Atps Maquinas Termicas 2

Etapa 1

TURBINAS A GÁS

Ao contrário de outros acionadores, a história do desenvolvimento das turbinas a gás foi bastante longa e difícil.

A instalação térmica a vapor, por exemplo, foi relativamente fácil para projetar e construir, porque muito pouca energia é necessária para introduzir a água na caldeira, pouca sofisticação é necessária para vaporizar a água e o vapor produzido certamente gerará mais potência do que a consumida pela bomba de alimentação de caldeira.

Turbinas a gás que por limitações metalúrgicas não podem usar temperaturas tão elevadas no início da expansão dos gases, precisam para produzir um saldo de potência positivo que os processos de compressão e expansão sejam eficientes. Por muitas décadas as perdas particularmente no compressor, foram tão altas, que não permitiram um saldo de potência positivo para as temperaturas que os materiais na época suportavam.

A primeira turbina a gás operacionalmente bem sucedido foi produzida na França, por Charles Lemale em 1901. Os desenvolvimentos posteriores desta turbina permitiram que em 1906 fosse produzida uma turbina com rendimento térmico de apenas 4,5 %.

A segunda turbina a gás que teve sucesso parcial foi a proposta por Hans Holzwarth em 1906-1908 e construída em 1908-1913 por Brown Boveri.

Nas duas primeiras décadas deste século registraram-se algumas outras tentativas malsucedidas no sentido de produzir uma turbina a gás operacional.

Os esforços que resultaram no sucesso da turbina a gás moderna começaram entre 1927 e 1936 por meio de trabalhos paralelos e independentes de diferentes pessoas.

COMPARAÇÕES ENTRE CICLO COM TURBINA A VAPOR E CICLO COM TURBINA A GÁS

- CLASSIFICAÇÃO DAS TURBINAS INDUSTRIAIS

As turbinas a gás industriais podem ser classificadas em dois grupos:

- Não aeroderivativas

- Aeroderivativas

Comparativo

- Turbina a gás - Vantagens:

•Possui pequeno peso e volume;

•Possui versatilidade;

•Ocupam pouco espaço em relação às demais máquinas térmicas;

•Pode ser utilizado em regiões onde não há abundância de água, o que não é possível com a turbina a vapor.

Por não possuírem movimentos alternativos, possuem vantagens sob os motores alternativos, pois praticamente não possuem problemas de balanceamento e possuem baixo consumo de óleo lubrificante;

Possuem vantagens sob as turbinas a vapor, pois não necessitam de fluido refrigerante.

Possuem duas vantagens sob os motores dieseis: têm uma ótima relação potência/peso, se comparadas a motores de pistão; são menores do que um motor de pistão com mesma potência;

- Desvantagens de uma turbina a gás

* Possuem rendimento baixo;

* Comparadas a motores de pistão de mesmo tamanho, são caras;

* São de difícil projeto;

* Operam a altas temperaturas;

* Tendem a consumir mais combustível quando estão em marcha lenta e preferem uma carga constante à variável 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.

PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO

Motores térmicos são máquinas usualmente projetadas para transformar a maior parcela possível da energia liberada pela queima de um combustível em trabalho no eixo.

A queima de um combustível em um espaço aberto produziria apenas calor.

A transferência da energia liberada pela queima de um combustível em um motor térmico para o eixo de saída é obtida pelo uso apropriado de um fluído de trabalho gasoso, normalmente o ar, que é obrigado a escoar através da máquina.

A maneira usual de tratar o fluído de trabalho é o ciclo termodinâmico composto pelas fases de admissão, compressão, aquecimento, expansão e descarga.

Em um motor alternativo, estes processos são realizados sequencialmente em um mesmo espaço fechado, formado entre o pistão e o cilindro onde atua intermitentemente uma quantidade definida de massa.

Ao contrário, em uma turbina a gás, o fluido de trabalho escoa sem interrupção, passando continuamente em cada componente que possui uma função específica para este fim.

O arranjo básico de uma turbina a gás de ciclo simples é mostrado abaixo. O compressor tem como função conduzir o fluído de trabalho até o aquecimento.

O fluído é aquecido por combustão interna num ciclo aberto, ou por troca de calor com uma fonte externa em um ciclo fechado.

A turbina é acionada pela expansão do fluído de trabalho comprimido e aquecido e tem como função, além de acionar o compressor, produzir um saldo positivo de potência no eixo, que pode ser usado para acionar uma carga qualquer.

FATORES QUE INFLUENCIAM A PERFORMANCE

A turbina a gás tem sua performance afetada pela variação da vazão mássica 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).

Daí, os fatores que influenciam a performance