Ciclo De Turbina Brayton

Ciclos de las turbinadas de gas.-
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 desdeun trabajo mecánico que se emplee para la producción de energía eléctrica 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
Las turbinas de gas son económicamente rentables que las de vapor. Ello se debe a que la instalación de la turbina de gas ofrece unaelevada potencia por unidad de volumen ocupado, requiere una cantidad menor de fluido refrigerante, de lubricante, etc. En termodinámica, un proceso isoentrópico (combinación de la palabra griega "iso" - igual - y "entropía") es aquel en el que la entropía del fluido que forma el sistema permanece constante.
Sigue el siguiente funcionamiento: el aire procedente del exterior entra directamente alcomprensor y este es accionado por la turbina. Una vez comprimido el aire es enviado a la cámara de combustión, donde se inyecta combustible y arde con posterioridad al entrar en contacto con el aire en un proceso aproximadamente isobaro. Posteriormente el aire y los productos de la combustión a elevadas temperaturas y presión llegan a la turbina la cual desarrolla la potencia que se emplea enaccionar el compresor, que se aprovecha exteriormente mediante otro mecanismo acoplado a la instalación.
Ciclo ideal de la turbina de gas.-
Este ciclo también se llama ciclo de Brayton o Joule, para calcular el rendimiento del ciclo térmico se supondrá que el ciclo es cerrado y admitiremos que el proceso según el cual los gases residuos de la combustión son expulsados a la atmosfera es unproceso de cesión de calor a presión constante. Así mismo se supone que el fluido se comporta como un gas perfecto y que la combustión es un proceso de interacción térmica entre en fluido operante y la fuente térmica.
El ciclo Brayton consta de varias etapas:
1.- Consiste en una compresión reversible adiabática, y por lo tanto isentropica, en la cual se produce un aumento de temperatura delsistema y de la presión.
2.- El sistema se pone en contacto con la fuente térmica a elevada temperatura y tiene lugar la absorción de calor a presión constante como consecuencia de ella se produce un aumento notable de temperatura. La cantidad de calor recibida por el fluido será q23=q1=cp(t3-t2).
3.-Consiste en una expansión adiabática reversible y por lo tanto isentropica, a través de la turbina, araíz de la cual disminuye la presión y la temperatura.
4.-Por ultimo la eliminación reversible de calor a presión constante la cantidad de calor es q4=cp(t4-t1). Y le rendimiento térmico vendrá dado por:
nt=q 1-q2q1=1-q2q1 =-cp(t4-t1). cp(t3-t2). =1-(t4-t1). (t3-t2). =1-t1. t2. t4. t1. -1 t1. t2. -1

La relación de la presión y de las temperaturas de los estados finales de los procesos decompresión y de expansión. Es decir:
t2yp2y-1=t1yp1y-1; t2t1=p2p1y-1y; t3yp3y-1=t4yp4y-1; t3t4=p3p4y-1y=p2p1y-1y
Identificando estas últimas igualdades y llamando e=p2p1(relación de expresiones) resulta:
t2t1=t3t4p2p1y-1y= ey-1y
Sustituyendo obtenemos el rendimiento térmico del ciclo de brayton aumenta de medida que crece la relación de presiones e. asimismo el rendimiento térmico del cicloideal solo depende de la relación de presiones y, en concreto, es independiente de la temperatura t3 mas alta del ciclo, es decir, de la temperatura de la entrada de la turbina.

Ejemplos.-
En una turbina de gas simple, que funciona según el ciclo de brayton, entra el aire a 1.02 bar (abs) y 22.5°C. La relación de presiones es de 9 unidades y la temperatura de entrada es de 850°k.-calcular...