Coisas que você precisa saber sobre turbina a gás

A turbina a gás tem sido usada desde 1939 para geração de eletricidade. Hoje, é uma das tecnologias de geração de energia mais utilizadas. Turbinas a gás são conhecidas por serem motores de combustão interna (IC) que permitem que misturas ar-combustível produzam gases quentes que giram uma turbina para produzir energia. O processo é comum em motores a jato, motores de combustão interna de automóveis, navios, locomotivas, etc.



Hoje você conhecerá a definição, aplicações, função, componentes, diagrama, tipos e princípios de funcionamento de uma turbina a gás. Você também conhecerá as vantagens e desvantagens desta turbina a gás.

O que é uma turbina a gás?

Uma turbina a gás é um dispositivo mecânico que transforma a energia química de um combustível, ou seja, gás natural ou combustível similar em energia mecânica. A energia mecânica gerada pelo eixo da turbina é então transferida através de uma caixa de engrenagens para o eixo do gerador. Assim, a energia elétrica é gerada. As turbinas a gás não são assim chamadas por causa do combustível, mas pela produção de gás quente durante a combustão do combustível. Diferentes combustíveis, incluindo óleos combustíveis, gás natural e combustíveis sintéticos, podem ser utilizados. Em seu processo, a combustão ocorre de forma intermitente, ou seja, é um processo contínuo.

Uma turbina a gás também é chamada de turbina de combustão e é um tipo de motor de combustão interna e contínua. Seus principais elementos funcionais incluem um compressor de gás rotativo a montante, um combustor, uma turbina a jusante no mesmo eixo do compressor. Um componente é frequentemente usado em turbinas a gás para aumentar sua eficiência e converter energia em forma mecânica ou elétrica. Também ajuda a obter uma maior relação empuxo-peso em um motor de pós-combustão.

Além disso, pode-se dizer que uma turbina a gás é um motor de combustão interna que usa gás como fluido de trabalho para girar uma turbina. A potência final pode ser usada para acionar uma bomba geradora, hélice ou, no caso de um motor de avião a jato puro.

Aplicações de uma turbina a gás

Uma turbina a gás pode ser usada para alimentar aeronaves, trens, navios, geradores elétricos, bombas, compressores de gás, tanques, etc. Agora vamos aprofundar as várias aplicações de uma turbina a gás.

• Geração de energia elétrica – Além da aviação, as indústrias de energia elétrica utilizam amplamente as turbinas a gás. Embora as turbinas a vapor também possam ser usadas.
• Usos industriais
• Propulsão marítima
• Propulsão de locomotivas
• Propulsão automotiva

Os motores de turbina a gás são usados ​​como plantas de “pico de carga” de tamanho médio para funcionar de forma intermitente durante curtos períodos de alta demanda de energia em um sistema elétrico.

As turbinas a gás são usadas para bombear gás natural através de dutos, onde uma pequena parte do gás bombeado é usada como combustível da turbina.

O processo de refino de petróleo também faz uso desse sistema. Pequenas turbinas a gás portáteis com compressores centrífugos são usadas para operar bombas.

Observação :a principal função de uma turbina a gás é produzir energia mecânica e elétrica.

Componentes da turbina a gás

Abaixo estão os componentes de uma turbina a gás:

Compressor:

O compressor utilizado como componente da turbina a gás é de diferentes tipos, os primeiros empregavam compressores centrífugos. Seu design é relativamente simples e barato. Eles são limitados a relações de baixa pressão e não podem ser comparados com compressores modernos de fluxo axial quando se trata de eficiência. compressores centrífugos ainda hoje são empregados em pequenas unidades industriais.

Câmara de combustão:

Neste sistema, existem duas correntes de ar provenientes do compressor. O fluxo menor é alimentado centralmente em uma região onde o combustível atomizado é injetado e queimado com uma chama mantida no lugar por uma obstrução geradora de turbulência. O outro fluxo, conhecido como fluxo mais frio, é então alimentado na câmara através de orifícios junto com um “revestimento de combustão” (uma espécie de concha). Isso ajuda a reduzir a temperatura geral para um nível adequado para a entrada da turbina.

Turbina:

Esses componentes da turbina a gás são normalmente baseados no princípio de reação com os gases quentes se expandindo por até oito estágios. Ele usa turbinas de um ou dois carretéis. Nesta turbina a carga externa é acionada, parte da expansão ocorre em uma turbina de alta pressão. Esta turbina de alta pressão aciona apenas o compressor, enquanto a expansão restante ocorre em uma turbina separada e livre conectada à carga.

Controle e inicialização:

Um motor de turbina a gás aciona um gerador elétrico, a velocidade deve ser controlada e deve ser constante, independentemente da carga elétrica. Reduzir o fluxo de combustível neste sistema diminuirá a temperatura de saída da câmara de combustão. Por causa disso, a queda de entalpia disponível para a turbina, mesmo que a eficiência da turbina seja ligeiramente reduzida. O controle em motores de turbina a gás de aeronaves é mais difícil de controlar.

Outras considerações de design:

Com os designs dos motores modernos de turbina a gás, podem ser adicionadas peças funcionais extras para melhorar sua eficiência.

