Você quer eletricidade. Para obtê-lo, geralmente você precisa de uma turbina giratória. Mas o que está girando? É ar? É vapor? A resposta muda tudo sobre como a máquina funciona, quanto custa e onde ela mora.
A maioria das pessoas coloca “turbinas” em um balde. Eles não deveriam. Existem dois atores dominantes aqui: o ciclo Brayton e o ciclo Rankine. Respira-se gás. O outro ferve água.
Como o ciclo Brayton usa ar comprimido
O ciclo Brayton é o motor por trás das turbinas a gás. Pense em motores a jato. Pense naquelas unidades enormes instaladas nos telhados das usinas de energia.
O fluido de trabalho aqui é um gás. Geralmente ar.
O processo começa com compactação. Um compressor comprime o ar, aumentando sua pressão e energia. Isso não é grátis. É preciso trabalho. Mas esse ar de alta pressão está preparado para o que vem a seguir.
Então, aqueça.
Uma fonte de combustão externa despeja energia nesse gás comprimido. Picos de temperatura. O gás se expande violentamente. Esse gás em expansão e de alta energia entra em uma turbina.
Atinge as lâminas. As lâminas giram. Essa rotação é um trabalho mecânico.
“O calor de uma fonte externa de combustão é então adicionado ao gás, fazendo com que ele se expanda antes de passar por uma turbina.”
É aqui que o ciclo se divide.
Em um ciclo aberto de Brayton, o gás gasto simplesmente sai. Ele sai por uma chaminé de exaustão. Acabou. Você respira ar fresco para a próxima rodada. Simples. Eficiente o suficiente para partidas rápidas.
Em um ciclo fechado de Brayton, o gás permanece preso. Ele é resfriado, recomprimido e colocado de volta no loop. Sem escapamento. Apenas um ciclo fechado de reciclagem de gás.
Por que o ciclo Rankine ferve a água
O ciclo Rankine é diferente. Funciona em líquidos. Especificamente, água.
Você não pode simplesmente bombear vapor com eficiência. Você bombeia líquido.
Uma bomba empurra a água em direção a uma fonte de calor. Nas usinas convencionais, essa fonte de calor é uma caldeira. A caldeira ferve a água. Transforma-se em vapor.
O vapor ocupa muito mais espaço do que a água líquida. Ele se expande.
Esse vapor em expansão atinge uma turbina. Assim como no ciclo Brayton, o vapor empurra as lâminas. A turbina gira. Esse rotor aciona um gerador. A indução eletromagnética entra em ação. Você obtém eletricidade.
Mas espere. O ciclo não acabou.
No sistema Rankine, esse vapor não voa apenas para a atmosfera. Ele passa por um condensador. Esfria. Ele volta a ser água líquida.
Em seguida, ele volta para a bomba.
Gás vs Vapor: Qual ciclo atende às suas necessidades?
Então, qual você usa?
Depende do que você está tentando fazer.
Turbinas a gás (Brayton) são rápidas. Eles iniciam rapidamente. Eles são ótimos para picos de carga – quando todos ligam o AC às 17h e você precisa de energia agora. Eles lidam bem com cargas variáveis. Mas muitas vezes são menos eficientes na carga base em comparação com o vapor.
Turbinas a vapor (Rankine) estão estáveis. Eles são os burros de carga. Usinas nucleares, usinas a carvão e até algumas usinas solares térmicas usam o ciclo Rankine. Eles são
