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CICLO BRAYTON

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by

diana oliveros

on 28 November 2013

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Transcript of CICLO BRAYTON

CICLO BRAYTON
Las turbinas de gas usualmente operan en un ciclo abierto, como muestra la figura 1. Aire fresco en condiciones ambiente se introduce dentro del compresor donde su temperatura y presión se eleva. El aire a alta presión va a la cámara de combustión donde el combustible se quema a presión constante. Luego los gases resultantes a alta temperatura entran a la turbina, donde se expanden hasta la presión atmosférica, de tal forma que producen potencia.
CICLO BRAYTON REGENERATIVO
Para el ciclo Brayton, la temperatura de salida de la turbina es mayor que la temperatura de salida del compresor. Por lo tanto, un intercambiador de calor puede ser colocado entre la salida de los gases calientes de la turbina y la salida de los gases fríos que salen del compresor
CICLO BRAYTON CON ENFRIAMIENTO
Cuando se emplea la compresión en múltiples etapas, enfriar un fluido de trabajo entre etapas reduce la cantidad de trabajo requerido por el compresor. El trabajo del compresor es reducido por que el enfriamiento del fluido de trabajo reduce el volumen específico promedio del fluido y por lo tanto reduce la cantidad de trabajo en el fluido para alcanzar el aumento de presión dado

CICLO BRAYTON CON RECALENTAMIENTO INTERMEDIO
A menudo es efectivo utilizar junto al ciclo de Interenfriamiento una turbina multietapa, ya que permite que los gases se expandan solo parcialmente antes de que vuelvan a otra cámara de combustión, designada como cámara de combustión para el recalentamiento. En la cámara de recalentamiento el calor se transfiere idealmente a presión constante hasta que se alcanza la temperatura límite en el estado 5.
Después tiene lugar otra expansión hasta alcanzar la presión ambiente en el estado 6.

CICLO BRAYTON CON INTERENFRIAMINETO RECALENTAMIENTO Y REGENERACION
La regeneración es más efectiva a bajas relaciones de presiones. Para mejorar aun más el ciclo es necesario analizar métodos que reduzcan el trabajo suministrado por el compresor y aumente el trabajo realizado por las turbinas. Estos métodos incluyen la refrigeración intermedia en los compresores y el recalentamiento en las turbinas como se observa a continuación en el diagrama de instalación.

El ciclo Brayton, es un ciclo termodinámico consistente, en su forma más sencilla, en una etapa de compresión adiabática, una etapa de calentamiento isobárico y una expansión adiabática de un fluido termodinámico compresible. Es uno de los ciclos termodinámicos de más amplia aplicación, al ser la base del motor de turbina de gas, por lo que el producto del ciclo puede ir desde un trabajo mecánico que se emplee para la producción de electricidad en los quemadores de gas natural o algún otro aprovechamiento –caso de las industrias de generación eléctrica y de algunos motores terrestres o marinos, respectivamente–, hasta la generación de un empuje en un aerorreactor.
GEORGE BRAYTON (1830 – 1892)
En el año 1873 GEORGE BRAYTON (1830 – 1892) expuso el principio de funcionamiento del ciclo que lleva su nombre que originariamente se desarrolló empleando una máquina de pistones con inyección de combustible, para luego realizarlo como ciclo abierto simple llamado turbina a gas.
Si bien se le llama ciclo termodinámico, en realidad el fluido de trabajo no realiza un ciclo completo dado que el fluido que ingresa es aire y el que egresa son gases de combustión, o sea en un estado diferente al que se tenía cuando se inició el proceso, por eso se dice que es un “ciclo abierto”.

Este ciclo de turbina de gas abierto puede modelarse como un ciclo cerrado, del modo que se muestra en la figura 2, mediante las suposiciones de aire estándar.
Admisión
El aire frío y a presión atmosférica entra por la boca de la turbina

Compresor
El aire es comprimido y dirigido hacia la cámara de combustión mediante un compresor (movido por la turbina). Puesto que esta fase es muy rápida, se modela mediante una compresión adiabática A→B.

Cámara de combustión
En la cámara, el aire es calentado por la combustión del queroseno. Puesto que la cámara está abierta el aire puede expandirse, por lo que el calentamiento se modela como un proceso isóbaro B→C.

