Estudo sobre Turbinas a Gás e Princípios da Propulsão à Jato

Termodinâmica II Gustavo Rodrigues de Souza Departamento de Ciências Térmicas e dos Fluidos DCTEF Email souzagrufsjedubr CICLO BRAYTON turbina a gás Agradecimento ao Prof Dr Antonio Moreira dos Santos Turbina a Gás turbofan Porque turbinas a gás são amplamente utilizadas em aeronaves Turbina a Gás turbofan Porque turbinas a gás são amplamente utilizadas em aeronaves São leves e compactas além de terem uma alta relação potênciapeso PRINCÍPIOS DA PROPULSÃO À JATO É uma aplicação prática da Terceira Lei de Newton que estabelece que Para toda força atuando em um corpo existe uma reação igual e contrária Na propulsão do avião o corpo é o ar atmosférico que é acelerado ao passar através do motor A força requerida para dar esta aceleração tem um efeito igual na direção oposta atuando nos aparelhos produtores da aceleração Um motor a jato produz empuxo de forma similar à combinação de um motorhélice Ambos impulsionam o avião empurrando uma grande quantidade de ar para trás Sendo que o motor à jato empurra uma quantidade de ar bem maior promovendo maior velocidade V V e s m T H máq e s H máq prop Q m Q T V V V V EMPUXO De acordo com a Segunda Lei de Newton o empuxo produzido pela máquina á jato é igual à Taxa de Variação do momento do fluido escoando através da máquina Quando as pressões de entrada e saída da máquina são iguais o empuxo T produzido é calculado por e a eficiência de propulsão é calculada por h m h QH 3 4 V A P v A V RT m m 1 1 1 1 1 1 1 1 6 6 6 1 6 A P m RT V V s 1 1 1 1 1 máq e V A P m RT V V Onde taxa de fornecimento de calor KW fluxo de massa kgs Velocidade na saída ms Ve Velocidade de entrada igual á velocidade da máquina ms T empuxo N e TVmáq Potência desenvolvida KW Turbina a Gás turbofan Turbo Jato sem pósqueimador Turbo Jato com pósqueimador Fig 111 A turboram jet engine Bocal e Difusor Efeito da variação da Área de Escoamento Casos 1 e 2 são Bocais V aumenta h p e ρ diminuem Casos 3 e 4 são Difusores V diminui h p e ρ aumentam Fig 23 An airflow through divergent and convergent ducts ESCOAMENTO SUPERSÔNICO DO AR ATRAVÉS DE UM BOCAL CONVEGENTEDIVERGENTE Air intake compression combustion expansion exhaust diagram with corresponding pressure and temperature graphs Video Diagram showing airflow distribution in combustion areas with zones labeled as PRIMARY ZONE and DILUTION ZONE a Turboélice aprox 850 kmh b Turbofan aprox 1000 kmh e c Ramjet p operar já deve estar em alta velocidade Algumas estratégias para o aumento da Eficiência Térmica Turbina a Gás Regenerativa Turbina a Gás Regenerativa 2 4 2 x reg h h h h A máxima temperatura que Tx poderia atingir seria T4 Turbina com Reaquecimento Turbina com Reaquecimento Sistema com Resfriamento Intermediário Sistema com Resfriamento Intermediário Referências ÇENGEL YA BOLES MA Termodinâmica 7ed São Paulo McGraw Hill 2013 MORAN M J SHAPIRO H N BOETTNER DD BAILEY MB Princípios de Termodinâmica para Engenharia 7ed Rio de Janeiro LTC 2014 RollsRoyce plc The Jet Engine 1986