O ciclo padrão a ar Brayton é utilizado em turbinas a gás apenas quando a compressão e a expansão de processos têm lugar em máquinas rotativas. As turbinas a gás geralmente operam em um ciclo aberto. O ar ambiente é aspirado para dentro do compressor, cuja temperatura e pressão são elevadas. Como resultado, a alta pressão entra na câmara de combustão, onde o combustível é queimado a uma pressão constante. Os gases em alta temperatura entram na turbina, onde se expandem para a pressão atmosférica produzindo energia. O ciclo padrão a ar Brayton é o ciclo ideal para a turbina a gás simples. O ciclo para a turbina a gás simples de ciclo fechado é composto por quatro processos internamente reversíveis. Qual dos processos a seguir NÃO pertence a tal ciclo?
- A)Expansão isoentrópica (na turbina).
Está correta, porque a expansão na turbina do ciclo Brayton ideal é isoentrópica.
- B)Rejeição de calor à pressão constante.
Está correta, porque a rejeição de calor ocorre a pressão constante no ciclo Brayton ideal.
- C)Compressão isoentrópica (no compressor).
Está correta, porque o compressor realiza compressão isoentrópica no modelo ideal.
- D)Mudança de fase do fluido à pressão constante.
Está errada, porque o Brayton não envolve mudança de fase do fluido; isso é típico de ciclos com vapor, como o Rankine.
Gabarito: D
O ciclo Brayton é o modelo ideal da turbina a gás e, no caso clássico, ele tem quatro etapas bem conhecidas: compressão isoentrópica no compressor, aquecimento a pressão constante, expansão isoentrópica na turbina e rejeição de calor também a pressão constante. É um ciclo pensado para gases, sem mudança de fase, e por isso aparece muito em turbinas a gás e motores aeronáuticos. A ideia é simples: comprime, aquece, expande e resfria, tudo com o fluido permanecendo no estado gasoso. Repare que, no Brayton ideal, os processos são internamente reversíveis e acontecem sem variação de fase do fluido de trabalho. Isso faz sentido porque o ar, ou uma mistura gasosa equivalente, apenas altera pressão, temperatura e entalpia ao longo do ciclo. Não há ebulição, condensação ou qualquer etapa típica de ciclos com vapor, como o Rankine. Por isso, a alternativa D está errada para esse ciclo: mudança de fase à pressão constante não faz parte do Brayton. Essa característica pertence a outros ciclos termodinâmicos, especialmente aos que usam água/vapor como fluido de trabalho. Em resumo, se a banca falar em turbina a gás Brayton, pense em gás puro e processos sem troca de fase. Então, o gabarito D está correto porque ele descreve um fenômeno que não integra o ciclo padrão a ar Brayton. As demais opções retratam exatamente as transformações clássicas desse ciclo.