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CICLO BRAYTON

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by

Diana Castilla

on 30 May 2014

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Transcript of CICLO BRAYTON

CICLO BRAYTON
INTEGRANTES:
Diana Castilla
Jorge Gallo
Leni De La Rosa
Fernando Puello
RESUMEN
La mayor parte de los dispositivos que producen potencia operan en ciclos, y el estudio de los ciclos de potencia es una parte interesante e importante de la termodinámica, y precisamente en este escrito trataremos la base para los motores de turbina de gas el Ciclo Brayton.

Los ciclos que se efectúan en dispositivos reales son difíciles de examinar porque hay demasiadas variaciones y detalles que se tienen que tomar en cuenta al mismo tiempo y se complica demasiado el entorno. Para facilitar el estudio de los ciclos se optó por crear el llamado ciclo ideal, en el cual se eliminan todas esas complicaciones que no permiten un análisis eficaz, por lo tanto se llega a alejar de la realidad pero en una manera moderada.

INTRODUCCIÓN
Los ingenieros químicos deben enfrentar una serie de problemas relacionados con su trabajo, entre ellos podemos destacar el cálculo de requerimientos y propiedades como calor, trabajo y entalpía para procesos químicos y físicos, así como la determinación de las condiciones de equilibrio de estos procesos; es así como llegamos al estudio de los ciclos ideales como el ciclo rankine, o el que analizaremos en este proyecto, el ciclo Brayton.

El estudio del ciclo Brayton, amerita el análisis de las máquinas térmicas involucradas en el proceso, observaremos el ciclo ideal y el real y realizaremos comparaciones que nos ayuden a entender las pérdidas generadas en los diversos sistemas y la eficiencia térmica de cada uno.
MARCO TEÓRICO
El ciclo Brayton, denominado así por ser propuesto por George Brayton, surgió como una idea de Brayton para usarlo en el motor reciprocante que quemaba aceite desarrollado por él mismo alrededor de 1870.

En la actualidad se utiliza en procesos de compresión y expansión que suceden de manera rotatoria en turbinas de gas, las cuales operan usualmente en un ciclo abierto, aunque también se puede moldear como ciclo cerrado.

CICLO BRAYTON ABIERTO
Está conformado por un compresor, una cámara de combustión y una turbina, el proceso consiste en introducir aire fresco en condiciones ambiente dentro del compresor –donde se elevan su temperatura y presión-, el aire de alta presión sigue hacia la cámara de combustión donde el combustible se quema a presión constante; los gases a alta temperatura que resultan entran a la turbina donde se expanden hasta la presión atmosférica produciendo potencia, el ciclo se denomina ciclo abierto, porque los gases de escape que salen de la turbina se expulsan hacia afuera, es decir, no se recirculan.
CICLO BRAYTON CERRADO
El ciclo abierto descrito, puede modelarse también como un ciclo cerrado, empleando las suposiciones de aire estándar. En este caso los procesos de compresión y expansión permanecen iguales, pero la cámara de combustión se sustituye por un intercambiador de calor, para adicionar calor a presión constante desde una fuente externa, mientras que el proceso de escape de gases que salen de la turbina también se sustituye por un intercambiador de calor, pero esta vez para el rechazo o intercambio de calor a presión constante hacia el ambiente.
DESVIACIONES QUE PRESENTA EL CICLO REAL RESPECTO AL IDEAL
Partes del proceso
EFICIENCIA TÉRMICA DEL CICLO BRAYTON
La eficiencia térmica del ciclo Brayton viene dada por la ecuación:



FORMAS DE MEJORAR EL CICLO
FORMAS DE MEJORAR EL CICLO
CONCLUSIONES
Los ciclos reales de turbina de gas se diferencian del ciclo Brayton ideal por varias razones. Los procesos de suministro de calor no son completamente isobáricos, y los de expansión y compresión tampoco son completamente a entropía constante, sino que presentan desviaciones como se puede apreciar en el diagrama T-s que se muestra a continuación:

Estas desviaciones pueden a través de las eficiencias isentrópicas del compresor y la turbina definidas como:
1. CICLO BRAYTON CON REGENERACIÓN
En un ciclo Brayton, la temperatura de los gases que salen de la turbina, es mayor que la temperatura de los que salen del compresor, por tanto un intercambiador de calor puede ser colocado entre la salida de los gases fríos del compresor y los gases calientes de la turbina, para de esta manera calentar los gases del compresor a partir de los que salen de la turbina, a este intercambiador es conocido como regenerador o recuperador.

La eficiencia térmica del ciclo Brayton aumenta como resultado de la regeneración, ya que la porción de energía de los gases de escape que normalmente se libera hacia los alrededores ahora se usa para precalentar el aire que entra a la cámara de combustión. Esto a su vez disminuye los requerimientos de entrada de calor (y de combustible) para la misma salida de trabajo neto.

Bajo las suposiciones de aire frío estándar, la eficiencia térmica de un ciclo Brayton ideal con regeneración es:
El ciclo Brayton es un ciclo de potencia de gas y es la base de las turbinas de gas. Tiene como función transformar energía que se encuentra en forma de calor a potencia para realizar un trabajo, tiene varias aplicaciones, principalmente en propulsión de aviones, y la generación de energía eléctrica, aunque se ha utilizado también en otras aplicaciones.

Este puede ser operado de varias maneras, ya sea abierto o cerrado, existen formas de optimizar su rendimiento, pero hay que tener mucho cuidado en examinar si vale la pena hacer cambios. Una manera de mejorar un ciclo cerrado es la regeneración empleando parte de la energía desechada para calentar los gases que dejan el compresor y, por ende, reducir la transferencia de calor requerida por el ciclo.

Para el mejor estudio de los ciclos de potencia se utiliza una manera idealizada de los mismos en la que se eliminan ciertos puntos para no complicar su razonamiento, en estas formas de análisis todos los procesos, son reversibles.

2. CICLO BRAYTON CON INTERENFRIAMIENTO
El trabajo neto de un ciclo de turbina de gas es la diferencia entre la salida de trabajo de la turbina y la entrada de trabajo del compresor, y puede incrementarse si se reduce el trabajo del compresor o si aumenta el de la turbina o ambas cosas.

El trabajo requerido para comprimir un gas entre dos presiones especificadas puede disminuirse al efectuar el proceso de compresión en etapas y al enfriar el gas entre éstas; es decir, usando compresión en etapas múltiples con interenfriamiento. Cuando el número de etapas aumenta, el proceso de compresión se aproxima al proceso isotérmico a la temperatura de entrada del compresor y el trabajo de compresión disminuye. De igual modo, la salida de trabajo de una turbina que opera entre dos niveles
de presión aumenta al expandir el gas en etapas y recalentarlo entre éstas; es decir, si se utiliza expansión en múltiples etapas con recalentamiento.



1-2 Compresión Isentrópica (compresor)

2-3 Adición de calor a presión constante

3-4 Expansión isentrópica (turbina)

Para ciclo cerrado
Para ciclo abierto
1-2 Compresión Isentrópica (compresor)

2-3 Adición de calor a presión constante

3-4 Expansión isentrópica (turbina)

4-1 Rechazo de calor a presión constante.
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