INTRODUÇÃO

�Apresentam-se neste trabalho as etapas de redesenho do micro turbo NOELLE 60290 (fig. (a)) e o esquema preliminar do ciclo Brayton fechado que se pretende desenvolver. �A turbina foi desenvolvida para operar em ciclo aberto como pode ser visto do esquema apresentado na fig. (b). �As figs. (c) e (d) mostram a fase de desmontagem da turbina.�As figs. (e) e (f) mostram de forma tri-dimensionala primeira fase do redesenho. Nesta fase, todos os dispositivos do ciclo estão fora da turbina.�A fig. (g) mostra a inserção do recuperador de calor dentro do corpo da turbina, o qual é mostrado em detalhe na fig. (h). A fig. (i) mostra uma segunda alternativa para se inserir o recuperador no corpo da turbina.�A necessidade de se inserir o recuperador no corpo da turbina está relacionada à melhora de eficiência do próprio ciclo térmico.�A fig. (j) apresenta uma primeira visão esquemática do ciclo Brayton que se deseja construir.

AbstractThe Nuclear Energy Division (ENU) of the Institute for Advanced Studies (IEAv) has started a preliminary design study for a Closed Brayton Cycle Loop (CBCL) aimed at a space reactor application. The main objectives of the study were: 1) to establish a starting concept for the CBCL components specifications, and 2) to develop a demonstrative simulator of CBCL in nominal operation conditions. The ENU/IEAv preliminary design study is developing the CBCL around the NOELLE 60290 turbo machine. The actual nuclear reactor study is being conducted independently. Because of that, a conventional heat source is being used for the CBCL, in this preliminary design phase. This paper describes the steady state simulations of the CBCL operating with NOELLE 60290 turbo machine using helium as a working fluid. Simplified models of heat and mass transfer were used to simulate other thermal components. The CBCL model desired operation point was obtained at: 913K turbine inlet temperature, 240kPa compressor pressure, and 40.5kW shaft output at 1500rpm. The simulator has a graphical interface that shows the thermal process variables in steady state. Future efforts will focus on: 1) use of helium and xenon mix as a working fluid and 2) keeping track of the modifications being implemented at the NOELLE 60290 turbo machine in order to build the CBCL.

Lamartine Nogueira Frutuoso Guimarães, Giannino Ponchio Camillo e Ricardo Pinto de Carvalho

Instituto de Estudos Avançados /CTA - São José dos Campos - SP

ESTUDOS PRELIMINARES DE UM CICLO BRAYTON FECHADO PARA APLICAÇÃO EM REATORES ESPACIAIS

COMENTÁRIOS FINAIS

�Com o avanço das atividades, a caixa d´agua serásubstituída por arranjos de tubos de calor.

�Um simulador numérico está sendo construído para representar computacionalmente o ciclo Brayton.

(a)

(c)

(b)

(d)

(e) (f)

(g) (h)

(i)

(j)

�Note que no esquema apresentado na fig. (j) o recuperador encontra-se fora do corpo da turbina. Isto é feito apenas por necessidade visual.

�O ciclo Brayton que está sendo projetado irá operar com uma fonte de calor convencional (gás natural) e uma caixa d´agua como fonte fria. Este arranjo serásuficiente para demonstrar o conceito e adquirir experiência de operação e capacidade de diagnóstico.

SEQÜÊNCIA FOTOGRÁFICA DO DESENVOLVIMENTO