ATIVIDADE CONTEXTUALIZADA TÓPICOS INTEGRADORES II (ENGENHARIA ELÉTRICA)

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ATIVIDADE CONTEXTUALIZADA DE TÓPICOS INTEGRADORES 
II DE ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
Rui Viana da Rocha Malcher junior 
03252866 
Engenharia Elétrica/Mecânica 
 
 
 
O ciclo térmico de Brayton, também conhecido como ciclo de Joule, é um ciclo 
termodinâmico utilizado em turbinas a gás para a geração de potência. Ele 
consiste em quatro etapas principais: compressão, adição de calor, expansão e 
rejeição de calor. 
1. Compressão: Nesta etapa, o ar é comprimido por um compressor, 
aumentando sua pressão e temperatura. A compressão ocorre de forma 
adiabática, ou seja, sem trocas de calor com o ambiente externo. A energia 
fornecida ao sistema nessa etapa é principalmente na forma de trabalho. 
2. Adição de calor: O ar comprimido passa pelo combustor, onde é adicionado 
calor. Nessa etapa, ocorre a queima do combustível, aumentando 
significativamente a temperatura do gás. A adição de calor ocorre a volume 
constante (processo isocórico), garantindo que toda a energia térmica fornecida 
seja convertida em trabalho. 
3. Expansão: O ar quente e de alta pressão expande através da turbina, gerando 
trabalho mecânico. Essa expansão ocorre de forma adiabática, convertendo a 
energia térmica em energia cinética e, posteriormente, em trabalho. 
4. Rejeição de calor: O ar expandido e resfriado passa por um trocador de calor, 
onde parte do calor é transferido para o ambiente externo, reduzindo sua 
temperatura. Essa etapa ocorre a pressão constante (processo isobárico). 
 
Balanços energéticos para cada etapa do ciclo de Brayton. 
1. Compressão: 
Nesta etapa, o balanço energético considera a energia fornecida pelo 
compressor, na forma de trabalho, e as perdas por calor. 
Balanço energético: 
Trabalho fornecido pelo compressor = Energia interna final - Energia interna 
inicial + Calor perdido 
 
 
2. Adição de calor: 
Nesta etapa, o balanço energético leva em consideração o calor adicionado ao 
sistema e as perdas de trabalho. 
Balanço energético: 
Calor adicionado = Energia interna final - Energia interna inicial + Trabalho 
perdido 
3. Expansão: 
Nesta etapa, o balanço energético leva em consideração o trabalho realizado 
pela turbina e as perdas por calor. 
Balanço energético: 
Trabalho realizado pela turbina = Energia interna final - Energia interna inicial + 
Calor perdido 
4. Rejeição de calor: 
Nesta etapa, o balanço energético considera as perdas de trabalho e a 
quantidade de calor rejeitada para o ambiente. 
Balanço energético: 
Calor rejeitado = Energia interna final - Energia interna inicial + Trabalho 
perdido 
Lembrando que o balanço energético é baseado na primeira lei da 
termodinâmica, que estabelece a conservação de energia em um sistema. As 
equações acima representam a variação de energia interna do sistema em 
cada etapa, levando em consideração o trabalho realizado, o calor adicionado 
e as perdas de trabalho e calor. 
É importante notar que as perdas de trabalho e calor podem ser devido a 
ineficiências no processo, como atrito, vazamentos ou imperfeições no 
equipamento. A eficiência do ciclo de Brayton pode ser determinada 
 
Relacionando as duas leis da termodinâmica com o ciclo de Brayton: 
- Primeira lei da termodinâmica (conservação de energia): A primeira lei 
estabelece que a variação de energia interna de um sistema é igual à diferença 
entre o calor adicionado e o trabalho realizado. No ciclo de Brayton, a primeira 
lei é aplicada em todas as etapas para determinar o balanço energético e a 
eficiência do ciclo. 
- Segunda lei da termodinâmica: A segunda lei da termodinâmica estabelece que 
é impossível converter completamente calor em trabalho em um ciclo 
termodinâmico. Portanto, sempre haverá alguma quantidade de energia 
dissipada como calor no ciclo de Brayton, principalmente na etapa de rejeição 
de calor. 
 
Aplicações industriais do ciclo de Brayton: 
- Turbinas a gás: O ciclo de Brayton é amplamente utilizado em turbinas a gás 
para geração de energia elétrica em usinas termoelétricas. Essas turbinas são 
usadas em indústrias de energia, refinarias de petróleo e plantas de 
processamento químico. 
- Aviação: Turbinas a gás baseadas no ciclo de Brayton são amplamente 
utilizadas na aviação, tanto em aeronaves comerciais como em jatos militares. 
Esses motores a jato proporcionam alta potência e eficiência em relação ao 
peso. 
 
Vantagens do ciclo de Brayton: 
- Alta eficiência termodinâmica: O ciclo de Brayton pode atingir altas eficiências 
termodinâmicas, principalmente quando operando em altas temperaturas e 
pressões. 
- Resposta rápida: Turbinas a gás baseadas no ciclo de Brayton possuem uma 
resposta rápida à demanda de carga, o que as torna ideais para aplicações que 
requerem rápida partida e parada, como em usinas de energia. 
 
Desvantagens do ciclo de Brayton: 
- Poluição: A queima de combustível no ciclo de Brayton libera gases de escape 
quentes, que podem contribuir para a poluição atmosférica e para o aquecimento 
global. Esforços têm sido feitos para mitigar esses impactos por meio de 
tecnologias de controle de emissões. 
- Dependência de combustíveis fósseis: O ciclo de Brayton, quando alimentado 
por combustíveis fósseis, como gás natural ou óleo combustível, está sujeito à 
dependência desses recursos não renováveis. Isso pode ser uma desvantagem 
em termos de sustentabilidade e diversificação energética. 
É importante ressaltar que a análise das vantagens e desvantagens do ciclo de 
Brayton pode variar dependendo da aplicação específica e das condições de 
operação. 
 
 
 
 
 
Referências: 
Ciclo Brayton 
By URL: http://www.fem.unicamp.br/~franklin/EM884/pdf/turbina_gas_ciclos.pdf 
 
Moodle USP: e-Disciplinas 
By Container: edisciplinas.usp.br URL: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/7673722/
mod_resource/content/1/ERG009-
Fundamentos%20de%20Termodinamica%20e%20Ciclos%20de%20Potencia-aula6-
CicloBrayton-CicloCombinado.pdf 
 
By Nick Connor Container: Thermal-engineering.org Year: 2020 URL: https://www.thermal-
engineering.org/pt-br/o-que-e-o-ciclo-de-brayton-motor-de-turbina-a-gas-definicao/ 
 
By \ Lí /, \ Moysés Nussenzveig URL: https://noic.com.br/wp-
content/uploads/2021/05/Moyses_2.pdf