Um método de turbina a gás de ciclo fechado é adotado para superar as desvantagens de um turbina a gás de ciclo aberto método. A corrosão e a erosão das lâminas da turbina são a principal desvantagem em um ciclo aberto. Esta desvantagem pode ser superada pelo uso de meio de trabalho de qualidade superior (ar ou hélio, argônio, hidrogênio ou néon), onde ele não se mistura com o combustível na câmara de combustão. A outra vantagem de usar um método de ciclo fechado é que a rejeição do calor dos gases de exaustão ocorre em um resfriador ou reaquecedores ou trocadores de calor. Este artigo discute uma visão geral desta turbina, funcionamento, vantagens e desvantagens.

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O que é uma turbina a gás de ciclo fechado?

Uma turbina a gás de ciclo fechado pode ser definida como um gás turbina , que supera as desvantagens da turbina a gás de ciclo aberto. Nesse tipo de turbina, o ar é circulado continuamente dentro da turbina a gás com a ajuda de um compressor, câmara de calor, turbina a gás e câmara de resfriamento. As proporções de pressão , a temperatura e as velocidades do ar serão constantes neste tipo. Ele executa um ciclo termodinâmico, o que significa que o fluido de trabalho é circulado e usado continuamente, sem deixar o sistema.

Turbina de gás de ciclo fechado

PARA diagrama de turbina a gás de ciclo fechado é muito simples e contém componentes como um compressor, câmara de calor e uma turbina a gás. O gerador, o compressor e a câmara de resfriamento são acionados pela turbina a gás. O diagrama disso é mostrado abaixo.

O gás é comprimido no compressor.
O gás comprimido é aquecido na câmara de aquecimento.
A turbina a gás ajuda a gerar eletricidade.
A eletricidade é gerada pelo gerador com o uso de turbina a gás
O resfriamento dos gases passados da turbina é resfriado na câmara de resfriamento.

Eficiência

O eficiência de uma turbina a gás de ciclo fechado pode ser explicado com a ajuda do diagrama T-S conforme mostrado abaixo.

Diagrama T-S

A eficiência disso pode ser dada como,

n = (rede disponível) / entrada de calor

n = Cp (Wt - Wc) / calor de entrada

n = 1 - [(T4-T1) / (T3-T2)]

Onde ‘Wt’ = trabalho é feito pela turbina a gás por kg de ar = Cp (T2-T3)

‘Wc’ = trabalho é feito pelo compressor por kg de ar = Cp (T1-T4)

A pressão constante 'Cp' é medida em KJ ou Kg

‘T’ = temperatura

Calor de entrada = Cp (T3-T2)

A eficiência desta turbina é maior do que a turbina a gás de ciclo aberto

Princípio de funcionamento da turbina a gás de ciclo fechado

O princípio de funcionamento da turbina a gás de ciclo fechado é baseado no ciclo de Brayton ou ciclo de Joule.
Neste tipo de turbina a gás, o compressor é usado para comprimir o gás isotropicamente e o gás comprimido resultante flui para a câmara de aquecimento. O rotor compressor tipo é preferido nesta turbina.

Uma fonte externa é utilizada para aquecer o ar comprimido e então passar pelas pás da turbina.
Quando o gás está fluindo sobre as pás da turbina, ele se expande e pode passar para a câmara de resfriamento e é resfriado. O gás é resfriado usando a circulação de água em pressão constante até sua temperatura inicial.

Novamente, o gás é passado para o compressor e o processo é repetido.
Nessa turbina, o mesmo gás circula repetidamente.
A complexidade do sistema e o custo aumentariam se o fluido / meio de trabalho usado na turbina fosse outro que não o ar. Isso pode causar problemas e é difícil de resolver.

Diferença entre Turbina de Gás de Ciclo Aberto e Ciclo Fechado

Fonte de calor, tipo de fluido usado para trabalhar, ar circulado, capacidade das pás da turbina, custo de manutenção e instalação, etc. dá a diferença entre o ciclo aberto e a turbina a gás fechada. A circulação do fluido de trabalho é a principal diferença.

Turbina de gás de ciclo aberto	Turbina de gás de ciclo fechado
Nesse tipo, a câmara de combustão é usada para aquecer o ar comprimido. Devido à mistura de produtos na câmara de combustão e ar aquecido, o gás não permanece constante.	Nesse tipo, a câmara de aquecimento aquece o ar comprimido, que é comprimido primeiro antes do aquecimento. Quando uma fonte externa aquece o ar, o gás permanece constante.
A quantidade de gás que saiu da turbina se esgota na atmosfera	A quantidade de gás que sai da turbina a gás pode passar para a câmara de resfriamento.
A substituição do fluido de trabalho continua	A circulação do fluido de trabalho continua.
O fluido de trabalho é o ar	Para melhores propriedades termodinâmicas, o hélio é usado como fluido de trabalho
Conforme o ar na câmara de combustão fica contaminado, resulta no desgaste precoce das lâminas da turbina	Como não há contaminação do gás encerrado ao passar pela câmara de aquecimento, não resulta em desgaste anterior das lâminas da turbina
Usado principalmente para veículos em movimento	Usado principalmente para instalações estacionárias e aplicações marítimas.
O custo de manutenção é baixo	O custo de manutenção é alto
A massa de instalação por KW é menor	A massa de instalação por KW é maior.

Vantagens

O vantagens da turbina a gás de ciclo fechado está

Alta eficiência térmica em qualquer limite de temperatura e razão de pressão
Qualquer tipo de fluido de trabalho pode ser usado com baixo valor calórico. Por exemplo, hélio.
Sem corrosão.
A limpeza interna não é necessária.
Reaquecedores podem ser usados para aquecer a água para o abastecimento de água quente para fins domésticos e industriais.
O tamanho da turbina a gás é pequeno
Um aumento na pressão dá um melhor coeficiente de transmissão de calor no trocador
A perda de fricção de fluido é menor.

Desvantagens

O desvantagens da turbina a gás de ciclo fechado está

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Como todo o sistema trabalha sob alta pressão com um fluido de trabalho (médio), aumenta o custo.
Requer um grande aquecedor de ar e não é suficiente quando a câmara de combustão é usada no ciclo aberto.
Não é usado em motores aeronáuticos porque este tipo de turbina a gás usa água de refrigeração.
Sistema complexo e deve resistir a alta pressão.

Formulários

O aplicações de turbina a gás de ciclo fechado inclui o seguinte.

Utilizado na geração de energia elétrica
Usado em muitas aplicações industriais
Usado em propulsão marítima, propulsão de locomotiva, propulsão automotiva
Usado na aviação para fornecer energia à propulsão a jato

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