Turbinas a Gás

Prévia do material em texto

TURBINAS A GÁS 
A GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA EM UMA PLATAFORMA OFFSHORE POR MEIO DE TURBINAS A GÁS
INTRODUÇÃO
A máquina primária mais utilizada nos sistemas de geração de energia das plataformas é a turbina a gás, principalmente por possuírem pequeno peso e volume e conseqüentemente ocuparem um espaço menor. Isto aliado à versatilidade de operação que apresentam está fazendo com que sua utilização se encontre em franca ascendência atualmente. Devido à descoberta da camada Pré-sal a Petrobras vem aumentando os investimentos e suas plataformas estão sendo amplamente equipadas com as turbinas a gás. A turbina a gás é uma máquina térmica na qual se aproveita diretamente a energia liberada na combustão, armazenada nos gases produzidos que se expandem, de forma parecida com o vapor nas turbinas a vapor.
Esquema de uma Usina de Energia Elétrica com Turbina a Gás
DEFINIÇÃO:
A turbina a gás (TG) é definida como sendo uma máquina térmica, onde a energia potencial termodinâmica contida nos gases quentes provenientes de uma combustão é convertida em trabalho mecânico ou utilizada para propulsão.
Turbina a Gás
Desta forma, as turbinas a gás são máquinas tecnicamente muito complexas, com inúmeras partes móveis e sofisticados sistemas de lubrificação e controle eletrônico visando basicamente a conversão da energia contida no combustível em potência de eixo. A Turbina a gás propriamente dita pode ser axial ou radial. As axiais são as mais utilizadas. São constituídas de forma parecida às turbinas a vapor e podem ser de ação ou reação.
CARACTERÍSTICAS:
As turbinas a gás são acionadas pelos próprios gases quentes, produto da combustão, o que dispensa a utilização de um fluido de trabalho intermediário, como o vapor, ou outro fluído. Isto leva a unidades mais compactas, para os mesmos níveis de produção de potência.
Não apresentam uma flexibilidade em relação ao combustível a ser utilizado, assim não se recomenda a utilização dos que produzem resíduos sólidos (cinzas), pois podem comprometer elementos do equipamento. As Turbinas Marítimas são utilizadas na geração de energia mecânica e elétrica em navios. São do tipo “on board”.
PARTES COMPONENTES:
O termo turbina a gás é empregado em referência a um conjunto de três equipamentos: 
Compressor;
Câmara de combustão;
Turbina; 
 
