Turbinas a gás (Ciclo termodinâmico e Aplicações)

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Turbinas a gás 
Ciclo termodinâmico e 
Aplicações
BRUNO MIGUEL RODRIGUES PEREIRA
LUCIANA LOPES PINHEIRO
INTRODUÇÃO
As turbinas a gás são equipamentos considerados máquinas térmicas, 
que transformam a energia potencial termodinâmica presente nos 
gases da combustão, que ocorre no interior da mesma, em energia 
mecânica, energia esta que pode ser reaproveitada em qualquer outro 
processo. O termo gás diz respeito ao fluido de trabalho da turbina, 
que vai ser a mistura de gases resultantes da combustão.
FUNCIONAMENTO
O princípio básico de uma turbina a gás é mostrado 
no diagrama ao lado. Em primeiro lugar, o ar é 
comprimido por um compressor, e esse ar 
comprimido é levado para a câmara de combustão. 
Na câmara de combustão, o combustível é 
continuamente queimado para produzir gás em alta 
temperatura e pressão. A turbina a gás industrial faz 
com que o gás produzido na câmara de combustão 
seja expandido na turbina (um rotor de pás feito 
conectando diversas lâminas a um disco redondo) 
para a produção de energia rotacional. A energia 
restante é fornecida com um eixo de saída.
TIPOS DE 
TURBINAS A GÁS
MOTOR TURBO JATO
 Este é o tipo mais básico de turbina 
a gás para obter empuxo usando um 
fluxo de jato, sendo também o mais 
simples em termos de estrutura.
 Este motor é adequado para 
aeronaves que voam em alta 
velocidade, utilizado em aviões 
supersônicos e aviões de caças.
MOTOR TURBO FANS
 Neste tipo, uma turbina separada 
é colocada depois do motor turbo, e 
essa turbina opera uma grande hélice 
na parte dianteira do motor. Essa 
hélice eleva o fluxo de ar e aumenta 
o empuxo.
 Este tipo apresenta baixo nível de 
ruído e baixo consumo de 
combustível em velocidades 
subsônicas; portanto, nos dias de 
hoje, esse tipo de turbina a gás é 
usado quase que exclusivamente 
como motor de aeronaves comerciais.
TURBINA DE GÁS DE 
EIXO ÚNICO
 Esta turbina a gás proporciona 
potência como força de rotação e a 
turbina e o compressor são acoplados 
por um único eixo. Parte da potência 
da turbina é usada para ativar o 
compressor, e o restante é enviado 
para o eixo de saída.
 Este tipo é adequado para 
aplicações como alternadores, que 
exigem rotação a uma velocidade 
constante.
TURBINA DE GÁS DE 
EIXO DUPLO
 Neste tipo, uma turbina separada é 
colocada depois da turbina a gás, e a 
energia da explosão é transmitida como 
força de rotação. Essa turbina traseira é 
chamada de turbina de potência. Uma vez 
que não existe qualquer relação mecânica 
entre o eixo da turbina de potência e o eixo 
do compressor, é possível selecionar 
qualquer velocidade de rotação de saída. 
Esse tipo é adequado para o acionamento 
de equipamentos com uma ampla 
variedade de velocidades de rotação.
 Este tipo é amplamente utilizado em 
aviões a hélice e helicópteros, bem como 
aplicações como acionamento da 
bomba/compressor, motores principais do 
navio e gerador.
Ciclo Brayton
 O Ciclo de Brayton é um ciclo 
termodinâmico no qual a adição de calor 
ocorre a pressão constante, utilizado no 
estudo das turbinas a gás.
 Ele é um ciclo ideal, uma aproximação 
dos processos térmicos que ocorrem nas 
turbinas a gás, descrevendo variações de 
estado (pressão e temperatura) dos gases. 
O conceito é utilizado como base didática 
e para análise dos ciclos reais, que se 
desviam do modelo ideal, devido a 
limitações tecnológicas e fenômenos de 
irreversibilidade, como o atrito.
O ciclo se constitui de quatro etapas, como 
demonstrado no Esquema básico de 
Brayton.
