Turbinas a Gás: Tipos, Classificação e Funcionamento

Turbinas a Gás

As turbinas a gás são motores de combustão interna rotativos. O fluido de trabalho sofre transformações de compressão, combustão e expansão. A expansão dos fluidos ocorre entre as lâminas de uma turbina, gerando energia mecânica.

Aplicações das Turbinas a Gás

As aplicações das turbinas a gás podem ser classificadas em:

• Industrial
• Aeronáutica

As turbinas industriais são utilizadas em instalações fixas e móveis. Entre as principais utilizações estão a produção de eletricidade através de geradores, movimentação de grandes compressores e bombas, e em navios. Também são usadas em combinação com outros sistemas, recuperando o calor dos gases de escape da turbina para fins termo-mecânicos.

As turbinas de aviação são aplicáveis a motores turboélice, turbofan e turborreator (ou simplesmente turbina a jato).

• No turboélice, turbina industrial e usinas de energia auxiliar, a maior parte da energia produzida pela combustão é convertida em energia mecânica no rotor da turbina.
• No turborreator, a energia mecânica que move a turbina é apenas a necessária para acionar o compressor; o restante da energia sai em reação, produzindo o jato propulsor.
• No turbofan, uma proporção significativa da energia move o eixo para acionar o compressor e o ventilador (fan), enquanto o restante é expelido como jato.

Classificação das Turbinas a Gás

As turbinas a gás podem ser classificadas com base no seu ciclo termodinâmico:

• Turbinas de Pressão Constante: Componentes incluem incinerador, compressores e turbinas abertas. O ciclo de desenvolvimento é o Ciclo de Brayton.
• Turbinas de Volume Constante (ou Explosão): Componentes incluem câmara de combustão, compressores e turbina de válvulas fechadas. O ciclo de desenvolvimento é o Ciclo de Otto.

Turbinas de Pressão Constante (Ciclo de Brayton)

Neste tipo de turbina, o ar atmosférico entra no compressor e é pressurizado para entrar na câmara. O combustível é injetado continuamente na câmara de combustão, ocorrendo a queima a pressão constante. O início da combustão é acionado eletricamente por um ignitor; a combustão continua enquanto o combustível é fornecido. O aumento acentuado de pressão e temperatura força os gases de combustão a saírem da câmara em direção à turbina.

A expansão dos gases de combustão ocorre através do rotor da turbina, reduzindo a pressão até o nível atmosférico. O trabalho útil gerado pelo gás é absorvido pelo primeiro eixo da turbina para mover o compressor. O trabalho restante é absorvido pelo eixo (em turbinas a gás industriais, turboélice, etc.) ou utilizado como energia de jato (em turborreatores).

Turbinas de Volume Constante (Ciclo de Otto)

A turbina de volume constante ou explosão difere por ter a combustão ocorrendo dentro de uma câmara fechada, com válvulas de admissão e escape. A potência é intermitente, e os gases saem da câmara em pulsos para influenciar a turbina. Esta configuração foi utilizada nas fases iniciais do desenvolvimento da turbina a gás, quando o desenvolvimento de materiais não permitia alcançar um sistema operacional com desempenho aceitável.