Por que, na fórmula simples, o rendimento cresce com a relação de pressões?

Na idealização, uma compressão maior sobe a temperatura média da adição de calor em relação à rejeição — no mesmo sentido do limite de Carnot. Na máquina atrapalham as perdas nos álabes, os limites dos materiais e um c_p variável.

Onde estão o regenerador e o resfriamento intermediário?

Não estão. A regeneração pré-aquece o ar antes da câmara com o calor dos gases de escape; o resfriamento intermediário parte a compressão. Os dois mudam o ciclo real em relação a este esquema.

Ciclo Brayton

Diagrama P–V: compressão isentrópica, adição isobárica de calor, expansão isentrópica, rejeição isobárica — base da turbina a gás e do turborreator.

Sobre o modelo

O ciclo Brayton é o esquema ideal de uma instalação de turbina a gás: compressão isentrópica, adição isobárica de calor (câmara de combustão ou trocador), expansão isentrópica na turbina e rejeição isobárica de calor antes da entrada no compressor. No turborreator, depois da turbina há uma tubeira, mas o núcleo termodinâmico é o mesmo. No diagrama P–V normalizado o ar tem γ = 1,4. Comparam-se a estimativa para ar ideal de γ constante, η ≈ 1 − r_P^{(1−γ)/γ}, e um rendimento tosco do contorno a partir de ∮P dV e da adição isobárica de calor. Não entram regeneração, resfriamento intermediário nem capacidade térmica variável.

Para quem: Termodinâmica da graduação: turbinas a gás e turborreatores, depois dos ciclos Otto e Diesel.

Conceitos-chave

ciclo Brayton
turbina a gás
relação de pressões
processo isentrópico
adição isobárica de calor
rendimento térmico
turborreator

Como funciona

Ciclo Brayton ideal no diagrama P–V: 1→2 compressão isentrópica, 2→3 adição isobárica de calor, 3→4 expansão isentrópica, 4→1 rejeição isobárica. Os controles fixam a relação de pressões P_H/P_L e os volumes. O rendimento do contorno é ∮P dV dividido pela adição isobárica Q_in ≈ (γ/(γ−1)) P_H (V₃−V₂). Ao lado, a estimativa para ar ideal η(r_P). Uma turbina a gás ou um turborreator reais são mais complexos.

Fórmulas principais

T₂s/T₁ = r_P^{(γ−1)/γ}, T₄s/T₃ = r_P^{−(γ−1)/γ}

η_th = [c_p(T₃−T₄) − c_p(T₂−T₁)] / [c_p(T₃−T₂)]

Perguntas frequentes

Por que, na fórmula simples, o rendimento cresce com a relação de pressões?: Na idealização, uma compressão maior sobe a temperatura média da adição de calor em relação à rejeição — no mesmo sentido do limite de Carnot. Na máquina atrapalham as perdas nos álabes, os limites dos materiais e um c_p variável.
Onde estão o regenerador e o resfriamento intermediário?: Não estão. A regeneração pré-aquece o ar antes da câmara com o calor dos gases de escape; o resfriamento intermediário parte a compressão. Os dois mudam o ciclo real em relação a este esquema.

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