Ciclo de Brayton – Motor de turbina
Em 1872, um engenheiro americano, George Bailey Brayton, avançou no estudo de motores térmicos, patenteando um motor de combustão interna de pressão constante, inicialmente usando gás vaporizado, mas posteriormente usando combustíveis líquidos, como o querosene. Esse mecanismo térmico é conhecido como ” Motor Brayton’s Ready “ . Isso significa que o motor Brayton original usava um compressor de pistão e um expansor de pistão em vez de uma turbina a gás e um compressor de gás.
Hoje, os modernos motores de turbina a gás e os motores a jato de respiração também são motores de calor com pressão constante; portanto, descrevemos sua termodinâmica pelo ciclo de Brayton . Em geral, o ciclo de Brayton descreve o funcionamento de um motor térmico de pressão constante .
É um dos ciclos termodinâmicos mais comuns que podem ser encontrados em usinas de turbinas a gás ou em aviões. Ao contrário do ciclo de Carnot , o ciclo de Brayton não executa processos isotérmicos , porque estes devem ser realizados muito lentamente. Em um ciclo de Brayton ideal , o sistema que executa o ciclo passa por uma série de quatro processos: dois processos isentrópicos (adiabáticos reversíveis) alternados com dois processos isobáricos.
Como o princípio de Carnot afirma que nenhum motor pode ser mais eficiente que um motor reversível ( um motor a quente Carnot ) operando entre os mesmos reservatórios de alta temperatura e baixa temperatura, uma turbina a gás baseada no ciclo de Brayton deve ter uma eficiência mais baixa que a eficiência de Carnot.
Uma grande turbina a gás de ciclo único normalmente produz, por exemplo, 300 megawatts de energia elétrica e tem 35 a 40% de eficiência térmica. As modernas instalações de turbinas a gás de ciclo combinado (CCGT), nas quais o ciclo termodinâmico consiste em dois ciclos de usinas de energia (por exemplo, o ciclo de Brayton e o ciclo de Rankine), podem atingir uma eficiência térmica de cerca de 55%.
Ciclo Ericsson
O ciclo da Ericsson é nomeado em homenagem ao inventor sueco-americano John Ericsson , que projetou e construiu muitos motores térmicos exclusivos com base em vários ciclos termodinâmicos. Ele é creditado por ter inventado dois ciclos únicos de motores térmicos e pelo desenvolvimento de motores práticos com base nesses ciclos.
Seu primeiro ciclo termodinâmico “ o primeiro ciclo da Ericsson ” agora é chamado de “ciclo de Brayton”; na verdade, é o ciclo de Brayton fechado, que é comumente aplicado aos modernos motores de turbina a gás de ciclo fechado.
Ericsson Cycle vs Brayton Cycle
O segundo ciclo da Ericsson é o que agora é chamado de ciclo da Ericsson. O segundo ciclo da Ericsson é semelhante ao ciclo de Brayton, mas usa calor externo e incorpora o uso múltiplo de um inter – resfriamento e reaquecimento . De fato, é como um ciclo de Brayton com um número infinito de estágios de reaquecimento e intercooler no ciclo. Comparado ao ciclo de Brayton, que usa compressão e expansão adiabática , um ciclo ideal da Ericsson consiste em compressão e expansão isotérmicaprocessos combinados com a regeneração de calor isobárico entre eles. A aplicação de inter-resfriamento, regeneração de calor e combustão seqüencial aumenta significativamente a eficiência térmica de uma turbina; de fato, a eficiência térmica do ciclo Ericsson ideal é igual à eficiência de Carnot.
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