Atividade Contextualizada Termodinamica Avançada

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RECIFE/PE 
2020 
 
 
FACULDADE MAURICIO DE NASSAU 
ENGENHARIA MECÂNICA 
ICARO SPINELLI 
 
 
 
 
 
 
 
 
ATIVIDADE CONTEXTUALIZADA TERMODINÂMICA AVANÇADA 
RECIFE/PE 
2020 
 
 
FABIANO VIEIRA DA SILVA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ATIVIDADE CONTEXTUALIZADA TERMODINÂMICA AVANÇADA 
 
 
Trabalho apresentado para fins de 
avaliação parcial da disciplina de 
Termodinâmica Avançada, 8º 
período da Graduação de Engenharia 
Mecânica. 
 
 
1. CICLO DE BRAYTON 
 
 
Este ciclo traz como principais simplificações o fato de o fluido de trabalho não mudar: 
é sempre ar atmosférico com propriedades constantes. O processo de combustão em 
que ocorre a transformação do ar em produtos de combustão é substituído por um 
processo de adição de calor. Além disso, os processos de admissão e exaustão são 
eliminados. Trata-se, portanto, de uma massa fixa de ar que circula pela máquina. 
Como se pode verificar na figura abaixo, o processo de exaustão/admissão é 
substituído por um processo de rejeição de calor a pressão atmosférica. 
 
 
 
As duas principais áreas de aplicação dos motores a turbina a gás são a propulsão de 
aviões e a geração de energia elétrica. Quando usada para a propulsão de aviões, a 
turbina a gás produz potência suficiente para mover o compressor em um pequeno 
gerador para alimentar o equipamento auxiliar. 
 
 
2. BALANÇO TÉRMICO DOS EQUIPAMENTOS 
 
Calor recebido: qH = h3 − h2 = Cp (T3 − T2 ) 
 
Calor cedido: qL = h4 − h1 = Cp (T4 − T1 ) 
 
Trabalho de compressão: wc = h2 − h1 = Cp (T2 − T1 ) 
 
Trabalho da turbina: wturb = h3 − h4 = Cp (T3 − T4 ) 
 
Trabalho líquido: wT = wturb − wc = qH − qL 
Entre 1 e 2 o ar em condição ambiente passa pelo compressor, onde por compressão 
adiabática e isotrópica ocorre o aumento de temperatura e consequente aumento de 
entalpia. Comprimido adiabaticamente. Assim, a partir da primeira lei da 
termodinâmica, o ar é direcionado às câmaras, entre 2 e 3, onde é misturado ao 
combustível possibilitando sua queima e seu aquecimento tendo sua pressão 
constante. 
Ao sair da câmara de combustão, os gases, à alta pressão e temperatura, se 
expandem conforme passam pela turbina, entre 3 e 4 Nesse estágio, ocorre uma 
expansão adiabática. A partir da primeira lei, a energia é igual ao trabalho adiabático. 
Na medida em que o fluido fornece o trabalho sobre as palhetas, reduzem-se a 
pressão e temperatura dos seus gases, gerando-se potência mecânica. A potência 
extraída através do eixo da turbina é usada para acionar o compressor. 
A quarta etapa representa a transferência de calor do fluido para o ambiente em que 
se encontra. Desta forma, mesmo se tratando de um ciclo aberto, parte da energia 
gerada pela combustão é eliminada por forma de calor nos gases quentes fluindo 
como escape. A rejeição de calor é um limite físico, intrínseco ao funcionamento de 
Ciclo termodinâmico, mesmo nos casos ideais, como define a Segunda lei da 
termodinâmica. 
 
 
3. APLICAÇÕES 
 
O ciclo Brayton é um processo utilizado, principalmente, em turbinas a gás. Ele pode 
operar em um ciclo aberto e em um ciclo fechado. Quando operada em um ciclo 
aberto, o gás utilizado entra uma câmara de compressão, pelo bocal de admissão. 
Este ciclo pode ser utilizado como motor de veículos terrestres, marítimos ou aéreos. 
Já no ciclo fechado, o gás, na câmara de combustão, recebe calor de uma fonte 
quente externa. Após a passagem do gás pela turbina, um trocador de calor recebe o 
gás, em que há a liberação de calor para uma fonte fria externa, de modo que o ar 
volte ao seu estado inicial. Este último ciclo pode ser utilizado em uma usina 
termoelétrica. 
O ciclo fechado também tornou-se importante em reatores nucleares. Nele, o calor é 
transferido, diretamente ou através de um segundo fluido, do combustível no reator 
nuclear ao fluido de trabalho do ciclo e é rejeitado do fluido de trabalho para o meio 
envolvente. 
Um destino diferente é a do Turbojato - propulsão a ar - onde a expansão na turbina 
produz o tanto de trabalho que é necessário para adicionar o compressor e a eventual 
turbofan (ou ventilador). O restante de energia contida no fluído vem gasta para fazer 
acelerar esse mesmo fluído dentro de um bocal e produzir, como consequência, um 
impulso para frente que faz mover o avião. Entre as muitas características importantes 
de Turbina a gás (TAG), para abrir ciclo, é o de ser capaz de desenvolver a energia 
específica elevada e uma elevada eficiência de propulsão, o que os torna muito 
adequados para a propulsão a ar. 
 
 
4. VANTAGENS E DESVANTAGENS 
 
 
As principais vantagens são: 
• A ignição pode ser parada. 
• A ignição pode ser reativada. 
• Pode haver aceleração e desaceleração da ignição. 
• O controle da ignição pode ser executado de forma precisa. 
• Câmara de combustão extremamente leve, possibilita maior carga útil do 
engenho. 
As principais desvantagens são: 
• O sistema possui peças móveis, válvulas etc. 
• Para a efetivação de um controle fino, o nível de complexidade tecnológica é 
muito alto. 
• Devido ao nível de complexidade o sistema é passível de falhas e defeitos 
inesperados podem ocorrer. De uma forma geral, são menos seguros que os 
dispositivos de combustível sólido. 
• Os combustíveis líquidos mais utilizados para a propulsão dos artefatos são a 
hidrazina e o Hidrogénio líquido, que são bombeados separadamente do 
oxigênio para o interior da câmara de combustão. A hidrazina é mais utilizada 
para pequenas correções de trajetórias através de micro propulsores. Já o 
Hidrogênio líquido é utilizado em propulsores de maior porte. 
 
 
5. REFERENCIAS 
 
Ciclo de Brayton. Disponivel em 
<https://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Brayton#Aplica%C3%A7%C3%A3o> acesso em 
02/04/2020. 
Como funciona um foguete. Site Ebah. Disponível em 
<http://www.ebah.com.br/content/ABAAAe4twAB/motores-propulsao-dos-foguetes> 
acesso em 02/04/2020. 
Livro “Termodinâmica. ” 7° edição. Yunus A. Çengel e Michael A. Boles. Editora 
AMGH Ltda. 
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAe4twAB/motores-propulsao-dos-foguetes