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c37232 Francisca Ferreira 2025-03-11 16:10:56 1 
# Turbina a gás
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# Trabalho realizado por:
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**Beatriz Gomes - 2017258451**
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**Gonçalo Pardal – 2017270663**
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Neste trabalho, sugerimos algumas alterações à página das turbinas a gás, sendo a principal alteração a criação de uma secção denominada **“Classes”**, em que uma das subseções foca-se nas turbinas que utilizam hidrogénio como combustível. Esta subseção deixa-se em aberto para que no futuro outros colegas possam completar com outros combustíveis ou com outro tipo de turbinas.
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Gostaríamos de sugerir a alteração da organização das secções, sugerindo a seguinte organização, incluindo já a secção criada:
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1. Definição e Funcionamento
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2. Ciclo simples e Ciclo combinado
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3. Ciclo termodinâmico
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4. Projeto
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5. Classes
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6. Vantagens e Desvantagens
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7. Custos e Eficiência
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8. Características e condições de operação
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9. Medidas de segurança e controlo do equipamento
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10. Classificação/Aplicações Industriais
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11. Referências
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Na antiga secção dos Custos, sugerimos a remoção de um dos links uma vez que são iguais e na secção da Eficiência, de modo a fornecer ao leitor valores diretos das eficiências, sugerimos acrescentar a seguinte frase:
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**Para turbinas a operar com ciclo simples, o seu rendimento ronda os 35%, enquanto que para os ciclos combinados ronda os 55%.**
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## 5.1. Turbinas a hidrogénio
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### 5.1.1. Definição e Funcionamento
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Dentro das turbinas a gás, nas últimas décadas tem surgido a utilização de hidrogénio como combustível para a criação de energia, sendo estas turbinas denominadas turbinas a hidrogénio. A estrutura destas é em tudo semelhante às turbinas convencionais, porém existem algumas alterações que são necessárias fazer ao equipamento.
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### 5.1.2. Hidrogénio como combustível
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A maioria do hidrogénio produzido mundialmente para uso industrial é de origem fóssil, que leva à libertação de CO₂, porém existem outras vias de produção tais como:
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be9c86 Francisca Ferreira 2025-03-11 16:17:18 38
e7fd6b Francisca Ferreira 2025-03-11 16:19:10 39
O método mais economicamente viável para produção de hidrogênio industrialmente é o método de reforma do gás natural (steam reforming) que consiste na produção de gás sintético (syngas). Syngas é uma mistura de hidrogênio, monóxido de carbono e por vezes dióxido de carbono, cuja principal aplicação é o seu uso na produção de eletricidade. O hidrogênio produzido por este processo denomina-se “hidrogênio cinzento” quando o CO₂ gerado é libertado para a atmosfera; quando este poluente é captado (CGS) denomina-se por “hidrogênio azul”.[1]
c37232 Francisca Ferreira 2025-03-11 16:10:56 40
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### Fluxograma do Processo de Steam Reforming
afc192 Francisca Ferreira 2025-03-11 16:12:45 42
31ea0b Francisca Ferreira 2025-03-11 16:13:18 43
![Figura 1: Produção de hidrogênio através do processo de steam reforming do gás natural. [2] ](./Turbinas_a_Gas-000.png)
2a558a Francisca Ferreira 2025-03-11 16:12:57 44
afc192 Francisca Ferreira 2025-03-11 16:12:45 45
*Figura 1-* Produção de hidrogénio através do processo de steam reforming do gás natural.[2]
c37232 Francisca Ferreira 2025-03-11 16:10:56 46
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**Legenda do Fluxograma:**
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- **Natural Gas** → **Cleaning** (ZnS, ZnO) → **Reforming** → **Water Gas Shift** (CO+H₂O → H₂+CO₂) → **Carbon Capture** → **Purification** → **Hydrogen**
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- **Steam** → **Heat Recovery** → **Water**
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- Emission: 7-29 kg CO₂/kg H₂; Energy efficiency: 75%;
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Energy cost of distributed H₂ prod.: $16-29/GJ; Distributed/Centralized H₂ cost: ~3
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### 5.1.3. Motivações de implementação
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O desenvolvimento destas turbinas tem sido proporcionado pelos avanços tecnológicos e científicos e pela necessidade de encontrar um combustível que substitua a utilização dos combustíveis fósseis. Todos os processos que geram gases que contribuam para o efeito de estufa, nomeadamente CO₂ e CH₄, devem ser reduzidos ao máximo e, em alternativa, usar processos ambientalmente favoráveis.
