Descreva a combustão em um combustor de uma turbina a gás. Quais os tipos mais comuns de combustores? Porque se utiliza queima pobre nestes equipamentos?
material de aula.
material de aula.
Passo 1
Beleza, aqui a gente tem que:
- Descrever como rola a combustão dentro do combustor de uma turbina a gás;
- Listar os tipos mais comuns de combustores;
- Explicar por que a gente usa queima pobre (isto é, com excesso de ar) nesse equipamento.
O conteúdo é de termodinâmica/combustão de turbinas a gás e vai envolver noções de mistura ar-combustível, reação química e controle de emissões (principalmente NOₓ).
Passo 2
Entendendo o processo de combustão na turbina a gás
– Primeiro, o compressor entrega ar comprimido (bem quente e sob alta pressão) pro combustor.
– Aí injetamos o combustível (natural, querosene, etc.) e fazemos a mistura ar+combustível.
– Essa mistura é inflamada por uma vela ou ignitor e inicia a reação química:
– Primeiro, o compressor entrega ar comprimido (bem quente e sob alta pressão) pro combustor.
– Aí injetamos o combustível (natural, querosene, etc.) e fazemos a mistura ar+combustível.
– Essa mistura é inflamada por uma vela ou ignitor e inicia a reação química:
– A energia liberada aumenta muito a temperatura dos gases (até cerca de 1.400–1.700 °C).
– Esses gases quentes passam pela turbina, gerando trabalho mecânico que gira o eixo.
– Esses gases quentes passam pela turbina, gerando trabalho mecânico que gira o eixo.
Passo 3
Quais os tipos mais comuns de combustores
- Can (tubulares):
– Várias “panelas” (cans) em volta do eixo. Cada can funciona parcialmente isolado.
– Fácil manutenção (troca de um can de cada vez). - Annular (anelar):
– Câmara contínua em forma de anel ao redor do eixo.
– Mais leve e compacto, fluxo mais uniforme. - Can-Annular:
– Combina can + annular: conjuntos de cans dentro de um anel externo.
– Mistura robustez (manutenção) e uniformidade de fluxo. - Silo ou silo-jet (menos comum em grandes turbinas):
– Forma de cone/silo, usado em motores menores ou experimentais.
Passo 4
Por que se usa queima pobre
– Definição de queima pobre: razão ar/combustível maior que a estequiométrica (tem mais ar sobrando).
– Vantagem principal: temperatura de chama menor.
• A formação de NOₓ (óxidos de nitrogênio) via mecanismo Zeldovich é fortemente dependente da temperatura (quanto mais quente, mais NOₓ).
• Com chama mais fria, a taxa de formação de NOₓ cai dramaticamente.
– Apesar de você gastar um pouco mais de ar (e ter eficiência térmica levemente menor), o benefício ambiental (menos NOₓ) e a conformidade com normas de emissão compensam de longe.
– Definição de queima pobre: razão ar/combustível maior que a estequiométrica (tem mais ar sobrando).
– Vantagem principal: temperatura de chama menor.
• A formação de NOₓ (óxidos de nitrogênio) via mecanismo Zeldovich é fortemente dependente da temperatura (quanto mais quente, mais NOₓ).
• Com chama mais fria, a taxa de formação de NOₓ cai dramaticamente.
– Apesar de você gastar um pouco mais de ar (e ter eficiência térmica levemente menor), o benefício ambiental (menos NOₓ) e a conformidade com normas de emissão compensam de longe.
Resposta
A combustão na turbina a gás consiste em misturar ar comprimido e combustível, inflamar a mistura no combustor e gerar gases quentes que acionam a turbina. Os tipos mais comuns de combustores são:
• Can (múltiplos tubos independentes)
• Annular (câmara anelar contínua)
• Can-Annular (combinação dos dois)
• Silo (conicidade especial em alguns casos)
• Can (múltiplos tubos independentes)
• Annular (câmara anelar contínua)
• Can-Annular (combinação dos dois)
• Silo (conicidade especial em alguns casos)
Adota-se queima pobre (excesso de ar) para reduzir a temperatura de chama e, consequentemente, minimizar a formação de óxidos de nitrogênio (NOₓ), atendendo às exigências de emissão sem comprometer demais a performance.