Ciclo Brayton

AULA 2 – CICLO BRAYTON

MODELAGEM MATEMÁTICA

2.1 Modelando instalações de potência com turbinas a gás

As instalações de potência com turbina a gás podem operar tanto de um modo aberto como fechado. O modo aberto retratado na Figura 2.1a é mais comum. Trata-se de um motor no qual ar atmosférico é continuamente arrastado para um compressor, onde é comprimido até uma pressão mais elevada. O ar então entra em uma câmara de combustão, ou combustor, onde é misturado com combustível, e a combustão ocorre, resultando em produtos de combustão a uma temperatura elevada. Os produtos da combustão se expandem através da turbina e são, em seguida, descarregados nas vizinhanças. Parte do trabalho produzido é utilizado para acionar o compressor; o restante fica disponível para gerar eletricidade, para impulsionar um veículo ou para outros propósitos.

Figura 2.1 – Turbinas a gás simples. (a) Aberta para a atmosfera. (b) Fechada.
Fonte: Moran, M. J. e Shapiro, H. N., 2002.

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No sistema ilustrado na Figura 2.1b, o fluido de trabalho recebe um aporte de energia por transferência de calor de uma fonte externa, por exemplo um reator nuclear resfriado a gás. O gás que deixa a turbina escoa através de um trocador de calor, onde é resfriado antes de entrar novamente no compressor. Uma idealização frequentemente utilizada no estudo de instalações de potência com turbinas a gás é a de uma análise de ar-padrão. Na análise de arpadrão duas hipóteses são formuladas: (1) o fluido de trabalho é o ar, o qual se comporta como um gás ideal, e (2) o aumento de temperatura que resultaria da combustão é realizado através de uma transferência de calor de uma fonte externa. Com uma análise de ar-padrão evitamos tratar a complexidade do processo de combustão e a mudança de composição durante a combustão.
Uma análise de ar-padrão frio simplifica consideravelmente o estudo de instalações de potência de turbinas a gás. Porém, os valores numéricos calculados desta forma podem fornecer apenas indicações