Ciclo Brayton

Ciclo Brayton

O ciclo Brayton é o ciclo de funcionamento de uma turbina a gás. A figura seguinte mostra o ciclo Brayton de circuito aberto, que é utilizado na maioria das turbinas a gás.

Entre 1 e 2 o ar é comprimido por um compressor tipo axial (processo adiabático), tornando a pressão interna na turbina maior que a pressão externa. Ao passar pelo queimador ou câmara de combustão (de 2 a 3), o ar se expande devido ao fornecimento de calor pelo processo de combustão. Isso ocorre supostamente sob pressão constante (processo isobárico) porque a forma construtiva da câmara oferece pouca resistência ao fluxo, mas há um considerável aumento no volume dos gases. O ar aquecido pela combustão movimenta a turbina (processo adiabático) de 3 a 4. Saindo da turbina, o ar troca calor com o ambiente (processo isobárico).

O diagrama da figura acima não corresponde ao modo construtivo real. Normalmente há vários queimadores dispostos em círculo entre o compressor e a turbina. Este ciclo também é conhecido como Ciclo de Joule.

Relembrando:

• Adiabático – conhecido também como isoentrópico, ocorre quando não há troca de calor, e a entropia se mantém constante.

• Isotérmico – é um processo que ocorre com a temperatura constante.

• Isobárico – quando a pressão se mantém constante.

• Politrópico – todas as propriedades envolvidas na transformação se modificam.

Entre os pontos 2 e 3 temos uma expansão com pressão constante (isobárico). E a relação entre o calor fornecido e as temperaturas extremas deve ser:

Onde:

q23, calor fornecido;

cp, calor específico com pressão constante;

T, temperatura nos pontos 2 e 3 respectivamente.

Entre 4 e 1 temos um processo também isobárico. E a relação é similar:

Onde:

q41, calor cedido;

cp, calor específico com pressão constante;

T, temperatura nos pontos 1 e 4 respectivamente.

Para a determinação da eficiência, pode se usar a seguinte formula:

Onde:

h, eficiência ou rendimento;

w, trabalho;

qc e qf são respectivamente as quantidades de calor cedida e fornecida (q41 e q23 neste caso).