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 de Brayton – diagrama pV, Ts
O ciclo de Brayton é frequentemente plotado em um diagrama de volume de pressão ( diagrama pV ) e em um diagrama de temperatura-entropia ( diagrama Ts ).
Quando plotados em um diagrama de volume de pressão , os processos isobáricos seguem as linhas isobáricas do gás (as linhas horizontais), os processos adiabáticos se movem entre essas linhas horizontais e a área delimitada pela trajetória completa do ciclo representa o trabalho total que pode ser feito durante uma operação. ciclo.
O diagrama de temperatura-entropia ( diagrama Ts) no qual o estado termodinâmico é especificado por um ponto em um gráfico com entropia (s) específica (s) como eixo horizontal e temperatura absoluta (T) como eixo vertical. Os diagramas Ts são uma ferramenta útil e comum, principalmente porque ajuda a visualizar a transferência de calor durante um processo. Para processos reversíveis (ideais), a área sob a curva Ts de um processo é o calor transferido para o sistema durante esse processo.
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