Ciclo brayton

OBJETIVO DEL CICLO BRAYTON Y SUS APLICACIONES
El objetivo del ciclo Brayton de turbina de gas es convertir energía en forma de calor en trabajo, por lo cual su rendimiento se expresa en términos de eficiencia térmica.
Las dos principales áreas de aplicación de la turbinas de gas son la propulsión de aviones y la generación de energía eléctrica.
el ciclo Brayton en su modalidad de cicloabierto

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 de alta presión sigue hacia la cámara de combustión donde el combustible se quema a presión constante. Luego los gases de alta temperatura que resultan entran a la turbina, donde se expandenhasta la presión atmosférica, de tal forma que producen potencia. Los gases de escape que salen de la turbina se expulsan hacia fuera (no se recirculan), lo que provoca que el ciclo se clasifique como un ciclo abierto.

El ciclo ideal que el fluido de trabajo experimenta en este ciclo cerrado es el ciclo Brayton, que esta integrado por cuatro proceso internamente reversibles:
1-2 compresiónisentrópica (en un compresor)
2-3 Adición de calor a P=constante
3-4 Expansión isentrópica (en una turbina)
4-1 Rechazo de calor a P=constante

El fluido de trabajo en ciclo cerrado entra al intercambiador de calor de temperatura elevada en el estado1, donde se le agrega energía a un proceso de presión constante, hasta que alcanza la temperatura elevada del estado 2. Entonces, el fluidoentra a la turbina y tiene lugar una expansión isentrópica, produciendo cierta potencia. El fluido sale de la turbina al estado 3 y pasa a ser enfriado, en un proceso a presión constante, en el intercambiador de calor de temperatura baja, de donde sale al estado 4, listo para entrar al compresor. Ahí el fluido es comprimido isentrópicamente al estado 1 y el ciclo se repite.





CICLOBRAYTON CON REGENERACION
En los motores de las turbinas de gas, la temperatura de los gases de escape que salen de la turbina suelen ser bastante mayor que la temperatura del aire que abandona el compresor. Por consiguiente, el aire de alta presión que sale del compresor puede calentarse transfiriéndole calor de los gases de escape calientes en un intercambiador de calor a contraflujo, el cual seconoce también como un regenerador o recuperador.
DIAGRAMA DE LA MÁQUINA DE TURBINA DE GAS CON REGENERADOR

La eficiencia térmica del ciclo Brayton aumenta debido a la regeneración, en virtud de que la porción de energía de los gases de escape que normalmente se libera en los alrededores ahora se usa para precalentar el aire que entra a la cámara de combustión. Esto, a su vez, disminuye losrequerimientos de entrada de calor (y en consecuencia, de combustible) para la misma salida de trabajo neta. Observe, sin embargo que el empleo de un regenerador se recomienda solo cuando la temperatura de escape de la turbina es mas alta que la temperatura de salida del compresor. De otro modo, el calor fluirá en la dirección inversa (hacia los gases de escape), y reducirá eficiencia. Éstarelación se encuentra en las máquinas de turbina de gas que operan a relaciones de presión muy altas.
Es evidente que un regenerador con una eficacia mas alta ahorrará una gran cantidad de combustible puesto, que precalentará el aire a una temperatura más elevada, antes de la combustión. Sin embargo, lograr una eficacia mayor requiere el empleo de un regenerador más grande, el cual implica un preciosuperior y provoca una caída de presión más grande. En consecuencia, el uso de un regenerador con eficacia muy alta no puede justificarse económicamente a menos que los ahorros de combustible superen los gastos adicionales involucrados.
CICLO BRAYTON CON INTERENFRIAMIENTO, RECALENTAMIENTO Y REGENERACIÓN
Un diagrama esquemático del arreglo físico de un ciclo de turbina de gas de dos etapas con...