Mostrar código-fonte de Turbina a gás

[[Ficheiro:Turbine gaz animee.gif|thumb|250px|direita|Funcionamento de uma turbina a gás]]
O termo '''turbina a gás''' é mais comumente empregado em referência a um conjunto de três equipamentos: [[compressor]], [[câmara de combustão]] e [[turbina]] propriamente dita. Esta configuração forma um [[ciclo termodinâmico]] a gás, cujo modelo ideal denomina-se [[Ciclo Brayton]], concebido por [[George Brayton]] em [[1870]].

Este conjunto opera em um ciclo aberto, ou seja, o [[fluido]] de trabalho ([[ar]]) é admitido na pressão atmosférica e os gases de escape, após passarem pela turbina, são descarregados de volta na atmosfera sem que retornem à admissão.

A denominação ''turbina a gás'' pode ser erroneamente associada ao combustível utilizado. A palavra '''gás''' não se refere à queima de gases combustíveis, mas, sim ao fluido de trabalho da turbina, que é neste caso a mistura de gases resultante da [[combustão]]. O [[combustível]] em si pode ser gasoso, como [[gás natural]], [[GPL (combustível)|gás liquefeito de petróleo]] (GLP), [[gás de síntese]] ou líquido, como [[querosene]], [[diesel|óleo diesel]] e até mesmo óleos mais pesados.

== Ciclo Brayton ==
{{Artigo principal|[[Ciclo Brayton]]}}

O ciclo Brayton é um ciclo ideal, uma aproximação dos processos térmicos que ocorrem nas turbinas a gás, descrevendo variações de [[estado físico da matéria|estado]] ([[pressão]] e [[temperatura]]) dos gases. O conceito é utilizado como base [[didática]] e para análise dos ciclos reais, que se desviam do modelo ideal, devido a limitações tecnológicas e fenômenos de [[irreversibilidade]], como o [[atrito]].

O ciclo se constitui de quatro etapas. Primeiramente, o ar em condição ambiente passa pelo [[compressor]], onde ocorre [[compressão adiabática]] e [[isentrópica]], com aumento de [[temperatura]] e consequente aumento de [[entalpia]]. Comprimido, o ar é direcionado às câmaras, onde mistura-se com o combustível possibilitando [[queima]] e aquecimento, à pressão constante. Ao sair da câmara de combustão, os gases, à alta pressão e temperatura, se expandem conforme passam pela turbina, idealmente sem variação de [[entropia]]. Na medida em que o fluido exerce trabalho sobre as palhetas, reduzem-se a pressão e temperatura dos gases, gerando-se [[potência]] mecânica. A potência extraída através do eixo da turbina é usada para acionar o compressor e eventualmente para acionar outra máquina. A quarta etapa não ocorre fisicamente, se tratando de um [[ciclo termodinâmico]] aberto. Conceitualmente, esta etapa representa a [[transferência de calor]] do [[fluido]] para o ambiente.

Desta forma, mesmo se tratando de um ciclo aberto, parte da energia proveniente da [[combustão]] é rejeitada sob a forma de [[calor]], contido nos gases quentes de escape. A rejeição de calor é um limite [[física|físico]], intrínseco ao funcionamento de ciclos termodinâmicos, mesmo nos casos ideais, como define a [[segunda lei da termodinâmica]].

A perda de ciclo ideal pode ser quantificada pela potência proveniente do [[combustível]], descontando-se a potência de acionamento do [[compressor]] e a [[potência líquida]]. Assim, diminui-se a perda à medida que se reduz a temperatura de escape e se eleva a temperatura de entrada da turbina, o que faz da [[resistência]], a altas temperaturas, das partes da turbina um ponto extremamente crítico na tecnologia de construção destes equipamentos.

== Turbinas aeronáuticas ==
{{Artigo principal|[[Turbina aeronáutica]]}}

Turbinas a gás são amplamente empregadas na propulsão de [[avião|aviões]] e outros tipos de [[aeronaves]]. Isto se deve principalmente a característica de alta [[densidade de potência]], em relação a outras máquinas como [[motor de combustão interna|motores de combustão interna]]. Ou seja, as turbinas a gás geram maiores [[potência]]s comparadas a maquinas de mesmo peso, o que é vantajoso, uma vez que a redução do [[peso]] das aeronaves acarreta em maior [[eficiência]] e capacidade de carga.

Existem diferentes configurações de [[turbina aeronáutica]]s. Por exemplo, em turbinas do tipo '''turbojato''', o eixo, movimentado pela turbina propriamente dita, apenas aciona o compressor. Em última análise, através do [[bocal]], o restante da potência útil é consumida na aceleração dos gases, responsável pelo [[empuxo]] gerado.

