Do Ar ao Poder: Entendendo o Motor a Gás Turbina

Princípio de Funcionamento da Turbina a Gás

O compressor, acionado pela turbina, continua sugando ar da atmosfera e comprimindo-o para aumentar sua pressão. O ar comprimido entra na câmara de combustão, mistura-se com o combustível injetado e queima. Após se tornar um gás de combustão de alta temperatura, ele flui para a turbina para expandir e realizar trabalho. Após realizar o trabalho, a pressão do gás de combustão cai para a pressão atmosférica e é expelida para a atmosfera.

Portanto, as três principais partes de uma turbina a gás são o compressor, a câmara de combustão e a turbina.

Um compressor de fluxo axial possui muitas pás, semelhantes em forma às pás de um hélice, mas divididas em "pás móveis" e "pás estáticas". As pás móveis giram como uma hélice, empurrando o fluxo de ar para trás durante a rotação. Nesse momento, a pressão do fluxo de ar aumentará e a temperatura também subirá.

A função das pás fixas é guiar o fluxo de ar rotativo gerado pela ação das pás móveis de volta para a direção axial e entrar no próximo conjunto de rotores sob o ângulo correto. Normalmente, um conjunto de pás móveis e um conjunto de pás fixas são configurados alternadamente, e um conjunto de pás móveis e um conjunto de pás fixas são chamados de estágio.

Além disso, existe o compressor radial. Ele utiliza a força centrífuga gerada pela rotação da hélice para empurrar o fluxo de ar para fora, gerando assim um efeito de pressurização. Um compressor radial de estágio único pode ter a razão de compressão de vários estágios de compressores axiais, sendo uma boa opção para turbinas a gás menores.

A câmara de combustão converte a energia química do combustível em energia térmica, aquecendo o ar de alta pressão comprimido pelo compressor a uma alta temperatura para que ele possa ser expandido na turbina e realizar trabalho. O combustível pode ser combustível líquido (como gasolina) ou combustível gasoso (como gás natural).

À frente da carcaça da câmara de combustão está a entrada de ar que leva ao compressor, e atrás está a saída de gás quente que leva à turbina.

A função da turbina é converter a energia no gás de combustão de alta temperatura e alta pressão em energia mecânica.

Atualmente, a maioria das turbinas de fluxo axial são utilizadas, caracterizadas por alta potência, grande vazão e alta eficiência. A turbina centrífuga é uma turbina de fluxo radial, que é usada principalmente em algumas turbinas a gás de pequena potência.

Uma turbina a gás é uma máquina de potência de combustão interna que utiliza um gás em fluxo contínuo como fluido de trabalho para impulsionar o impelidor a girar em alta velocidade, convertendo a energia do combustível em trabalho útil. É um motor térmico de impelidor rotativo.

No processo principal de ar e gás em uma turbina a gás, existe apenas um ciclo da turbina a gás composto por três componentes principais: um compressor, uma câmara de combustão e uma turbina a gás, geralmente chamado de ciclo simples. A maioria das turbinas a gás utiliza um esquema de ciclo simples.

O compressor inala ar do ambiente atmosférico externo e o comprime gradualmente por meio de um compressor de fluxo axial para aumentar a pressão, e a temperatura do ar também aumenta accordingly; o ar comprimido é introduzido na câmara de combustão e misturado com o combustível injetado para queimar e gerar um gás de alta temperatura e alta pressão; em seguida, ele entra na turbina para expandir e realizar trabalho, impulsionando a turbina para girar o compressor e o rotor da carga externa a alta velocidade, realizando a conversão parcial da energia química do combustível gasoso ou líquido em trabalho mecânico, e fornecendo trabalho elétrico. O gás de escape expelido pela turbina é liberado para a atmosfera para dissipar calor naturalmente. Dessa forma, a turbina a gás converte a energia química do combustível em energia térmica, e depois converte parte dessa energia térmica em energia mecânica. Normalmente, em uma turbina a gás, o compressor é impulsionado pelo trabalho de expansão da turbina a gás, que é a carga da turbina. Em um ciclo simples, cerca de 1/2 a 2/3 do trabalho mecânico gerado pela turbina é usado para impulsionar o compressor, e o restante de 1/3 do trabalho mecânico é usado para impulsionar o gerador. Quando a turbina a gás é iniciada, é necessário poder externo inicialmente. Geralmente, o motor de arranque impulsiona o compressor até que o trabalho mecânico gerado pela turbina a gás seja maior que o trabalho mecânico consumido pelo compressor. O arranque externo é desligado e a turbina a gás pode funcionar de forma independente.