Ciclo Brayton: El Ciclo Ideal Para Los Motores

CICLO BRAYTON: EL CICLO IDEAL PARA LOS MOTORES
DE TURBINA DE GAS.
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 ciclotermodinámico, 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”. Las turbinas a gas son máquinas térmicas rotativas de combustión interna a flujo continuo. Este ciclo se considera el básicoen el análisis de turbinas.
Este es un ciclo simple para una turbina de gas se emplea equipo separado para los diversos tipos de procesos del ciclo. A continuación se define primero lo que es un ciclo abierto, al inicio el aire se comprime en forma adiabática en compresor rotatorio axial o centrifugo, el aire entra a una cámara de combustión donde se inyecta y quema combustible a presiónconstante, los productos de esta combustión luego se expanden en una turbina hasta alcanza la presión ambiente de los alrededores.
Los ciclos de las turbinas de gas reales son abiertos ya que debe introducirse aire continuamente. En el ciclo de Brayton idealizado en comparación al de Otto y Diesel opera en un intervalo menor de presiones y temperatura espera en un intervalo de volumen amplio, esto haceque no sea adecuado para el uso en maquinas alternativas.

Este ciclo consta de compresión adiabática, calentamiento a presión constante y expansión adiabática. Debido a que los gases que se expanden están más calientes el trabajo que puede obtenerse del proceso de expansión es mayor que el de compresión; el trabajo neto del ciclo es la diferencia entre los dos. Si se agrega un regenerador pararecobrar el calor de escape de la turbina se mejora la eficiencia.
La eficiencia térmica del ciclo de Brayton depende principalmente de la relación de presiones, la temperatura de admisión a la turbina y las perdidas parásitas (en especial las eficiencias del compresor y de la turbina). En el caso teórico de un aire estándar ideal sin perdidas internas se puede demostrar que la eficienciatérmica depende solo de la relación de presiones en el compresor (p2/p1).
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:
    

Figura1

Figura 2

Admisión
El aire frío y a presión atmosférica entra por la boca de la turbina

Compresor
El aire es comprimido y dirigido hacia lacámara 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 isobárico B→C.
Turbina
El airecaliente 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 síentra 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.
Existen de hecho motores de turbina de gas en los que el fluido efectivamente recircula y solo el calor es...