Outros tipos de propulsores ('''turbohélices''' ou '''turbofans''') também baseados em ciclos a gás têm o eixo acoplado a [[hélice]]s ou ventiladores que impelem parte do ar por ''[[by-pass]]'', ou seja, sem que o mesmo passe através da turbina. Nestes casos, o empuxo se deve em parte aos gases de escape da turbina e em parte ao fluxo de ar externo.

{| border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" align="center"
|-
| [[Ficheiro:Compressor Stage GE J79.jpg|thumb|340px|[[Compressor]] de 17 estágios]]
| [[Ficheiro:Combustion chamber GE J79.jpg|thumb|218px|[[Câmara de combustão|Câmaras de combustão]]]]
| [[Ficheiro:Turbine Stage GE J79.jpg|thumb|132px|[[Turbina]] de 3 estágios]]
|-
| align="center" colspan="20" | Componentes de um [[turbina aeronáutica|propulsor aeronáutico]] tipo '''turbojato''', [[General Electric]] J79.
|}

== Turbogeradores ==
[[Ficheiro:GE H series Gas Turbine.jpg|thumb|300px|Turbina a gás GE série H, para geração elétrica, de potência de 480 [[megawatt|MW]] em ciclo combinado.]]
Turbinas a gás dedicadas à geração de [[energia elétrica]] são divididas em duas principais categorias, no que se refere à concepção. São elas as pesadas (Heavy-duty), desenvolvidas especificamente para a geração de energia elétrica ou propulsão naval e as aeroderivativas, desenvolvidas a partir de projetos anteriores dedicados a aplicações aeronáuticas.

Com a exceção das micro-turbinas (dedicadas à geração descentralizada de energia elétrica) o compressor utilizado geralmente trabalha com fluxo axial, tipicamente com 17 ou 18 estágios de compressão. Cada estágio do compressor é formado por uma fileira de palhetas rotativas que impõem movimento ao fluxo de ar (energia cinética) e uma fileira de palhetas estáticas, que utiliza a energia cinética para compressão. O ar sai do compressor a uma temperatura que pode variar entre 300°C e 450°C. Cerca de metade da potência produzida pela turbina de potência é utilizada no acionamento do compressor e o restante é a potência líquida gerada que movimenta um [[gerador|gerador elétrico]].

Saindo da câmara de combustão, os gases têm temperatura de até 1250°C. Após passar pela turbina, os gases são liberados ainda com significante [[disponibilidade energética]], tipicamente a temperaturas entre 500 e 650 Celsius. Considerando isso, as [[usina temoelétrica|termelétrica]] mais eficientes e de maior porte aproveitam este potencial através de um segundo ciclo termodinâmico, a [[vapor]] (ou [[Ciclo Rankine]]). Estes ciclos juntos formam um [[ciclo combinado]], de [[eficiência térmica]] frequentemente superior a 60%, ciclos simples a gás têm tipicamente 35%.

Turbinas projetadas para operar em '''ciclo simples''', tendo em vista a [[eficiência térmica]] do ciclo, têm temperatura de saída de gases reduzida ao máximo e têm otimizada [[taxa de compressão]]. A taxa de compressão é a relação entre a pressão do ar à entrada e saída do compressor. Por exemplo, se o ar entra a 1 atm, e deixa o compressor a 15 atm, a taxa de compressão é de 1:15.

Turbinas a gás específicas para operar em '''ciclo combinado''', são desenvolvidas de modo a maximizar a [[eficiência térmica]] do ciclo como um todo. Desta forma, a redução da temperatura dos gases de escape não é necessariamente o ponto mais crítico, em termos de eficiência, uma vez que os gases de saída da turbina ainda são utilizados para gerar potência.

== Outras aplicações ==
Turbinas a gás também podem acionar diversos outros tipos de máquina movidas por eixo, tais como [[navios]], [[ônibus]], [[helicóptero]]s, [[locomotiva]]s, [[tanque de guerra|tanques de guerra]], [[Bomba (mecânica)|bombas]] e [[compressores]] (externos ao próprio ciclo da turbina).

== {{Ligações externas}} ==
* {{Link||2=http://www.naval.com.br/conhecimentos/propulsao/propulsao.htm |3=Poder Naval OnLine - Propulsão de Navios de Guerra}}
* {{Link||2=http://www.gepower.com/prod_serv/products/gas_turbines_cc/en/index.htm |3=Página da General Electric, fabricante de turbinas}}

{{DEFAULTSORT:Turbina A Gas}}
[[Categoria:Engenharia mecânica]]

{{Link FA|ro}}