Apresentacao turbina a gás oficial
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O documento descreve os principais componentes e diferenças entre um ciclo com turbina a vapor e um ciclo com turbina a gás. O ciclo com turbina a vapor usa uma bomba de alimentação, caldeira e turbina a vapor, enquanto o ciclo com turbina a gás usa um compressor, combustor e turbina a gás.
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Apresentacao turbina a gás oficial
- 5. Eixo Compressor Câmara de Combustão Turbina
- 58. Comparação entre Ciclo com Turbina a Vapor e Ciclo com Turbina a Gás Turbina a Vapor Turbina a Gás Ciclo Rankine Brayton Compressão Bomba de alimentação Compressor Aquecimento Caldeira Combustor Expansão Turbina a Vapor Turbina a Gás Resfriamento Condensador Atmosfera
Notas do Editor
- A foto da direita é um vídeo. Clique para começar e clique para pausar ou parar. A eolípila é um aparelho que consiste de uma câmara (normalmente uma esfera ou um cilindro ) com tubos curvados, por onde o vapor é expelido. A força resultante faz com que o aparelho gire. Normalmente, a água é aquecida numa bacia, que está ligada á câmara giratória por um par de tubos que também servem como eixo para a câmara. No entanto, a água também pode ser aquecida na própria câmara como demonstra a ilustração abaixo. Foi inventada no primeiro século por Heron de Alexandria , e é considerada o primeiro motor a vapor documentado. Funcionamento Como é evidente, o vapor que sai da Aeolípile por ambos os furos tem a mesma pressão, já que estaria em equilíbrio se os furos fossem tampados; logo, o que o faz mover é justamente a pressão do ar sobre o corpo - como a causada por ventos, o que Heron desejava elucidar com a invenção.
- Esse desenho esquemático representa a idéia da turbina a gás de John Barber.
- Desenvolvida para fins experimentais. - Funcionou sem um compressor e com combustão periódica. - Reservatórios separados foram preenchidos por fora com ar ou gás em excesso de pressão baixa. Via válvulas de admissão controlada, em primeiro lugar de gás de ar e, em seguida, os fluxos dos reservatórios para a câmara de combustão. A ignição da mistura produz um aumento abrupto de pressão que força a abertura de uma válvula para a turbina. O fluxo de gases de combustão para fora e acelerar no bico, pois eles, em seguida, desistir de sua energia cinética do rotor e sair pelo escapamento para a atmosfera. A válvula ao rotor fecha tão lentamente que o ar que flui de novo pode lavar a câmara de combustão e arrefecer o rotor.
- Vídeo Primeiramente, o ar em condição ambiente passa pelo compressor, onde ocorre compressão adiabática e isentrópica, com aumento de temperatura e conseqüente aumento de entalpia. Comprimido, o ar é direcionado às câmaras, onde mistura-se com o combustível possibilitando queima e aquecimento, à pressão constante. Ao sair da câmara de combustão, os gases, à alta pressão e temperatura, se expandem conforme passam pela turbina, idealmente sem variação de entropia. Na medida em que o fluido exerce trabalho sobre as palhetas, reduzem-se a pressão e temperatura dos gases, gerando-se potência mecânica. A potência extraída através do eixo da turbina é usada para acionar o compressor e eventualmente para acionar outra máquina.
- Vídeo No eixo estão ligados a turbina e o compressor, então quando giramos um, o outro também gira. Durante a partida, inicialmente, a turbina necessita de um sistema de arranque para pôr o compressor em funcionamento. Assim que este alcança uma dada velocidade, o ar atmosférico é aspirado, comprimido e conduzido à câmara de combustão, onde é misturado ao combustível (líquido ou gasoso). A energia resultante da combustão libera gases quentes que se expandem através da turbina, produzindo energia mecânica. A estabilidade da combustão, bem como a temperatura na seção da turbina, é mantida através do controle da relação ar/combustível. O ar atmosférico captado pelo compressor é comprimido e direcionado para o combustor. Após passar pelo combustor a temperatura se eleva, devido à queima do gás. Em seguida a mistura é direcionada para o acionamento da turbina, a pressão é reduzida à pressão atmosférica e a temperatura também é reduzida. A turbina a gás tem uma rotação mínima para funcionamento, abaixo da qual não consegue manter seu ciclo. Essa rotação mínima é muito maior que a rotação de um motor a combustão interna usual, e as rotações máximas são muito mais do que isso, dificultando o uso da força diretamente no eixo. Se uma turbina estiver operando isoladamente (ciclo simples), como nas aeronaves, sua eficiência térmica é baixa, da ordem de 34%, ou seja, cerca de 66% do calor gerado pela queima do combustível é perdido nos gases de exaustão.
- Já explicado anteriormente no ciclo brayton Fechado - O fluido de trabalho permanece no sistema. Para isso, o combustível é queimado fora do sistema, utilizando-se um trocador de calor para fornecer a energia da combustão ao fluido de trabalho. • Aberto - Quando o fluido de trabalho não retorna ao início do ciclo. O ar, retirado da atmosfera, é comprimido, levado à câmara de combustão onde, juntamente com o combustível, recebe uma faísca, provocando a combustão da mistura. Os gases desta combustão então expandem-se na turbina, fornecendo potência à mesma e ao compressor, e, finalmente, saem pelo bocal de exaustão.
- O conjunto da turbina a gás, para um ciclo aberto, é formado por várias câmaras de combustão (de 2 a 6), possuindo cada uma o seu injetor. Esta disposição assegura uma melhor utilização do combustível e permite maior flexibilidade de funcionamento. O volume da câmara de combustão é pequeno em relação à taxa de calor liberada porque a combustão é realizada a pressões elevadas. Em turbinas aeronáuticas este volume pode ser de apenas 5% do volume necessário em uma caldeira, por exemplo, com a mesma taxa de liberação de calor.
- A turbina a gás tem seu desempenho afetado pela variação da vazão da massa de ar que o compressor comprime, pela relação de compressão em que a máquina opera e a temperatura limite de operação (temperatura do gás que entra na turbina).
- O professor pediu uma comparação entre turbina a gás e vapor turbina a vapor- Vantagens das turbinas a vapor • Utilização de vapor a alta pressão e alta temperatura; • Alta eficiência; • Alta relação potência/tamanho; • Operação suave, quase sem vibração; • Não há necessidade de lubrificação interna; • Vapor na saída sem óleo. Desvantagens das turbinas a vapor • É necessário um sistema de engrenagens para baixas rotações; • A turbina a vapor não pode ser feita reversível; • A eficiência de turbinas a vapor simples pequenas é pobre.