Diagrama do motor de turbina a gás:

Tipos de turbina a gás

Abaixo estão os vários tipos de turbina a gás que existem:

Turbojato:

Esses tipos de turbinas a gás são menos complexos do que todos os motores de turbina de aeronaves. Em seu funcionamento, quatro seções são alcançadas:compressor, seção da turbina da câmara de combustão e exaustão. Os turbojatos estão disponíveis há décadas, desenvolvidos na Alemanha e na Inglaterra antes da Segunda Guerra Mundial. Nos tipos turbojato de turbina a gás, o ar é passado em alta velocidade para a câmara de combustão. Esta câmara permite a entrada de combustível e contém um ignitor. A turbina é acionada pelo ar em expansão, que é impulsionado pelos gases de exaustão acelerados.

Turboélice:

Nos tipos turboélice de motores de turbina a gás, as hélices são acionadas por meio de uma engrenagem de redução, que fornece um desempenho ideal da hélice em velocidades de rpm mais baixas. Isso ajuda a obter maior eficiência de combustível e desempenho em velocidades mais baixas, tornando os turboélices uma escolha melhor para motores de aeronaves, incluindo pequenas aeronaves de passageiros, aviões de carga e uso agrícola. Observe que as hélices são menos eficientes à medida que a velocidade da aeronave aumenta, tornando-as adequadas para aviões que não viajam em velocidades mais altas.

Turbofan:

Turbofan é um motor de turbina de aeronave que desvia um fluxo secundário de ar ao redor da câmara de combustão, criando confiança adicional. Os tipos turbofan de motores de turbina a gás são versões modernas encontradas em aviões de combate e transporte de alta velocidade.

Turboshaft (turbojato pós-combustão):

Esses tipos de motores de turbina a gás são usados ​​predominantemente em caças. Ele inclui um pós-combustor em um turbojato central para que parte da energia do escapamento possa ser usada para girar a turbina. Combustível adicional é injetado no fluxo de exaustão sempre que o pós-combustor está ligado, produzindo impulso extra. Isso não produz velocidade adicional para a aeronave e queima mais combustível do que as aeronaves turbojato tradicionais.

Princípio de funcionamento da turbina a gás

O funcionamento de uma turbina a gás é menos complexo e pode ser facilmente compreendido. Opera com ciclo de admissão, compressão, expansão e exaustão. Normalmente, em qualquer turbina a gás, o ar é comprimido por um compressor e então conduzido através de uma câmara de combustão. O combustível é continuamente queimado para processamento de gás de alta temperatura e alta pressão. O ar/gás combustível é queimado (inflamado) e a expansão ocorre, portanto, gerando energia rotativa que é utilizada pelo compressor no estágio anterior. A energia restante é usada por um eixo de saída.

Assista abaixo para saber mais sobre o funcionamento da turbina a gás:

https://www.youtube.com/watch?v=t7N1kKz5faM

Em poucos passos, deixe-me explicar como as turbinas a gás produzem eletricidade. Bem, ele passa pelo mesmo processo mencionado acima, mas ainda precisa esclarecer como a eletricidade é criada. Para que a eletricidade seja gerada, a turbina a gás aquece a mistura ar/combustível a temperaturas muito altas, fazendo com que as pás da turbina girem. A turbina giratória aciona um gerador que converte a energia em eletricidade. Turbinas a gás podem ser combinadas com turbinas a vapor, em uma usina de ciclo combinado para gerar energia extremamente eficiente. Fácil né! Aqui estão os passos:

• A mistura ar-combustível inflama.
• Gás quente gira as lâminas das turbinas.
• O eixo de transmissão gira junto com as lâminas.
• A rotação da turbina alimenta o gerador.
• O ímã do gerador faz com que os elétrons se movam e cria eletricidade.

Vantagens e desvantagens da turbina a gás

Vantagens:

Abaixo estão os benefícios do motor de turbina a gás em suas diversas aplicações:

• A relação potência/peso é muito alta em comparação com os motores alternativos.
• Menor do que a maioria dos motores alternativos com a mesma potência.
• Menos partes móveis
• Rotação suave do eixo principal
• Menos vibração do que motores alternativos.
• O calor residual é dissipado quase inteiramente no escapamento.
• O baixo pico de combustão pressiona os motores alternativos.
• Baixo custo e consumo de óleo lubrificante.
• Uma variedade de combustíveis pode ser usada para operação.
• Não é necessário aquecimento após o início.
• O custo inicial é menor.
• Requer menos espaço.

Desvantagens:

Apesar das boas vantagens dos motores de turbina a gás, ainda ocorrem algumas limitações. Abaixo estão as desvantagens de uma turbina a gás em suas diversas aplicações.

• O custo do motor é alto devido a materiais exóticos.
• Inicialização mais longa
• Menos responsivo a mudanças na demanda de energia.
• A eficiência inerente é menor.

Conclusão

Os motores de turbina a gás são amplamente conhecidos para aplicações de aviação, de fato, os vários tipos de turbinas listados acima são usados ​​na aviação. A turbina a gás oferece bons benefícios na maioria das situações e utiliza energia química para seu funcionamento. Isso é tudo para este artigo, onde explicamos a definição, aplicações, função, componentes, diagrama, tipos e funcionamento de uma turbina a gás. Também discutimos suas vantagens e desvantagens.

Espero que tenham gostado da leitura, se sim, compartilhem com outros alunos. Obrigado por ler, até a próxima!