cinética do fluxo e “transformando-a em pressão” (de fato, em entalpia de estagnação).
Ciclo Brayton
O balanço de energia provê: W es
2
4 4
p1 Qf
s1
2
1
2
=
h1 reator
2
T 1 T 2
W cs
+
p2
Qq
1
h0
3
s3
3
v0
T 4
T 3
O ciclo Brayton padrão de ar representa o ciclo básico da turbina a gás. No ciclo fechado (acima) o gás é comprimido (12) e, em seguida, aquecido pela pela fonte fonte quent quentee (23); (23); então, então, segue para para acion acionar ar a turbin turbinaa (34), (34), e finalm finalment entee é resfri resfriado ado pela fonte fonte fria fria (41). (41). A fonte fonte quent quentee pode pode ser originada por queima de qualquer combustível, orgânico ou inorgânico, ou por um reator nuclear. A fonte fria pode ser o ar ambiente, água do mar ou de rio, ou o espaço. No ciclo aberto (abaixo) não há um resfriador, o gás é o próprio ar ambiente captado frio (T (T 1 = T atm atm) pelo compressor e expelido quente (T (T 4) pela turbina - o que é equivalente ao processo 41 com p1 = patm. Na prática, no ciclo aberto, o aquecedor é substituído por uma câmara de combustão combustão interna, onde se injeta injeta contínuamen contínuamente te combustív combustível el e ocorre uma combustão contínua; portanto, não é o ar, mas, sim, os gases de combustão que passam pela turbina e são exauridos para o ambiente.
4 1
3
s3
2
patm v No turbo-hélice, a turbina aciona o hélice propulsor da aeronave (assim p2 como aciona o hélice propulsor no e também W cscaso de veículos aquáticos) aciona o compressor. No caso do turbo-jato, a turbina aciona apenas o compressor, logo há uma “sobra de senergia” muito grande que é usada 1 1 2 para dar energia cinética ao fluxo de gases,0 o qual direcionado por um bocal ejetor na forma de um jato, promove o “empuxo” motriz (v. capítulo difusor de balanço de momentum). T 0 T 1 T 4 T 2 T 3
Modêlo termodinâmico Admite-se um fluxo de massa em regime permanente evoluindo segundo o
W es 4 4
s3
3
patm p2
Qq
1
s1
2
3
W cs
1
T 1 T 2
2
T 4
T 3
ciclo mostrado na figura. 1 2 compressão compressão adiabática adiabática reversível, reversível, isoentrópic isoentrópica: a: s = const, Q12 = 0, W 12 +W cs 12 = +W cs. 2 3 aquecimento isobárico: p isobárico: p = p2, Q23 = +Q +Qq, W 23 23 = 0.
3
4
4
1
expansão adiabática reversível, isoentrópica: s isoentrópica: s = const, Q34 = 0, W 34 -W es 34 = -W es. resfriamento isobárico: p isobárico: p = p1, Q41 = -Q -Qf , W 41 41 = 0.
Análise - em aula, se selecionado. Aplicações O ciclo ciclo Brayt Brayton on é muito muito versáti versátil, l, e a alta alta eficiê eficiênci nciaa das turbinas turbinas,, principal principalment mentee a altas temperatura temperaturass - o que permite aproveitar aproveitar bem o conteúdo conteúdo energético energético dos combustív combustíveis, eis, aliada a alta rotação, garante um lugar de destaque deste ciclo nos tempos modernos, notadamente para instalações instalações de propulsão propulsão em trens, trens, embarcações embarcações velozes, submarinos submarinos e principalmente aeronaves, ou para instalações de geração de eletricidade, em particular para o aproveitamento de energia liberada de outros sistemas - co-geração. No caso de reatores nucleares, usa-se o ciclo fechado, e a fonte quente é um fluido passando em outro circuito fechado através do reator; assim, o gás para a turbina e o fluido aquecedor não tem contacto entre si, nem com o meio ambiente. No caso de aeronaves, há que se considerar, ainda, o difusor (bocal de admissão) admissão) que coleta o ar para o compressor, compressor, aproveitand aproveitando o a energia energia
b
c
d
e
f
b
c
d
e’
f’
a
a - hélice b - difusor 01 s3 c - compressor 12 patm d - câmara de combustão combustão 23 2 e - turbo-hélice 34 v4 e’- turbo-jato 34’ No bocal, h4' = h4 + f - exaustor 2 f’- bocal bocal de jato 4’4 s1 0
O turbo-fan é um siste sistema ma misto misto héli hélice ce/j /jat ato o para para apro aprove veit itar ar o empuxo a jato para altas velocidades, e o empuxo a hélice para baixas velocidades.
4
4’
3
p2
. 1
2
T 0 T 1 T 4 T 2 T 4’
T 3
