EQUIPAMENTOS DINMICOS

TURBINAS A GS

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APLICAES A turbina de gs uma mquina trmica usualmente projetada para transformar a maior parcela possvel da energia liberada pela queima de um combustvel em trabalho de eixo. Por ser compacta, de baixo peso e utilizar mltiplos combustveis, a turbina a gs hoje muito empregada na gerao de energia eltrica e acionamento mecnico na indstria e nas centrais de energia, principalmente em lugares remotos. Tambm so utilizadas como motores propulsores em embarcaes, trens, veculos terrestres e martimos e principalmente aeronaves.

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TURBINA GE LM-2500

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TURBINA GE LM-2500

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PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO

Ar como fluido motriz para prover energia.

Ar deve ser acelerado aumento

Primeiramente aumenta-se a
presso e, em seguida, adiciona-se calor.

Finalmente a energia gerada (aumento de entalpia) transformada em potncia no eixo da turbina.

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CICLO DE FUNCIONAMENTO: 1-2: Compresso do ar em um compressor; 2-3: Combusto, na cmara de combusto, onde o ar comprimido age como comburente para o combustvel injetado; 3-4: Expanso irreversvel em um ou mais estgios, fornecendo a energia necessria roda de palhetas de alta presso, que por sua vez aciona o compressor de ar e os demais acessrios da turbina, tais como: bomba de leo lubrificante, bomba de combustvel, geradores de energia eltrica, etc;

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CICLO DE FUNCIONAMENTO: 4-1: Expanso em um duto de expanso, onde os gases ganham velocidade e so lanados na atmosfera, propiciando o empuxo necessrio ao deslocamento da aeronave (uso aeronutico); 4-1: Expanso em um ou mais estgios, fornecendo a energia necessria roda de palhetas de baixa presso, a qual pode acionar um gerador eltrico, um compressor ou uma bomba (uso industrial).

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CICLO BRAYTON

CICLO OTTO

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INLET

COMBUSTO

TURBINAS HP E PT

EXAUSTO COMPRESSO TEMPERATURA

TEMPERATURA

PRESSO

PRESSO

ATMOSFERA

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PRESSES E TEMPERATURAS NA TURBINA

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CICLO IDEAL HIPTESES SIMPLIFICADORAS
Considerando-se que a vazo de combustvel desprezvel, se comparada com a vazo de ar, esta pode ser considerada constante ao longo da turbina. Outras perdas de calor por radiao e perdas mecnicas em mancais , selos e acessrios so aqui desprezadas. assumido que o calor especfico do ar permanece constante.

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CICLO ABERTO TERICO DA TURBINA A GS
3

expanso
T

P2 combusto (presso cte)

Wc c p (t2 t1)
Q 1 c p (t3 t2 )

Wt c p (t3 t4 ) Q2 c p (t4 t1)

2
P1 compresso

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CICLO BRAYTON - EFICINCIA E POTNCIA
EFICINCIA MXIMA DO CICLO:

Wt Wc Wutil cp (T 3 T 4 ) cp (T 2 T 1) (T 4 T 1) t 1 Q1 Q1 cp (T 3 T 2 ) (T 3 T 2 )
UTILIZANDO A RELAO DOS GASES PERFEITO:

P2 P 1

( )
T2 T1

k k 1

A EFICINCIA MXIMA DO CICLO SER:

mx

1 1/

P2 P 1

)
k 1 k

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RENDIMENTO DO CICLO DE BRAYTON EM FUNO DE P2 / P1

100
Rendimento %

80 60 40 20 0 0 2 4 6 8 10 12 14 Relaco de presso P2 / P1

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CICLO DE BRAYTON - POTNCIA X T3 A adio de calor na cmara de combusto, tem uma proporcionalidade direta com o trabalho til produzido. Desta forma, quanto maior for a temperatura na cmara de combusto (t3), para uma mesma vazo mssica de ar, maior ser a potncia disponvel na ponta do eixo da turbina.

Potncia (W)

Temperatura T3 (K)

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TURBINAS INDUSTRIAIS X AERONUTICAS As turbinas de aviao, face a necessidade de diminuio de peso e consumo de combustvel, so relativamente menos robustas, no que se refere ao aspecto peso do que as projetadas para fins industriais. Usualmente possuem um s eixo onde so esto acoplados o compressor de ar e a turbina de alta presso; As turbinas de uso industrial costumam ter dois eixos, sendo um acoplado o compressor de ar e a turbina geradora de gs para seu prprio acionamento, e no outro a turbina acionadora ou de potncia e o equipamento a ser acionado.

