Análise termodinâmica de uma turbina de gás considerando diferentes configurações

Abstract

O objetivo deste trabalho é analisar como o trabalho fornecido ao compressor, trabalho fornecido pela turbina, trabalho específico e rendimento térmico de um ciclo de Brayton simples, um ciclo de Brayton regenerativo e um ciclo de Brayton com regeneração, reaquecimento e inter-resfriamento se comportam quando o combustível utilizado é alterado, variando também a razão de compressão. No ciclo de combustão simples, ar atmosférico passa por um compressor, entra em uma câmara de combustão onde reage com o combustível em questão, passa por um diluidor onde é resfriado a 1400 K, que é a temperatura de entrada da turbina. Ao entrar na turbina os gases passam por um processo de expansão gerando trabalho. Para resolução dos produtos da combustão o método da minimização da energia de Gibbs é utilizado. A primeira mistura de combustível utilizada é composta apenas por metano, na segunda é adicionado hidrogênio e a terceira é composta apenas por hidrogênio. Para resolução do ciclo é utilizada uma rotina programada em Matlab. O ganho relativo devido à utilização de hidrogênio não foi perceptível com relação ao rendimento térmico, com um aumento máximo de 1,0%. Porém, com relação ao trabalho específico, houve um aumento de 100 % quando comparado com os combustíveis com menos hidrogênio, o mesmo ocorreu quando houve a utilização do inter-resfriamento e do reaquecimento.

The objective of this work is to analyze how the work supplied to the compressor, work supplied by the turbine, specific work and thermal efficiency of a simple Brayton cycle, a regenerative Brayton cycle and a Brayton cycle with regeneration, reheating and intercooling are behave when the fuel used is changed, also varying the compression ratio. In the simple combustion cycle, atmospheric air passes through a compressor, enters a combustion chamber where it mixes with the fuel in question, passes through a diluter where it is cooled to 1400 K, which is the turbine inlet temperature. When entering the turbine, the gases undergo an expansion process generating work. To solve the combustion products, the Gibbs energy minimization method is used. The first fuel mixture used is composed only of methane, in the second one is added hydrogen and the third is composed only of hydrogen. To solve the cycle, a routine programmed in Matlab is used. The relative gain due to the use of hydrogen was not notice in terms of thermal efficiency, with a maximum increase of 1.0%. However, regarding specific work, there was an increase of 100%.