Contextualizada, topicos integradores II - 2020

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UNINASSAU 
ENGENHARIA ELETRICA 
TÓPICOS INTEGRADORESII 
PROFESSOR EXECUTOR: Fábio Leonardo Freitas e Souza 
LUCIANO MARCELINO SILVA COSTA (01279208) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Ciclo de Brayton 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 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. 
 
Ciclo aberto de Brayton 
 Como a maioria das turbinas a gás é baseada no ciclo de Brayton com combustão 
interna (por exemplo, motores a jato), elas são baseadas no ciclo aberto de Brayton . 
 Nesse ciclo, o ar da atmosfera ambiente é comprimido para uma pressão e temperatura mais 
altas pelo compressor. Na câmara de combustão, o ar é aquecido ainda mais pela queima da 
mistura combustível-ar no fluxo de ar. 
 Os produtos e gases de combustão expandem-se na turbina para perto da pressão atmosférica 
(motores que produzem energia mecânica ou energia elétrica) ou para uma pressão exigida 
pelos motores a jato. O ciclo aberto de Brayton significa que os gases são 
descarregados diretamente na atmosfera . 
 
 
 Ciclo fechado de Brayton 
E m um ciclo fechado de Brayton, o meio de trabalho (por exemplo, hélio) recircula no 
circuito e o gás expelido da turbina é reintroduzido no compressor. 
 Nessas turbinas, geralmente é usado um trocador de calor (combustão externa) e apenas o 
meio limpo sem produtos de combustão viaja através da turbina elétrica. O ciclo fechado de 
Brayton é usado, por exemplo, em turbinas a gás de ciclo fechado e reatores refrigerados a 
gás de alta temperatura. 
 
 
 Ciclo de refrigeração de Brayton 
 Um ciclo de Brayton conduzido na direção inversa é conhecido como ciclo de Brayton 
reverso. Seu objetivo é mover o calor do corpo mais frio para o mais quente, em vez de 
produzir trabalho. De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor não pode fluir 
espontaneamente do sistema frio para o sistema quente sem que o trabalho externo seja 
realizado no sistema. 
 O calor pode fluir do corpo mais frio para o mais quente, mas somente quando forçado 
por um trabalho externo. É exatamente isso que os refrigeradores e as bombas de calor 
realizam. Estes são acionados por motores elétricos que exigem trabalho de seu entorno para 
operar. Um dos ciclos possíveis é o ciclo reverso de Brayton, que é semelhante ao ciclo 
normal de Brayton, mas é conduzido ao contrário, via entrada líquida de trabalho. 
 Esse ciclo também é conhecido como ciclo de refrigeração a gás ou ciclo de Bell 
Coleman. Esse tipo de ciclo é amplamente utilizado em aeronaves a jato para sistemas de ar 
condicionado que utilizam ar dos compressores do motor. Também é amplamente utilizado na 
indústria de GNL, onde o maior ciclo reverso de Brayton é para sub-resfriamento de GNL 
usando 86 MW de energia de um compressor acionado por turbina a gás e refrigerante de 
nitrogênio 
Em geral, os motores térmicos e também as turbinas a gás são classificados de acordo com um 
local de combustão como: 
 Turbinas com combustão interna . A maioria das turbinas a gás são motores de combustão 
interna. Nessas turbinas, a alta temperatura é alcançada queimando a mistura combustível-ar 
na câmara de combustão. 
 Turbinas com combustão externa . Nessas turbinas, geralmente é usado um trocador de 
calor e apenas o meio limpo sem produtos de combustão viaja através da turbina 
elétrica. Como as pás da turbina não estão sujeitas a produtos de combustão, combustíveis de 
qualidade muito mais baixa (e, portanto, mais baratos) podem ser usados. Essas turbinas 
geralmente têm menor eficiência térmica do que as turbinas com combustão interna. 
 O ciclo Brayton utiliza turbinas a gás que são máquinas térmicas que realizam a conversão 
do combustível em propulsão, trabalho no eixo ou geração elétrica. Os principais 
componentes do ciclo Brayton são: compressor, câmara de combustão e a turbina. No ciclo 
combinado, os gases de exaustão do ciclo Brayton são direcionados para uma caldeira de 
recuperação de calor, na qual passam tubulações de água do ciclo Rankine, e depois os gases 
de exaustão já resfriados são eliminados na chaminé. 
 A água é aquecida e sofre mudança de fase, sendo o vapor gerado utilizado para acionar uma 
turbina a vapor e gerar energia elétrica num gerador. Após a passagem pela turbina, o vapor 
passa por um condensador, voltando ao estado líquido, sendo bombeado novamente para a 
caldeira de recuperação. 
 