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### 5.1.4. Funcionamento das turbinas
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e7fd6b Francisca Ferreira 2025-03-11 16:19:10 63
Em comparação com o gás natural, o hidrogênio queima mais rápido, é mais reativo, possui maior temperatura de combustão e tem 1/3 da densidade energética do gás natural, ou seja, é necessário bombear um caudal maior de hidrogênio.[3]
c37232 Francisca Ferreira 2025-03-11 16:10:56 64
e7fd6b Francisca Ferreira 2025-03-11 16:19:10 65
As possíveis alterações nos componentes do processo dependem da quantidade de hidrogênio que existe na alimentação. Para misturas até 30%, não são necessárias grandes mudanças aos componentes da turbina. Para percentagens maiores deste gás, já é preciso fazer alterações à turbina, nomeadamente à câmara de combustão, e aos sistemas de controlo, como por exemplo, os sistemas de deteção de gás e incêndios, ventilação, troca de válvulas e tubagens.[4,5]
c37232 Francisca Ferreira 2025-03-11 16:10:56 66
<hr><hr>
e2ac0f Francisca Ferreira 2025-03-11 16:15:41 67
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Como exemplo de uma alteração feita para adaptar estas turbinas a hidrogênio, a empresa Kawasaki, de forma a mitigar os danos causados pela elevada temperatura da chama, decidiram aplicar uma camada de material cerâmico aos bocais dos injetores de combustível. Para atacar a problemática de formação de compostos NOₓ, desenvolveu-se uma técnica de injeção de combustível através de mini orifícios, de modo a permitir que o combustível queime de modo mais compacto. [4,6]
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a2b1cf Francisca Ferreira 2025-03-11 16:14:35 71
![Figura 2: Representação esquemática dos mini orifícios presentes na câmara de combustão.[4] ](./Turbinas_a_Gas-001.png)
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*Figura 2-* Representação esquemática dos mini orifícios presentes na câmara de combustão.[4]
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### 5.1.5. Casos Reais de aplicações?
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Em setembro de 2017, na ilha portuária de Kobe, no Japão, foi inaugurado um sistema de cogeração, que tinha na base do seu funcionamento uma turbina a gás natural e hidrogênio. Este sistema tinha como objetivo fornecer energia elétrica e térmica às instalações hospitalares e outras instalações públicas.
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Em abril de 2018, conseguiu-se operar a [turbina exclusivamente com hidrogênio](#). [7]
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### 5.1.6. Vantagens e desvantagens?
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**Vantagens:**
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- Não existe emissão de CO₂ nem de outros gases de efeito de estufa para a atmosfera, apenas se gera energia e produz-se água; [3]
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- É um sub-produto de vários processos, podendo ser aproveitado, algo que é economicamente rentável, ao contrário de outros combustíveis.
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**Desvantagens:**
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- Combustão instável;
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- Aumento das emissões de compostos NOₓ;
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- É preciso passar o hidrogênio à fase líquida de modo a facilitar o seu transporte.
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- devido à sua rápida combustão e formação de chama, existe o perigo de destruir a câmera de combustão e o bocal do injetor. [3]
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## Referências
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[1] - Siemens Gas and Power. Hydrogen power with Siemens gas turbines Reliable carbon-free power with flexibility. Published online 2020:1-22.
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103
[2] - Demirel Y. Technoeconomics and Sustainability of Renewable Methanol and Ammonia Productions Using Wind Power-based Hydrogen. *J Adv Chem Eng.* 2015;5(3). doi:10.4172/2090-4568.1000128
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105
[3] - [https://www.siemens-energy.com/global/en/news/magazine/2019/hydrogen-capable-gas-turbine.html](https://www.siemens-energy.com/global/en/news/magazine/2019/hydrogen-capable-gas-turbine.html), consultado em fevereiro de 2020
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107
[4] - [https://global.kawasaki.com/en/stories/hydrogen/index.html](https://global.kawasaki.com/en/stories/hydrogen/index.html), consultado em fevereiro de 2020
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[5] - [https://www.ge.com/power/gas/fuel-capability/hydrogen-fueled-gas-turbines](https://www.ge.com/power/gas/fuel-capability/hydrogen-fueled-gas-turbines), consultado em fevereiro de 2020
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[6] - [https://global.kawasaki.com/en/corp/newsroom/news/detail/?f=20151221_2830](https://global.kawasaki.com/en/corp/newsroom/news/detail/?f=20151221_2830), consultado em fevereiro de 2020
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[7] - [https://www.youtube.com/watch?v=dC7AZWHC2UM](https://www.youtube.com/watch?v=dC7AZWHC2UM), consultado em fevereiro de 2020