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CLASSIFICAO TURBINAS INDUSTRIAIS No Aeroderivadas (Industriais, Frame ou Heavy Duty) Cmara de combusto externa e em nmero reduzido Menor relao potncia / peso Potncia at 200 MW Menor eficincia (RC menor, Temperatura de firing menor)

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CLASSIFICAO TURBINAS INDUSTRIAIS Aeroderivadas Utilizam geradores de gs de turbinas aeronuticas Mltiplas cmaras de combusto internas Ligas leves como Al ou Ti Potncia at 50 MW

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INDUSTRIAL

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TURBINA INDUSTRIAL LEVE

Saturn 20
1,590 Hp 1,210 kW

Taurus 60/65/70 7,700-10,310 Hp 5,500-7,520 kW Mars 90 &100

Centaur 40/50
4,700-6,100 Hp 3,515-4,600 kW

Mercury 50
4,600 kW

Titan 130
19,850 Hp 14,250 kW

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TURBINA ROLLS ROYCE RB211

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TURBINA GE 7FA

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TURBINA GE MS-5002-E

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TURBINA EIXO SIMPLES SOLAR TAURUS 60

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TURBINA SOLAR CENTAUR

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COMPONENTES

Gerador de gs Compressor de ar Cmara de combusto Turbina de alta presso (HP)

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Principais componentes de uma turbina a gs

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GERADOR DE GS

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COMPRESSORES DE AR Centrfugo Axial Axial com ltimo estgio centrfugo.

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ROTOR

ESTATOR ESTGIO 1 ESTGIO 2

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DIAGRAMA DA COMPRESSO

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DIAGRAMA DA COMPRESSO

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FLUXO DE AR NO INTERIOR DA TURBINA

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COMPRESSORES DE AR Um inconveniente do compressor axial apresentar uma faixa de operao pequena, entre os limites de surge e choke, o que exige cuidados especiais na partida.

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VIGVs Variable Inlet Guide Vanes

Variao do ngulo de
ataque das palhetas para o primeiro rotor;

Estabilizao do fluxo de ar;

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ACIONAMENTO DAS IGVS

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ANTI-SURGE

Bleed Valve
vlvula de alvio

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CMARA DE COMBUSTO

funo de adicionar energia sob a forma de calor; processo contnuo (presso constante).
O projeto da cmara de combusto deve garantir: resfriamento adequado da camisa; combusto completa; estabilidade da chama; baixa emisso de fumaa.

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CMARA DE COMBUSTO ANULAR

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CMARA DE COMBUSTO TUBO - ANULAR

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CMARA DE COMBUSTO EXTERNA

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COMBUSTOR

75% do ar usado para diluio e resfriamento

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COMBUSTOR

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TURBINA DE ALTA PRESSO

Transforma a maior parcela da energia dos gases provenientes de cmara de combusto em trabalho para o eixo que aciona o compressor de ar.

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TURBINA DE ALTA PRESSO Processo de Expanso:

Presso Temperatura Volume

Estator: P V Rotor: Impulso e reao

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1600 Temperatura de Queima (oK) 1550 1500
TURBINE TEMPERATURE CAPABILITY

Cooling improvements Coating Developments Firing temp 1100 1050 SC liga 1000 fundida 950 900 850 800

1450 1400
1350 1300 1250 1200 1150 1100

Liga fundida convencional Liga forjada

DC liga fundida

Temperatura do Metal (oC)

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PALHETAS

Convencional

Solidificao Direcionada

Mono Cristal

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RESFRIAMENTO DAS PALHETAS

Passo Simples

Passo Mltiplo

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RESFRIAMENTO DAS PALHETAS

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TURBINA DE POTNCIA (PT OU LP)

PT recebe a energia remanescente dos gases provenientes da turbina HP e, em continuidade ao processo de expanso, transfere esta energia para o eixo que est acionando o equipamento desejado : gerador, compressor,

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SISTEMAS AUXILIARES, PROTEO E SEGURANA

Sistema de Partida Retira da inrcia o rotor do gerador de gs e lev-lo at uma determinada rotao, conhecida como velocidade de purga, ventilao ou crank.

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SISTEMAS AUXILIARES, PROTEO E SEGURANA

Sistema de Combustvel
o sistema responsvel pelo suprimento de combustvel lquido (diesel) ou gasoso (gs natural) dentro da presso, temperatura, vazo e caractersticas necessrias em atendimento aos diversos regimes operacionais da turbina

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SISTEMAS AUXILIARES, PROTEO E SEGURANA Sistema de Admisso de Ar e Ventilao

Fornecer ar atmosfrico filtrado com grau de impureza, umidade e caractersticas controladas.

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SISTEMAS AUXILIARES, PROTEO E SEGURANA Sistema de Exausto Direcionar os gases da exausto da turbina para a atmosfera. WHRU.

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SISTEMAS AUXILIARES, PROTEO E SEGURANA Sistema de Lubrificao

o sistema responsvel pelo suprimento de leo lubrificante nas condies de presso, temperatura e caractersticas necessrias para a lubrificao e refrigerao dos mancais da turbina, caixa de engrenagens e os mancais do equipamento acionado.

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SISTEMAS AUXILIARES, PROTEO E SEGURANA Hood

Confinar a turbina com o objetivo: isolamento contra rudo menos de 85 dB confinamento do fogo em caso incndio

Deve possuir:
ventilao forada sistema de combate a incndio: CO2 ou H20

deteco de fogo & gs

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