Ciclo Brayton

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
“FRANCISCO DE MIRANDA”
COMPLEJO ACADÉMICO "EL SABINO"
PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA
AREA DE TECNOLOGÍA
UNIDAD CURRICULAR: TERMODINÁMICA APLICADA

TEMA IV
CICLOS DE POTENCIAS DE GAS ABIERTOS
CICLOS BRAYTON

REALIZADO POR:

INGENIERO. JOSMERY SÁNCHEZ

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I. INTRODUCCIÓN
El ciclo Brayton abierto con combustión interna se emplea para analizar lasturbinas de gas. La mayoría de
las máquinas de Brayton estacionarias (terrestres) se diseñan para que la entrega de trabajo por la turbina
sea máxima y, por ende, exceda al trabajo requerido por el compresor. El trabajo de eje excedente se
emplea, por ejemplo, para impulsar un generador eléctrico o el compresor en una tubería.
La energía total de los gases que salen de la turbina se minimizapara que la entrega de trabajo sea
máxima.
Es posible emplear la regeneración, el recalentamiento y el enfriamiento intermedio en las máquinas de
Brayton de combustión interna estacionarias, como se estudiará a continuación. Esas técnicas para
mejorar la eficiencia también pueden aplicarse a las turbinas de propulsión, pero el aumento en la
complejidad y en el peso requiere de un cuidadosoanálisis que asegure un beneficio neto.
1. CICLOS BRAYTON
El ciclo Brayton es un ciclo simple de turbina de gas que es utilizado en diversas aplicaciones industriales
como lo es: instalaciones combinadas de calderas con hornos a presión, puede aplicar a la obtención de
energía eléctrica, y/o a la obtención de grandes cantidades de aire a presión necesario para diversas
aplicaciones en lasfábricas siderometalúrgicas. Otra de las aplicaciones de la turbina de gas es la
propulsión de navíos, automóviles y aeronáutica.
Las turbinas de combustión funcionan según un ciclo Brayton. En estas máquinas rotativas el aire
aspirado a la presión atmosférica se comprime en el compresor elevando su temperatura y es conducido a
la cámara de combustión donde se inyecta el combustible que arde en formacontinuada y suave; los
productos calientes de la combustión se expansionan contra los álabes de la turbina desarrollando un
trabajo útil y salen a la atmósfera a través del escape.
A veces los gases expansionados en la turbina todavía caliente se pueden provechar para producir vapor
de agua en una caldera y utilizarlo posteriormente en una turbina de vapor o para precalentar en unregenerador el aire de la combustión.
Se afirma que el ciclo Brayton difieren 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.
Asumiremos que el fluido de trabajo es aire y que los caloresespecíficos son constantes y consideraremos
el ciclo estándar de aire frio.
1.1. Ciclo Brayton Abierto
Las turbinas de gas que operan bajo el ciclo Brayton abierto se compone de los siguientes procesos:
(1-2). Inicialmente el aire se comprime adiabáticamente en un compresor axial o centrífugo.
(2-3). Luego, el aire entra a una cámara de combustión donde se inyecta y quema combustible a
unapresión prácticamente constante.
(3-4). Los productos de la combustión se expansionan después en una turbina hasta que alcanzan
la presión ambiente del entorno.
Los ciclos reales de turbinas de gas operan en ciclos abiertos.

Ciclos Abiertos

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1.2. Ciclo Brayton Cerrado
Las turbinas de gas que operan bajo el ciclo Brayton cerrado esta compuesto de los siguientes procesos:
(1-2).Inicialmente el aire se comprime adiabáticamente en un compresor axial o centrífugo.
(2-3). Suministro de calor a presión constante.
(3-4). Expansión adiabática en una turbina.
(4-1). Cesión de calor a presión constante.
Qsum
Cambiador de Calor

Ciclos Cerrados

Cambiador de Calor

Los diagramas P-V y T-S:

Qced

Aplicando la ecuación general de la primera ley a través de los balances...