ciclo de potencia a gás

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Turbina a gás
SISTEMAS TÉRMICOS I
Introdução
Aplicações no transporte
Tipos 
◦ Aberto
◦ Fechado
Introdução
Considerações no estudo
◦ Ar = gás padrão
◦ Elevação de temperatura – proveniente de fonte 
externa
Ciclo Brayton
Considerações no estudo
◦ Existência de trocador de calor para resfriamento
◦ Funcionamento adiabático da turbina
ሶ𝑊𝑡
ሶ𝑚
= ℎ3 − ℎ4
ሶ𝑊𝑐
ሶ𝑚
= ℎ2 − ℎ1
Ciclo Brayton
ሶ𝑄𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
ሶ𝑚
= ℎ3 − ℎ2
ሶ𝑄𝑠𝑎í𝑑𝑎
ሶ𝑚
= ℎ4 − ℎ1
𝜂 =
Τሶ𝑊𝑡 ሶ𝑚 − Τሶ𝑊𝑐 ሶ𝑚
Τሶ𝑄𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 ሶ𝑚
=
ℎ3 − ℎ4 − ℎ2 − ℎ1
ℎ3 − ℎ2
Ciclo Brayton
Razão de trabalho reverso
Análise de ar padrão frio
𝑏𝑤𝑟 =
Τሶ𝑊𝑐 ሶ𝑚
Τሶ𝑊𝑡 ሶ𝑚
=
ℎ2 − ℎ1
ℎ3 − ℎ4
Ciclo Brayton ideal de ar 
padrão
Não há queda de pressão por atrito
Escoamento do ar à pressão constante nos 
trocadores de calor
𝑝𝑟2 = 𝑝𝑟1
𝑝2
𝑝1
𝑝𝑟4 = 𝑝𝑟3
𝑝4
𝑝3
𝑝𝑟4 = 𝑝𝑟3
𝑝1
𝑝2
Ciclo Brayton ideal de ar 
padrão frio
𝑇2 = 𝑇1
𝑝2
𝑝1
Τ𝑘−1 𝑘
𝑇4 = 𝑇3
𝑝4
𝑝3
Τ𝑘−1 𝑘
= 𝑇3
𝑝1
𝑝2
Τ𝑘−1 𝑘
Exercício
Ar entra no compressor de um ciclo Brayton ideal a 
100 kPa, 300 K, com uma vazão volumétrica de 5 
m3/s. A relação de compressão do compressor é 10. 
A temperatura de entrada da turbina é 1400 K. 
Determine:
a) a eficiência térmica do ciclo
b) a taxa de trabalho reverso
c) A potência líquida desenvolvida, em kW.
Ciclo Brayton
Eficiência térmica
𝜂 =
ℎ3 − ℎ4 − ℎ2 − ℎ1
ℎ3 − ℎ2
Ciclo Brayton
Processos com mesma temperatura de entrada na 
turbina
Irreversibilidade e perdas nas 
turbinas
Ciclo real
◦ Elevação de entropia
◦ Queda de pressão (não significativa)
ሶ𝑊𝑡
ሶ𝑚
= ℎ3 − ℎ4
ሶ𝑊𝑐
ሶ𝑚
= ℎ2 − ℎ1
𝜂𝑡 =
Τሶ𝑊𝑡 ሶ𝑚
Τሶ𝑊𝑡 ሶ𝑚 𝑠
=
ℎ3 − ℎ4
ℎ3 − ℎ4𝑠
𝜂𝑐 =
Τሶ𝑊𝑐 ሶ𝑚 𝑠
Τሶ𝑊𝑐 ሶ𝑚
=
ℎ2𝑠 − ℎ1
ℎ2 − ℎ1
Exercício
Reconsidere o exemplo anterior, mas inclua na 
análise que a turbina e o compressor têm, cada um, 
uma eficiência isentrópica de 80 %. Determine para 
o ciclo modificado:
a) Eficiência térmico do ciclo
b) Taxa de trabalho reverso
c) A potência líquida desenvolvida, em kW.
Turbinas a gás regenerativas
Recuperação energética
◦ Presença de trocador de calor
ሶ𝑄𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
ሶ𝑚
= ℎ3 − ℎ𝑥
Turbinas a gás regenerativas
Escolha do maior TX possível
𝜂𝑟𝑒𝑔 =
ℎ𝑥 − ℎ2
ℎ4 − ℎ2
Exercício
Um regenerador é incorporado nos exemplos
anteriores. Determine a eficiência térmica para uma
efetividade de 80 % no regenerador.