Descreva as principais perdas e irreversibilidades presentes em uma turbina a gás. material de aula.
Passo 1
Opa! Então o exercício tá pedindo: “Descreva as principais perdas e irreversibilidades presentes em uma turbina a gás.” Isso é um tema de Termodinâmica e Máquinas Térmicas. Pra responder vamos precisar lembrar do que gera irreversibilidade (gera entropia) em sistemas reais e olhar cada parte da turbina a gás (combustor, pás, folgas etc.).
Passo 2
Antes de listar as perdas, vale entender o conceito de irreversibilidade.
- Irreversibilidade significa geração de entropia além daquela que seria reversível.
- Em geral usamos a 2ª Lei:
Tudo que aumentaé perda (exergia destruída).
Passo 3
Agora vamos ver as fontes de perdas numa turbina a gás:
- Perdas aerodinâmicas
- Atrito no escoamento das pás (camada limite), turbilhonamento, choques em velocidades mais altas.
- Gera entropia porque o processo não é um escoamento ideal.
- Folgas e vazamentos
- Entre as pontas das pás (tip clearance) e vedação nos eixos.
- Parte do fluido “escapa” sem fazer trabalho, desperdiçando energia.
- Desuniformidade de fluxo
- Diferenças de velocidade e pressão no alívio do escoamento entre um estágio e outro (passagem rotor–estator).
- Misturas e redirecionamentos provocam perda de carga e entropia.
- Perdas mecânicas
- Atrito nos rolamentos e engrenagens.
- Calor gerado que não faz trabalho útil e gera entropia.
- Perdas no combustor (afetando a turbina)
- Queda de pressão no queimador: o ar quente chega a pressão menor no rotor.
- Reação química não-ideal (velocidade finita de combustão), troca de calor em dif. temperaturas.
- Saída de energia cinética
- O fluido que sai da última pá ainda tem velocidade: essa energia não foi convertida em trabalho.
Passo 4
Resumo do que acontece na turbina a gás com base na teoria da 2ª Lei:
- Cada uma dessas perdas causa geração extra de entropia (
). - Energia que poderia virar trabalho é “jogada fora” como calor não aproveitado, turbilhões, som, vibração etc.
- No balanço exergético, chamamos isso de exergia destruída.
Resposta
As principais perdas e irreversibilidades numa turbina a gás são:
- Perdas aerodinâmicas nas pás (atrito, camada limite, choques)
- Vazamentos por folgas (tip clearance e vedação)
- Desuniformidade de fluxo entre rotor e estator (mistura e redirecionamento)
- Atrito mecânico nos mancais e engrenagens
- Queda de pressão e irreversibilidade química no combustor
- Energia cinética residual na saída da turbina