8/16/2019 Aporte Ciclo Brayton

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CICLO BRAYTON: EL CICLO IDEAL PARALOS MOTORES DE TURBINA DE GAS

a) Investigación y esc!i"ción e# "!inci"i$ e %&nci$na'ient$ e# cic#$

El Ciclo de Brayton es un modelo utilizado para evaluar los trabajos en las máquinastérmicas de presión constante que utilizan un gas como fluido como el caso de lasturbinas de impulsión de una aeronave. Este tipo de máquinas puede también ser utilizada como elemento motriz para impulsar un generador en centrales eléctricas. [!El ciclo Brayton fue propuesto por "eorge Brayton por primera vez para usarloen un motor que quemaba aceite desarrollado por él# alrededor de$%&. En la actualidad# el ciclo Brayton se asocia al motor de turbina de gas# si bienBrayton jamás dise'ó otra cosa que un motor de pistones. (unque el fluidotermodinámico sufre los mismos procesos que aquellos a los que se somet)a en suversión de motor de pistones# la turbina de gas presenta la caracter)stica diferencial deque es un motor de flujo continuo. Ello implica que el fluido# *abitualmente aire# escontinuamente admitido y continuamente e+pulsado del motor# a diferencia de los

motores de pistones# en los que la admisión y la e+pulsión es intermitente.(&nci$na'ient$ e# cic#$ en #as t&!inas e gas,as turbinas de gas generalmente operan en un ciclo abierto# como se observa en lafigura . -e introduce aire fresco en condiciones ambiente dentro del compresor#dondesu temperatura y presión se elevan. El aire de alta presión sigue *acia la cámara decombustión# donde el combustible se quema a presión constante. ,os gases de altatemperatura que resultan entran a la turbina# donde se e+panden *asta la presiónatmosférica# produciendo potencia. ,os gases de escape que salen de la turbina# see+pulsan *acia fuera no se recirculan/# causando que el ciclo se clasifique como unciclo abierto.

Figura 1. Un motor de turbina de gas de ciclo abierto.

En turbinas de gas el aire realiza dos importantes funciones0 suministra el o+idantenecesario para la combustión del combustible y sirve como un refrigerante paramantener la temperatura de diversos componentes dentro de l)mites seguros. ,asegunda función se realiza al e+traer más aire del necesario para la combustióncompleta del combustible. En turbinas de gas una relación de masa de aire ycombustible de 1& o mayor es muy com2n. 3or lo tanto# en un análisis del ciclo#

considerar como aire a los gases de combustión no causará un error significativo.

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 (demás# el flujo másico por la turbina será más grande que a través del compresor#pues la diferencia es igual al flujo másico del combustible. (s)# suponer una tasa deflujo másico constante en el ciclo produce resultados conservadores en motores deturbinas de gas de ciclo abierto. [4!

 (lgunas caracter)sticas principales de este ciclo para una turbina de gas son0

. ,a sustancia de trabajo es un fluido que circula de modo continuo en un circuito

cerrado y se comporta como un gas ideal.

4. 5odos los procesos que integran el ciclo son reversibles.

6. El proceso de combustión se reemplaza por un proceso de adición térmica desde

una fuente e+terna.

7. El proceso de escape se sustituye por un proceso de eliminación térmica que

regresa la sustancia de trabajo a su estado inicial. [6!

8el ciclo Brayton se obtiene trabajo que puede ser usado para generar electricidad.

Este ciclo se usa mayoritariamente en las turbinas de gas. Como el gas a la salida de

la turbina sigue estando a una temperatura relativamente elevada se puede usar para

iniciar un ciclo de 9an:ine calentando a través de un intercambiador de calor agua por 

ejemplo# evaporándola# para posteriormente e+pandir ese vapor en una turbina y

obtener potencia nuevamente. (l *ec*o de aprovec*ar el calor del gas de salida se le

llama ciclo combinado# y lo que se consigue es aumentar el rendimiento energético

aumentando la cantidad de trabajo total que se obtiene de la quema del combustibleinicial. [7!

ME*ORAS AL CICLO

Regene!ación: Consiste en realizar parte del calentamiento del ciclo utilizando una

fuente de calor interna del sistema. En las turbinas de gas# se realiza *aciendo uso de

la entalp)a de los gases a la salida de la turbina para calentar el aire que sale del

compresor reduciendo la cantidad necesaria de combustible.

 

8iagramaT-s

de un ciclo Brayton con regeneración.

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C$'"!esión y E+"ansión Esca#$naas:  El trabajo consumido durante una

compresión isoentrópica es mayor que el utilizado en una compresión isotérmica# del

mismo modo el trabajo producido en una e+pansión isotérmica es mayor al de las

e+pansiones isoentrópicas. En la práctica# los compresores o turbinas isotérmicos son

irrealizables de modo que# para acercarse a estos procesos ideales# se recurre a

escalonamientos en ambas etapas las cuales aumentan considerablemente elrendimiento del ciclo. [!

) Lista$ e #as eta"as inv$#&c!aas en e# cic#$

El ciclo de turbina de gas abierto descrito anteriormente puede modelarse como unciclo cerrado# como se indica en la figura 4# empleando las suposiciones de aireestándar. En este caso los procesos de compresión y e+pansión permanecen iguales#

pero el proceso de combustión se sustituye por uno de adición de calor a presiónconstante desde una fuente e+terna# mientras que el proceso de escape se reemplazapor otro de rec*azo de calor a presión constante *acia el aire ambiente. El ciclo idealque el fluido de trabajo e+perimenta en este ciclo cerrado es el cic#$ B!ayt$n# el cualestá integrado por cuatro procesos internamente reversibles0

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;igura 4.

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Bi#i$g!a%1a

[!*ttp0>>catedras.facet.unt.edu.ar>centraleselectricas>?p@content>uploads>sites>A>4&7>&>53@6@Ciclo@de@Brayton@4&7.pdf 

[4! 5ermodinámica unus (. Dengel# ic*ael (. Boles %ma Edición

[6! *ttp0>>???.scielo.org.m+>scielo.p*pFscriptGsciHartte+tIpidG-7&1@

%%764&&&&&6&&&&4

[7! *ttp0>>energiadoblecero.com>definiciones>ciclos@termodinamicos>ciclo@brayton

[1! *ttp0>>???.edutecne.utn.edu.ar>maquinasHtermicas>&6@turbinaHaHgas.pdf 

8iagrama 3=. 9epresentación del trabajo

2til en el ciclo. [1!

http://catedras.facet.unt.edu.ar/centraleselectricas/wp-content/uploads/sites/19/2014/10/TP-3-Ciclo-de-Brayton-2014.pdfhttp://catedras.facet.unt.edu.ar/centraleselectricas/wp-content/uploads/sites/19/2014/10/TP-3-Ciclo-de-Brayton-2014.pdfhttp://energiadoblecero.com/definiciones/ciclos-termodinamicos/ciclo-braytonhttp://catedras.facet.unt.edu.ar/centraleselectricas/wp-content/uploads/sites/19/2014/10/TP-3-Ciclo-de-Brayton-2014.pdfhttp://catedras.facet.unt.edu.ar/centraleselectricas/wp-content/uploads/sites/19/2014/10/TP-3-Ciclo-de-Brayton-2014.pdfhttp://energiadoblecero.com/definiciones/ciclos-termodinamicos/ciclo-brayton