● Isso impõe um limite prático à eficiência e à razão de pressão que pode ser usada no ciclo.
📌 A escolha dos materiais e sistemas de resfriamento é
essencial para turbinas mais eficientes.
● A eficiência térmica do ciclo aumenta com a razão de pressão , mas há um ponto ótimo.
● Após esse ponto, o trabalho líquido começa a diminuir , mesmo com a eficiência ainda crescendo.
🔍 Figura
● Mostra que razões de pressão típicas para turbinas a gás vão de 11 a 16.
🛠 Um sistema com razão de pressão muito alta exige maior compressão, maior fluxo de massa e um sistema maior (mais caro e menos prático).
Exemplo 2 - Ar é o fluido de de trabalho em um ciclo Brayton com uma vazão volumétrica de 5m³/s. Para uma relação de pressão de 10, determine: ◦ A eficiência do ciclo; ◦ A razão de trabalho reverso; ◦ Potência líquida produzida.