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_termodin%C3%A2mico
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_termodin%C3%A2mico
https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor
https://pt.wikipedia.org/wiki/Turbina_a_g%C3%A1s
https://pt.wikipedia.org/wiki/Estados_f%C3%ADsicos_da_mat%C3%A9ria
https://pt.wikipedia.org/wiki/Press%C3%A3o
https://pt.wikipedia.org/wiki/Temperatura
https://pt.wikipedia.org/wiki/Did%C3%A1tica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Irreversibilidade
https://pt.wikipedia.org/wiki/Atrito
1. Uma compressão isentrópica dentro de um 
compressor.
2. Fornecimento de calor isobaricamente.
3. Expansão isentrópica dentro de uma turbina.
4. Perda de calor isobaricamente.
Ciclo ideal de 
Brayton
Ciclo real de Brayton
1. Processo adiabático - 
compressão.
2. Processo isobárico - adição de 
calor.
3. Processo adiabático - expansão.
4. Processo isobárico - rejeição de 
calor.
Ciclo fechado Brayton
Um ciclo de Brayton fechado reutiliza o fluido de 
trabalho ; o ar expelido da turbina é reintroduzido no 
compressor, este ciclo usa um trocador de calor para 
aquecer o fluido de trabalho ao invés de uma câmara 
de combustão interna. O ciclo fechado de Brayton é 
usado, por exemplo, em turbinas a gás de ciclo 
fechado e geração de energia espacial.
https://en.wikipedia.org/wiki/Working_fluid
https://en.wikipedia.org/wiki/Working_fluid
https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_exchanger
https://en.wikipedia.org/wiki/Closed-cycle_gas_turbine
https://en.wikipedia.org/wiki/Closed-cycle_gas_turbine
Ciclo Brayton inverso
Um ciclo de Brayton que é acionado ao contrário, via entrada de 
trabalho de rede, e quando o ar é o fluido de trabalho, é o ciclo de 
refrigeração de gás ou ciclo de Bell Coleman. Seu objetivo é mover 
o calor, em vez de produzir trabalho. Esta técnica de resfriamento 
a ar é amplamente utilizada em aeronaves a jato para sistemas de 
ar condicionado usando purga de ar extraído dos compressores do 
motor. Ele também é usado na indústria de GNL , onde o maior 
ciclo reverso de Brayton é para sub-resfriamento de GNL usando 
86 MW de potência de um compressor movido a turbina a gás e 
refrigerante de nitrogênio.
https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_pump_and_refrigeration_cycle#Gas_cycle
https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_pump_and_refrigeration_cycle#Gas_cycle
https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_pump_and_refrigeration_cycle#Gas_cycle
https://en.wikipedia.org/wiki/Bleed_air
https://en.wikipedia.org/wiki/LNG
Aplicação Do Ciclo Brayton a 
Turbina De Gás
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 fluido vem gasta para fazer acelerar esse mesmo fluido 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.
https://pt.wikipedia.org/wiki/Turbojato
https://pt.wikipedia.org/wiki/Turbina_a_g%C3%A1s
BI
BL
IO
GR
AF
IA global.kawasaki.com/br/equipment/gas_turbines
http://www.dem.feis.unesp.br/intranet/capitulo12.pdf
https://wiki.eq.uc.pt/mediawiki/index.php/Turbinas_a_g%C3
%A1s
https://wiki.eq.uc.pt/mediawiki/index.php/Turbinas_a_g%C3
%A1s
https://en.wikipedia.org/wiki/Brayton_cycle#Models
https://global.kawasaki.com/br/energy/equipment/gas_turbines/outline.html#:~:text=Assim%20como%20um%20motor%20a,combust%C3%A3o%20(expans%C3%A3o)%20e%20escape.&text=Na%20c%C3%A2mara%20de%20combust%C3%A3o%2C%20o,em%20alta%20temperatura%20e%20press%C3%A3o
http://www.dem.feis.unesp.br/intranet/capitulo12.pdf
https://wiki.eq.uc.pt/mediawiki/index.php/Turbinas_a_g%C3%A1s
https://wiki.eq.uc.pt/mediawiki/index.php/Turbinas_a_g%C3%A1s
https://wiki.eq.uc.pt/mediawiki/index.php/Turbinas_a_g%C3%A1s
https://wiki.eq.uc.pt/mediawiki/index.php/Turbinas_a_g%C3%A1s
https://en.wikipedia.org/wiki/Brayton_cycle#Models