 
 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. 
 Funcionamento de uma usina termoelétrica – também chamada de usina térmica – ocorre da 
seguinte forma: a queima do combustível propicia o aquecimento de água armazenada no 
reservatório, o que forma um vapor, que, por sua vez, é direcionado para as turbinas do 
gerador responsável pela produção de eletricidade. 
 
 
 As fontes de energia utilizadas pelas termoelétricas não são renováveis, sendo a maioria de 
origem fóssil, o que eleva a preocupação sobre a disponibilidade desses recursos a média e 
longo prazo. Visão negativa é que também a á geração de poluentes para a produção de 
energia termoelétrica, que emite uma grande quantidade de dióxido de carbono (CO2) 
para a atmosfera. 
 O primeiro ciclo térmico é conhecido como ciclo de gás Brayton e o segundo é o ciclo de 
vapor Rankine. Estas usinas de ciclo combinado atingem uma eficiência de geração muito 
maior, de 55% a 60%, podendo alcançar até 64% quando operando ininterruptamente. 
 Atualmente, as usinas térmicas estão na base dos sistemas de geração elétrica de quase todos 
os países desenvolvidos do mundo e muitos em desenvolvimento. Um dia, poderemos 
produzir toda a nossa eletricidade de uma maneira completamente eficiente e limpa por meio 
da Transição Energética. Até então, as usinas de energia térmica são vitais para manter o 
funcionamento da vida moderna. 
 
 
 
 
 
 
 
REF: 
https://www.thermal-engineering.org/pt-br/o-que-e-tipos-de-ciclo-de-brayton-aberto-fechado-
ciclo-reverso-definicao/ 
https://www.thermal-engineering.org/pt-br/o-que-e-tipos-de-ciclo-de-brayton-aberto-fechado-ciclo-reverso-definicao/
https://www.thermal-engineering.org/pt-br/o-que-e-tipos-de-ciclo-de-brayton-aberto-fechado-ciclo-reverso-definicao/
https://www.academia.edu/36405727/curso_de_f%C3%ADsica_b%C3%A1sica_vol_2_H_M
oys%C3%A9s_Nussenzveig 
https://www.thermal-engineering.org/pt-br/o-que-e-tipos-de-ciclo-de-brayton-aberto-fechado-
ciclo-reverso-definicao/ 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Brayton 
https://brasilescola.uol.com.br/geografia/energia-termoeletrica.htm 
https://cbie.com.br/artigos/como-funcionam-usinas-termicas/ 
 
 
 
https://www.academia.edu/36405727/curso_de_f%C3%ADsica_b%C3%A1sica_vol_2_H_Moys%C3%A9s_Nussenzveig
https://www.academia.edu/36405727/curso_de_f%C3%ADsica_b%C3%A1sica_vol_2_H_Moys%C3%A9s_Nussenzveig
https://www.thermal-engineering.org/pt-br/o-que-e-tipos-de-ciclo-de-brayton-aberto-fechado-ciclo-reverso-definicao/
https://www.thermal-engineering.org/pt-br/o-que-e-tipos-de-ciclo-de-brayton-aberto-fechado-ciclo-reverso-definicao/
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Brayton
https://brasilescola.uol.com.br/geografia/energia-termoeletrica.htm
https://cbie.com.br/artigos/como-funcionam-usinas-termicas/