Existem dois tipos de ciclo aberto e ciclo fechado de turbina a gás. O ciclo termodinâmico usado em uma turbina a gás é o Ciclo de brayton
O ar é usado como fluido de trabalho no ciclo de Brayton. O compressor pressuriza o ar e depois o deixa acender borrifando combustível sobre ele. O gás de alta temperatura gerado é expandido ainda mais na turbina a gás para produção líquida de trabalho.
O ciclo de Brayton consiste em quatro processos significativos dados na tabela abaixo,
| Processo 1-2 | Compressão isentrópica (no compressor) |
| Processo 2-3 | Adição de calor de pressão constante (na câmara de combustão) |
| Processo 3-4 | Expansão isentrópica (na turbina) |
| Processo 4-1 | Rejeição de calor de pressão constante (exaustão) |
No ciclo da turbina a gás, o ciclo amplamente utilizado é uma turbina a gás de ciclo fechado. Existem poucos métodos empregados para aumentar o desempenho do ciclo. A usina de turbina a gás pode fornecer potência de saída rápida em comparação com usinas termelétricas a carvão.
Componentes do ciclo da turbina a gás
Existem quatro componentes principais do ciclo da turbina a gás. Os componentes adicionais são usados para aumentar o desempenho
- 1. Compressor
- 2. Câmara de combustão ou combustor
- 3. turbina
- 4. Condensador
- 5. Regenerador permutador de calor
- 6. Intercooler
- 7. Reaquecedor
A função de cada componente é predefinida no ciclo da turbina a gás. Em uma turbina a gás de ciclo aberto, o ar atmosférico é comprimido por um compressor. A temperatura do ar é elevada o suficiente para inflamar o combustível no combustor. Após a combustão, o gás de alta temperatura é fornecido à turbina. A pá da turbina está girando devido à expansão desse gás. O eixo da turbina é girado com saída constante.
A turbina a gás de ciclo fechado funciona segundo o princípio do ciclo de Brayton (ciclo de Joule). Em um ciclo de turbina a gás, o tipo de compressor usado é rotativo para pressurizar o ar isentropicamente. Este ar de alta pressão é fornecido ao Combustor. No combustor, a temperatura do ar é elevada a pressão constante. Existem dois tipos de combustores disponíveis para turbinas a gás.
1) Tipo radial ou anular 2) Tipo pode
O ar aquecido do combustor é deixado se expandir na turbina para geração de energia. O gerador elétrico é usado com uma turbina para transferir energia mecânica na energia elétrica.
O processo de expansão é realizado com entropia constante (isentrópico). Após a expansão, o gás está sendo resfriado no condensador. O condensador é um tipo de trocador de calor com água como refrigerante.
O gás resfriado está novamente chegando ao compressor. Este processo será repetido continuamente para geração de energia constante.
Ciclo de turbina a gás com regenerador
O regenerador é um dos métodos adequados para aumentar a eficiência do ciclo da turbina a gás.
O trocador de calor de contrafluxo (regenerador) é utilizado para trocar calor dos gases de exaustão da turbina para o ar pressurizado que sai do compressor.
A energia térmica do ciclo da turbina a gás é aumentada devido à reutilização do calor de exaustão. Podemos dizer que a regeneração diminui o combustível necessário (reduzindo a entrada de calor). O método de regeneração pode aumentar a eficiência térmica da turbina a gás planta na faixa de 35 a 40%. O regenerador causa uma pequena perda de pressão no sistema. A saída de energia diminuiu ligeiramente devido à perda de pressão.
Embora o custo e a manutenção do ciclo de regeneração sejam necessários, o benefício geral é mais provável. Comparado ao custo do combustível, o ciclo da turbina a gás de regeneração é altamente benéfico.
Exemplo prático de uma turbina a gás de ciclo fechado
A turbina a gás de ciclo fechado tem o potencial de fornecer energia rápida e contínua, utilizando as seguintes fontes de aquecimento.
- Combustível fóssil
- A energia da biomassa
- Energia solar (energia solar concentrada)
- Fonte de energia nuclear
- Recuperação de calor residual
- A energia geotérmica
- Fonte de energia híbrida
- Combustível renovável
O ciclo da turbina a gás pode ser batido com qualquer fonte de aquecimento listada acima. Os outros componentes como compressor, turbina e condensador no ciclo da turbina a gás permanecem os mesmos. A fonte de aquecimento pode ser variada dos exemplos acima de acordo com a necessidade de potência e energia. O combustível amplamente utilizado para uma turbina a gás é o gás natural ou GLP (gás liquefeito de petróleo). Esses gases naturais são bem conhecidos por serem utilizados devido às suas propriedades de combustão e pureza. O 400 GE semelhante a uma turbina está operando com nafta, óleo cru ou combustível pesado.
A tecnologia atual também se concentra na redução das emissões de carbono. A turbina movida a hidrogênio foi desenvolvida para reduzir a poluição. Como sabemos, o hidrogênio tem um vasto potencial para energia futura. Esta turbina é flexível para ser utilizada em usinas já existentes e novas para reduzir as emissões.
Intercooler e reaquecimento em um ciclo de turbina a gás
O Intercooling e o reaquecimento é um arranjo adicional ao ciclo da turbina a gás.
O ar é resfriado entre dois estágios de compressão no resfriamento interno. Este processo pode reduzir o trabalho de compressão e a saída do ciclo da turbina a gás. No reaquecimento, o gás de combustão quente da turbina é novamente reaquecido para se expandir em outra turbina.
O reaquecimento é superior para aumentar o trabalho da turbina. O reaquecimento e o resfriamento interno são métodos para melhorar a produção de energia específica e a eficiência térmica do ciclo da turbina a gás.
Perguntas Frequentes:
Por que intercoolers são usados nos compressores?
O intercooler é um componente valioso entre os estágios dos compressores.
Em vários estágios do compressor, a alta temperatura do gás do primeiro estágio pode reduzir o desempenho do segundo estágio do compressor.
O intercooler é instalado entre os dois estágios do compressor. O ar quente do primeiro estágio é resfriado no intercooler e então fornecido para a compressão do segundo estágio.
A alta temperatura ocupa mais volume do compressor devido à maior distância intermolecular. A função deste dispositivo é diminuir esse volume. A redução do volume é mais benéfica para o aumento da pressão.
Durante o resfriamento interno, os vapores de água são formados devido ao resfriamento do ar. É necessário separar os vapores de água do ar. Também é uma função principal do intercooler fornecer ar seco para o segundo estágio.
Sou Deepak Kumar Jani, estou fazendo doutorado em Energia Mecânica-Renovável. Tenho cinco anos de docência e dois anos de experiência em pesquisa. Minha área de interesse é engenharia térmica, engenharia automobilística, medição mecânica, desenho de engenharia, mecânica de fluidos, etc. Eu registrei uma patente sobre “Hibridização de energia verde para produção de energia”. Publiquei 17 artigos de pesquisa e dois livros.
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