Uma turbina a gás de ciclo aberto simples consiste em um compressor, uma câmara de combustão e uma turbina, como mostrado na figura abaixo. O compressor aspira ar fresco ambiente e aumenta sua pressão. Calor é adicionado ao ar na câmara de combustão pela queima do combustível e aumento de sua temperatura.
Os gases aquecidos da câmara de combustão são então passados para a turbina, que se expande e realiza trabalho mecânico. Parte da energia que a turbina desenvolve é usada para acionar o compressor e outros acessórios, e o restante é usado para geração de energia. Ar fresco entra no compressor, e os gases da turbina são exauridos para a atmosfera. O meio de trabalho precisa ser substituído continuamente.
Este tipo de ciclo é conhecido como uma usina de turbina a gás de ciclo aberto e é usado principalmente na maioria das usinas de energia de turbina a gás, pois tem muitas vantagens inerentes.
Vantagens
Tempo de aquecimento
Quando o motor de partida leva a turbina até a velocidade nominal e o combustível é inflamado, a turbina a gás será acelerada de uma partida a frio para carga total sem tempo de aquecimento.
Baixo peso e tamanho
O peso em kg por kW desenvolvido é menor.
Combustíveis
Quase qualquer combustível de hidrocarboneto, desde gasolina de alta octanagem até óleos diesel pesados, pode ser usado na câmara de combustão.
Espaço ocupado
As usinas de ciclo aberto ocupam menos espaço em comparação às usinas de ciclo fechado.
Partida rápida e carga frequente
A estipulação de uma partida rápida e de uma carga frequente são os pontos a favor de uma usina de ciclo aberto quando a usina é usada como uma usina de pico de carga.
Refinamentos de componentes
Refinamentos de componentes ou auxiliares podem ser variados em usinas de turbinas a gás de ciclo aberto para melhorar a eficiência térmica. Eles podem dar o custo geral mais econômico para os fatores de carga da usina e outras condições operacionais.
Independência do meio de resfriamento
Usinas de energia de turbina a gás de ciclo aberto, exceto aquelas com intercooler, não precisam de água de resfriamento. Portanto, a usina é independente do meio de resfriamento e se torna autocontida.
Desvantagens
Eficiência de carga parcial
A eficiência de carga parcial da usina de turbina a gás de ciclo aberto diminui rapidamente, pois a porcentagem considerável de energia desenvolvida pela turbina é usada para acionar o compressor.
Sensibilidade a componentes
O sistema é sensível à eficiência do componente, principalmente o compressor.
Sensibilidade a condições ambientais
A planta de turbina a gás de ciclo aberto é sensível a mudanças de temperatura, pressão e umidade do ar atmosférico.
Alta taxa de ar
A planta de ciclo aberto tem uma alta taxa de ar em comparação com as plantas de ciclo fechado. Portanto, aumenta a perda de calor nos gases de exaustão e é necessário um trabalho de duto de diâmetro extenso.
Contaminação do compressor
A poeira deve ser impedida de entrar no compressor para diminuir a erosão e as deposições nas lâminas e passagens do compressor e da turbina. Então, isso danifica seu perfil.
Deposição nas lâminas da turbina
A deposição do teor de carbono e cinzas nas lâminas da turbina não é desejável, pois reduz a eficiência geral da usina de turbina a gás de ciclo aberto.
Em conclusão, as usinas de turbina a gás de ciclo aberto oferecem várias vantagens, como tempo de aquecimento rápido, baixo peso e tamanho, versatilidade de combustíveis e independência do meio de resfriamento. No entanto, elas também apresentam algumas desvantagens, como eficiência de carga parcial reduzida, sensibilidade a condições ambientais e problemas de contaminação.
Ao entender essas características, os projetistas e operadores podem tomar decisões informadas sobre o uso adequado desse tipo de tecnologia de geração de energia.