Turbina
El aire caliente pasa por la turbina, a la cual mueve. En este paso el aire se expande y se enfría rápidamente, lo que se describe mediante una expansión adiabática C →D.

Escape
Por último, el aire enfriado (pero a una temperatura mayor que la inicial) sale al exterior. Técnicamente, este es un ciclo abierto ya que el aire que escapa no es el mismo que entra por la boca de la turbina, pero dado que sí entra en la misma cantidad y a la misma presión, se hace la aproximación de suponer una recirculación. En este modelo el aire de salida simplemente cede calor al ambiente y vuelve a entrar por la boca ya frío. En el diagrama PV esto corresponde a un enfriamiento a presión constante D→A.
Aviacion militar: Para helicópteros, aviones de combate o caza bombarderos, aviones de despegue vertical (Harrier V/tol y V/stol) En este caso se buscan turbinas con temperaturas de admisión mas elevada para lograr mas altas velocidades y despegues verticales

Aviación comercial: Se utilizan aviones de turbina de chorro (turbo-jet) y de turbina de hélice (turbo-fan). En las aerolíneas de carga se emplean turbinas de gran potencia.

AVIACION
TUBERÍAS PARA TRANSMISIÓN DE GAS.
Es de las industrias que más utilizan turbinas de gas. Las turbinas de gas han sido instaladas para impulsar compresores en medidas superiores a 22500 KW (300 HP). Esta es una aplicación excelente ya que el gas natural es un combustible ideal y se requiere una gran cantidad de fuerza motriz
TRANSPORTE
En barcos, la alta potencia específica de las turbinas de gas permite realizar diseños de altas velocidades. Esto es muy útil para barcos tipo containers, botes moto-torpedo y grandes barcos de guerra. También se usan en ferrocarriles, en locomotoras de carga y trenes ligeros de pasajeros, pero solo en los últimos ha representado un cambio significativo.
AEROMODELISMO
Actualmente se construyen pequeñas turbinas de gas que impulsan aeromodelos a control remoto. Estas se han vuelto las favoritas de los seguidores de este hobby ya que le brindan al modelo una gran velocidad y potencia, mejorando su rendimiento y versatilidad.
GENERACIÓN ELÉCTRICA
Las compañías de servicios eléctricos las utilizan para cargas pico de trabajo en primer lugar. Los costos de instalación y operación, siempre que se usen combustibles refinados, son favorables para trabajos intermitentes. Los motores de aviación adaptados para este servicio disponen de un rápido arranque, aproximadamente dos minutos para arrancar a plena carga. se han instalado plantas de potencia a carga pico arriba de 150 MW con un solo generador
APLICACIONES
En el compresor el gas es comprimido a una presión y temperatura mayores. En la cámara de combustión el combustible arde a presión constante creando energía calorífica, pasando a la turbina donde la energía interna de los gases de combustión se transforma en energía cinética, siendo parte de esta utilizada en el funcionamiento del compresor. El resto de la energía creada será usada para el empuje de la aeronave

Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto”. Esta ley es fundamental y es la que crea el empuje en la dirección deseada. Una vez creada la fuerza según se explicó con la segunda ley de Newton, ésta provocará una fuerza de la misma magnitud pero de sentido contrario que impulsará la aeronave, es decir, el empuje
Avión Concorde. - En estos motores, el aire entra aspirado por las hélices de un compresor. En la cámara de combustión el oxígeno del aire entra comprimido que reacciona con el queroseno. Al salir el aire hace girar una turbina que hace girar el compresor delantero.
GRACIAS!


ANDRES PEÑA
DIANA OLIVEROS
ALEJANDRA DIAZ
ALEJANDRO PERDOMO
FABIAN QUINTIN
TURBOPROPULSOR
Avión C-130 Hércules- Es muy parecido al turborreactor. La diferencia está en la turbina de la parte posterior hace girar no solo al compresor, sino también una hélice delantera exterior. La propulsión se debe a dos causas: A los gases y al empuje de la hélice.
TURBOFAN
Avión Airbus A380- Ese motor es el que utilizan la mayoría de lo aviones comerciales. La gran ventaja frente al tuborreactor es que es mucho más silencioso
TURBORREACTOR
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