 Eixo Compressor Câmara Turbina
 de Combustão
Esta configuração forma um ciclo termodinâmico a gás, cujo modelo ideal denomina-se Ciclo Brayton que é um ciclo básico ideal das turbinas a gás. É o ciclo teórico de funcionamento das Turbinas a gás. É um ciclo a pressão constante. Este conjunto opera em um ciclo aberto, ou seja, o fluido de trabalho é admitido na pressão atmosférica e os gases de escape, após passarem pela turbina, são descarregados de volta na atmosfera sem retornar à admissão.
FUNCIONAMENTO:
As Turbinas a Gás funcionam admitindo ar em condição ambiente ou refrigerado. O ar entra no compressor, onde ocorre compressão adiabática com aumento de pressão e conseqüentemente também aumento de temperatura. Cada estágio do compressor é formado por uma fileira de palhetas rotativas que impõem movimento ao fluxo de ar (energia cinética) e uma fileira de palhetas estáticas, que converte a energia cinética em aumento de pressão.
UTILIZAÇÃO:
São usadas principalmente para o acionamento de geradores elétricos e propulsão aérea e marítima. Nas sondas marítimas em que exista produção de gás é comum e econômica a utilização das turbinas a gás para a geração de energia para toda a plataforma.
Principais utilizações das turbinas a gás
COMBUSTÍVEIS:
As turbinas a gás admitem vários tipos de combustíveis, vejamos alguns destes combustíveis e suas possibilidades de aplicação nas turbinas a gás:
• Gás Natural: é um combustível ideal para uso nas turbinas a gás. A única restrição é que esteja limpo.
• Petróleo Bruto: na maioria dos casos, constitui um combustível muito favorável, que pode ser utilizado sem reaquecimento nem tratamento prévio.
• Gases de Alto Fornos: como a quantidade de pó neste combustível é geralmente elevada, deve ser instalado um filtro na entrada do compressor para sua utilização. Embora seja barato, não é um combustível ideal, pois sem poder calorífico por unidade de volume é baixo necessitando-se de grande quantidade do mesmo.
• Derivados de Petróleo: constituídos por hidrocarbonetos destilados (gasolina, querosene, óleo Diesel, nafta, etc.), são bastante convenientes desde que produzam pouca cinza.
Algumas das principais características que devem ter os combustíveis para as turbinas a gás são:
• ser abundante na natureza e ter extração rentável;
• ter um poder calorífico por unidade de peso ou volume elevado;
• produzir gases de combustão que não poluam tanto o meio ambiente;
• não atacar as partes que estão em contato com ele ou com os seus produtos de combustão.
O EMPREGO DAS TURBINAS A GÁS:
Turbinas a gás dedicadas à geração de energia elétrica são divididas em duas principais categorias, no que se refere à concepção. São elas as pesadas (Heavy-duty), desenvolvidas especificamente para a geração de energia elétrica ou propulsão naval e as aeroderivativas, desenvolvidas a partir de projetos anteriores dedicados a aplicações aeronáuticas. Existem ainda as micro-turbinas (dedicadas à geração descentralizada de energia elétrica).
COMPARAÇÃO ENTRE A TURBINA A VAPOR E A TURBINA A GÁS
	Comparação entre Ciclo com Turbina a Vapor e Ciclo com Turbina a Gás
	
	Turbina a Vapor 
	Turbina a Gás
	Ciclo 
	Rankine 
	Brayton 
	Compressão 
	Bomba de alimentação 
	Compressor 
	Aquecimento 
	Caldeira 
	Combustor 
	Expansão 
	Turbina a Vapor 
	Turbina a Gás 
	Resfriamento 
	Condensador 
	Atmosfera 
CONCLUSÃO
Inicialmente foram desenvolvidas objetivando fornecimento de trabalho mecânico. Porém, seu desenvolvimento pleno ocorreu em virtude do seu uso como elemento propulsor na indústria aeronáutica. Enquanto fornecedores de trabalho mecânico, as turbinas a gás têm sido utilizadas, de maneira geral, como elemento propulsor para navios, aviões, no setor automotivo, ferroviário e como acionador de estações “booster” de bombeamento (oleodutos e gasodutos) assim como também na geração de eletricidade, principalmente, das centrais de ponta e sistema “standy by” e em locais onde o peso e o volume são levados em conta como os casos das Plataformas “Offshore” de extração de petróleo.
REFERÊNCIAS
AVELINO, J. A. Modelagem e avaliação de extensão da vida útil de plantas industriais. 2008. 160p. Estudo de caso: Geração elétrica em Plataformas Marítimas de Produção de Petróleo. Tese (Doutor em Modelagem computacional), Universidade Estadual do Rio de Janeiro, Nova Friburgo.
SARAVANA MUTTOO, H. I. H.; ROGERS, G. F. C.; COHEN, H. Gas Turbine Theory. 5. Ed. New Jersey: Prentice Hall. 2001.
NASCIMENTO, Marco Antonio R. Comportamento de Turbinas a Gás Industriais – Análise Térmica; Notas de Aula, 3. Edição; Escola Federal de Engenharia de Itajubá, Itajubá, MG, 1999.
GIAMPAOLO, A. Gas Turbine Handbook: Principles and Practices. USA. 3rd ed. USA. 427p, 2006.