A princípio, podemos utilizar os gases de exaustão de uma turbina a gás? Explique sua resposta.
Passo 1
Beleza, então o enunciado pergunta: “A princípio, podemos utilizar os gases de exaustão de uma turbina a gás? Explique sua resposta.”
Conteúdo: Termodinâmica de turbinas a gás (ciclo de Brayton), análise de trabalho e entalpia, pressão e temperatura do fluido de exaustão.
O que vamos precisar: entender como a turbina gera trabalho (diferença de entalpia), como fica a pressão e a temperatura no escape, e por que isso importa pra usar esses gases como “combustível” de outro estágio.
Conteúdo: Termodinâmica de turbinas a gás (ciclo de Brayton), análise de trabalho e entalpia, pressão e temperatura do fluido de exaustão.
O que vamos precisar: entender como a turbina gera trabalho (diferença de entalpia), como fica a pressão e a temperatura no escape, e por que isso importa pra usar esses gases como “combustível” de outro estágio.
Passo 2
Primeiro, lembra do ciclo de Brayton:
- Compressor eleva pressão do ar (p1 → p2)
- Câmara de combustão aquece o ar (T2 → T3)
- Turbina expande esse gás quente (p3 → p4) e gera trabalho
- Gás sai pro exaustor (ou pra atmosfera)
O trabalho da turbina ideal é dado por
onde
é a entalpia na entrada e
na saída.
Passo 3
O que acontece no exaustor?
• A pressão do gás sai quase igual à pressão ambiente (ou ligeiramente acima para empurrar o fluxo).
• A temperatura ainda está alta, mas sem queda de pressão relevante não dá pra extrair mais trabalho de expansão.
Ou seja, se a gente tentar colocar outro estágio de turbina, não há “queda de pressão” numa segunda expansão — e sem isso não pega trabalho, porque
• A pressão
• A temperatura ainda está alta, mas sem queda de pressão relevante não dá pra extrair mais trabalho de expansão.
Ou seja, se a gente tentar colocar outro estágio de turbina, não há “queda de pressão” numa segunda expansão — e sem isso não pega trabalho, porque
e
⇒
.
Passo 4
Além disso, nos gases de exaustão já não sobra oxigênio puro suficiente pra manter outra combustão eficiente. Então, “a princípio” não usamos esses gases como fluido de trabalho de uma segunda turbina convencional.
Passo 5
Mas fica uma observação importante: mesmo sem gerar trabalho numa turbina extra, esses gases quentes ainda têm entalpia. Por isso aproveitamos em um recuperador (heat recovery steam generator) para gerar vapor e mover uma turbina a vapor — é o famoso ciclo combinado.
Resposta
Não podemos usar diretamente os gases de exaustão de uma turbina a gás como fluido de trabalho de outra turbina, pois eles saem quase à pressão ambiente (sem queda de pressão para gerar trabalho) e têm pouco oxigênio para nova combustão. Contudo, aproveitamos seu calor residual em ciclos combinados (turbina a vapor).