ATIVIDADE CONTEXTUALIZADA TOPICOS INTEGRADORES II - TERMODINAMICA

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ATIVIDADE CONTEXTUALIZADA TOPICOS INTEGRADORES II 
Nome Completo: Leonam Dias 
Matrícula: 
Curso: Engenharia Elétrica 
 
Proposta da atividade: 
 
Pesquise em livros e na web sobre o ciclo térmico de Brayton (compressor 
- combustor – turbina a gás) e formule os balanços energéticos de cada etapa 
do ciclo. 
Fundamentado (a) nos conceitos e equacionamentos da termodinâmica 
avançada, aos quais fornecem inúmeras relações entre as oito funções de 
estado termodinâmicas, pesquise em livros e na web sobre o ciclo térmico de 
Brayton (compressor - combustor – turbina a gás) e formule os balanços 
energéticos de cada etapa do ciclo. 
Lembro a você que as etapas do ciclo de Brayton, (que em alguns livros 
mais antigos encontra-se com a denominação de ciclo de Joule), sempre 
envolvem ou geração de calor ou de potência. Sendo assim, relacione as duas 
leis da termodinâmica com o ciclo de Brayton. 
Além disso, ao final da atividade, é importante que você aponte aplicações 
industriais deste tipo de máquina Brayton. Lembre-se que todo bom engenheiro 
realiza a análise das vantagens e desvantagens sobre métodos e equipamentos 
utilizados. Portanto, também apresente quais seriam as vantagens e 
desvantagens desse tipo de ciclo. 
Como literatura de apoio, é indicada a leitura do volume 02 do livro Curso 
de Física Básica do professor H. Moysés Nussenzveig (capítulos 8 a 10). 
Desenvolvimento: 
O ciclo térmico de Brayton, também conhecido como ciclo de Joule, é um 
ciclo termodinâmico que descreve o funcionamento de turbinas a gás e motores 
a combustão. Ele consiste em quatro etapas principais: compressão, 
aquecimento, expansão e resfriamento. 
 
Figura 1 Ciclo de Brayton Aberto 
O ciclo de Brayton, em suas diferentes variações, está sempre 
relacionado à geração de calor ou de potência. Essas variações foram 
desenvolvidas para atender a requisitos específicos e otimizar o desempenho do 
ciclo. Por exemplo, o ciclo de Brayton pode ser implementado em configurações 
de ciclo aberto ou fechado, onde o ar é continuamente aspirado e exaurido ou 
recirculado dentro do sistema, respectivamente. Além disso, o ciclo de Brayton 
pode ser combinado com técnicas de recuperação de calor, como o ciclo de 
regeneração, para aumentar ainda mais a eficiência térmica. 
As duas leis da termodinâmica têm relação direta com o ciclo de Brayton. 
A Primeira Lei da Termodinâmica (Lei da Conservação da Energia): Essa lei 
estabelece que a energia total de um sistema isolado permanece constante ao 
longo de um ciclo. No ciclo de Brayton, a primeira lei da termodinâmica é aplicada 
para o balanço energético, considerando a entrada de energia na forma de calor 
e a saída de energia na forma de trabalho. Ela descreve a conservação de 
energia durante as etapas de compressão, adição de calor, expansão e rejeição 
de calor do ciclo. 
A Segunda Lei da Termodinâmica: Essa lei estabelece as limitações 
fundamentais sobre a eficiência de conversão de calor em trabalho. Ela afirma 
que nenhum processo térmico pode ser completamente reversível e que sempre 
haverá uma degradação da energia durante a conversão. No ciclo de Brayton, a 
segunda lei da termodinâmica é aplicada para avaliar a eficiência térmica do 
ciclo, considerando as irreversibilidades internas, como perdas de calor e atrito. 
Essa lei define um limite máximo teórico para a eficiência do ciclo. 
As etapas do ciclo de Brayton, e seus balanços energéticos são: 
 Compressão isentrópica (compressão em um compressor), nesta 
etapa, a energia transferida é apenas na forma de trabalho 
mecânico, já que não ocorre troca de calor. Por outro lado, a 
entropia permanece inalterada. O balanço energético para a 
compressão é dado por: 𝑊 𝐶 = 𝐻 2 – 𝐻 1. 
 Adição de calor isobárico (em um trocador de calor), Durante a 
adição de calor, ocorre a transferência de energia térmica para o 
ar comprimido. O balanço energético para essa etapa é expresso 
como: 𝑄 𝑎𝑑𝑑 = 𝐻 3 – 𝐻 2. 
 Expansão isentrópica, Nesta etapa, ocorre a conversão da energia 
térmica em trabalho mecânico na turbina. O balanço energético 
para a expansão é dado por: 𝑊 𝑇 = 𝐻 4 – 𝐻 3 . Novamente a 
entropia não sofre alteração. 
 Rejeição de calor isobárica, durante a rejeição de calor, ocorre a 
transferência de energia térmica do ar expandido para o ambiente. O 
balanço energético para essa etapa é expresso como: 𝑄𝑟𝑒 = 𝐻 4 – 𝐻 1 
No ciclo de Brayton, a entalpia aumenta durante a compressão e a adição de 
calor, enquanto diminui durante a expansão e a rejeição de calor. A entropia pode 
variar ao longo do ciclo, dependendo das irreversibilidades presentes em cada etapa. 
O comportamento da entalpia e da entropia no ciclo de Brayton é fundamental para 
entender o desempenho termodinâmico do ciclo e projetar sistemas eficientes de 
turbinas a gás ou motores de combustão interna. 
 
É importante ressaltar que os valores de entalpia nos diferentes pontos 
dependem das propriedades termodinâmicas do fluido de trabalho e das condições 
operacionais do ciclo, e podem variar de acordo com as características específicas 
de cada ciclo de Brayton implementado. 
Em termos de vantagens, o ciclo de Brayton oferece alta eficiência térmica, 
especialmente quando combinado com técnicas de recuperação de calor, como o 
ciclo de regeneração. Além disso, ele permite a geração de energia a partir de uma 
variedade de combustíveis, como gás natural, óleo combustível e biogás. O ciclo de 
Brayton também possui uma resposta rápida às variações de carga, tornando-o 
adequado para aplicações que exigem flexibilidade operacional. 
No entanto, o ciclo de Brayton também apresenta algumas desvantagens. Ele 
requer um sistema complexo de compressores, turbinas e trocadores de calor, o que 
pode aumentar os custos de investimento e manutenção. Além disso, o ciclo de 
Brayton é sensível a variações de temperatura ambiente, o que pode afetar sua 
eficiência operacional. A utilização de combustíveis fósseis no ciclo de Brayton 
também contribui para a emissão de gases de efeito estufa e impactos ambientais. 
Em suma, o ciclo de Brayton e suas variações são amplamente aplicados em 
diversas indústrias para a geração de calor ou potência. As duas leis da 
termodinâmica, a conservação de energia e a degradação da energia, estão 
diretamente relacionadas ao ciclo de Brayton, permitindo sua análise e otimização. 
Embora apresente vantagens como alta eficiência e flexibilidade operacional, o ciclo 
de Brayton também possui desvantagens, incluindo complexidade e impactos 
ambientais. 
Referencia 
https://www.thermal-engineering.org/pt-br/o-que-e-a-teoria-do-ciclo-de-brayton-
brayton-engine-definicao/ 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Brayton