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EL CICLO BRAYTON
OBJETIVO GENERAL
Investigar todo lo referente al movimiento rectilíneo uniformemente acelerado,
en fuentes confiables como son libros o el internet para ampliar nuestro
conocimiento e explicar a los compañeros sobre el tema propuesto.
INTRODUCCION
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 trataremos la base para los motores de turbina
a gas “El ciclo Brayton”.
Las idealizaciones y simplificaciones empleadas en los análisis de los ciclos de
potencia, por lo común pueden resumirse del modo siguiente:
El ciclo no implica ninguna fricción. Por lo tanto el fluido de trabajo no
experimenta ninguna reducción de presión cuando fluye en tuberías o
dispositivos como los intercambiadores de calor.
Todos los procesos de compresión y expansión se dan en el modo de
cuasi equilibrio.
Las tuberías que conectan a los diferentes componentes de un sistema
están muy bien aisladas y la transferencia de calor por ellas es
despreciable.
CICLO BRAYTON
En el año 1873 GEORGE BRAYTON 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.
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”.
Figura N° 2: Diagrama “Presión – Volumen”
Fuente: http://www.slideshare.net/josedavid04/ciclo-de-brayton-termoii2013
Figura N° 1: Ciclo Brayton
Fuente: http://www.slideshare.net/josedavid04/ciclo-de-brayton-termoii2013
El ciclo Brayton es la aproximación del ciclo de aire estándar ideal para los
motores de turbinas de gas. Este ciclo difiere de los ciclos Otto y Diesel en que
los procesos que componen el ciclo ocurren en sistemas abiertos o volúmenes
de control.
Por lo tanto, un sistema abierto, el análisis de flujo estable es usado para
determinar la transferencia de calor y trabajo para el ciclo.
En la siguiente figura nos muestra los diagramas “temperatura – entropía” y
“presión – volumen” para éste ciclo.
Figura N° 4: Composición De La Maquina
Fuente: http://www.slideshare.net/josedavid04/ciclo-de-brayton-termoii2013
Figura N° 3: Diagrama “Temperatura – Entropía”
Fuente: http://www.slideshare.net/josedavid04/ciclo-de-brayton-termoii2013
COMPOSICIÓN DE LA MAQUINA
Un compresor de flujo axial
Una o varias cámaras de combustión (según el fabricante)
La turbina a gas
Sistemas auxiliares para su operación:
a) Sistemas de lubricación
b) Sistema de alimentación de combustible
c) Sistema de regulación de velocidad
d) Sistema de puesta en marcha y parada
e) Sistemas de protección de máquina
f) Sistema de acoplamiento hidráulico
Motor de lanzamiento (motor Diesel, o motor eléctrico)
Figura N° 5: Descripción Del Ciclo
Fuente: http://cuentos-cuanticos.com/2012/05/07/el-ciclo-de-brayton/
DESCRIPCIÓN DEL CICLO El ciclo Brayton describe el comportamiento ideal de un motor de turbina de
gas, como los utilizados en las aeronaves. Las etapas del proceso son las
siguientes:
1. Admisión: El aire frío y a presión atmosférica entra por la boca de la
turbina.
2. Compresor: El aire es comprimido y dirigido hacia la cámara de
combustión mediante un compresor (movido por la turbina).
3. 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.
4. Turbina: El aire caliente pasa por la turbina, a la cual mueve. En este
paso el aire se expande y se enfría rápidamente.
5. 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.
VENTAJAS DEL CICLO BRAYTON Muy buena relación potencia vs. peso y tamaño
Bajo costo de instalación
Rápida puesta en servicio
Es una máquina rotante (no tiene movimientos complejos como son los
movimientos roto alternativos de los motores de combustión interna)
Al ser una máquina rotante el equilibrado de la misma es prácticamente
perfecto y simple, a diferencia de máquinas con movimiento alternativos
Menos piezas en movimiento (comparado con los motores de
combustión interna)
Menores pérdidas por rozamiento al tener menores piezas en
movimiento
Sistema de lubricación más simple por lo expresado anteriormente
Pocos elementos componentes: compresor, cámara/s de combustión y
turbina propiamente dicha
No necesitan agua (diferente a las turbinas a vapor que requieren de un
condensador)
El par motor es uniforme y continuo
DESVENTAJAS DEL CICLO BRAYTON
Bajo rendimiento térmico (alto consumo específico de combustible)
debido a:
Alta pérdida de calor al ambiente que se traduce por la alta temperatura
de salida de los gases de escape por chimenea, entre 495ºC a 560ºC
Gran parte de la potencia generada por la turbina es demandada por el
compresor axial, en el orden de las ¾ partes, o sea un 75% de la
potencia total de la turbina
BIBLIOGRAFIA
PEREZ Walter, FISICA GENERAL, editorial San Marcos primera edición,
Lima – Perú, paginas 112 - 129.
http://www.profesorenlinea.cl/fisica/
Movimiento_rectilineo_acelerado.html
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cinematica/practica/practica1.htm
http://conociendolafisica.files.wordpress.com/2010/04/7mrua.pdf