Pr Ctica 5 Ciclo Brayton
Páginas: 7 (1554 palabras)
Publicado: 26 de marzo de 2015
El ciclo Brayton, también conocido como ciclo Joule o ciclo Froude, fue propuesto por George Brayton por vez primera para usarlo en el motor reciprocante que quemaba aceite desarrollado por él alrededor de 1870. Actualmente se utiliza en turbinas de gas donde los procesos tanto de compresión como de expansión suceden en maquinaria rotatoria.
Las turbinas de gas generalmente operan en un cicloabierto. Se introduce aire fresco en condiciones ambiente dentro del compresor, donde su temperatura y presión se elevan. El aire de alta presión sigue hacia la cámara de combustión, donde el combustible se quema a presión constante. Los gases de alta temperatura que resultan entran a la turbina, donde se expanden hasta la presión atmosférica, produciendo potencia. Los gases de escape que salende la turbina se expulsan hacia fuera (no se recirculan), causando que el ciclo se clasifique como un ciclo abierto.
El ciclo de turbina de gas abierto descrito anteriormente puede modelarse como un ciclo cerrado, empleando las suposiciones de aire estándar. En este caso los procesos de compresión y expansión permanecen iguales, pero el proceso de combustión se sustituye por uno de adición decalor a presión constante desde una fuente externa, mientras que el proceso de escape se reemplaza por otro de rechazo de calor a presión constante hacia el aire ambiente.
El ciclo ideal que el fluido de trabajo experimenta en este ciclo cerrado es el ciclo Brayton, el cual está integrado por cuatro procesos internamente reversibles:
La secuencia de trabajo, es la siguiente:
1-2 Compresiónisentrópica (en un compresor)
2-3 Adición de calor a presión constante
3-4 Expansión isentrópica (en una turbina)
4-1 Rechazo de calor a presión constante
Los diagramas T-s y P-v de un ciclo Brayton ideal se muestran en la figura 9-31. Observe que los cuatro procesos del ciclo Brayton se ejecutan en dispositivos de flujo estacionario, por lo tanto deben analizarse como procesos de flujo estacionario.Cuando los cambios en las energías cinética y potencial son insignificantes, el balance de energía para un proceso de flujo estacionario puede expresarse, por unidad de masa, como:
Por lo tanto, la transferencia de calor hacia y desde el fluido de trabajo es:
Entonces, la eficiencia térmica del ciclo Brayton ideal bajo las suposiciones de aire estándar frío se convierte en:
Los procesos 1-2 y3-4 son isentrópicos:
Al sustituir estas ecuaciones en la relación de eficiencia térmica y al simplificar, se obtiene:
El ciclo Brayton en un circuito cerrado, es muy parecido al ciclo Otto Ideal, considerando que los dos procesos intermedios, cambian de ser isométricos a isobáricos.
En turbinas de gas el aire realiza dos importantes funciones: suministra el oxidante necesario para lacombustión del combustible y sirve como un refrigerante para mantener la temperatura de diversos componentes dentro de límites seguros. La segunda función se realiza al extraer más aire del necesario para la combustión completa del combustible. En turbinas de gas una relación de masa de aire y combustible de 50 o mayor es muy común. Por lo tanto, en un análisis del ciclo, considerar como aire a los gasesde combustión no causará un error significativo.
Además, el flujo másico por la turbina será más grande que a través del compresor, pues la diferencia es igual al flujo másico del combustible. Así, suponer una tasa de flujo másico constante en el ciclo produce resultados conservadores en motores de turbinas de gas de ciclo abierto.
El ciclo real
La máquina está compuesta de los siguienteselementos:
1. Un compresor de flujo axial
2. Una o varias cámaras de combustión (según el fabricante)
3. La turbina a gas
4. 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
g)...
El ciclo Brayton, también conocido como ciclo Joule o ciclo Froude, fue propuesto por George Brayton por vez primera para usarlo en el motor reciprocante que quemaba aceite desarrollado por él alrededor de 1870. Actualmente se utiliza en turbinas de gas donde los procesos tanto de compresión como de expansión suceden en maquinaria rotatoria.
Las turbinas de gas generalmente operan en un cicloabierto. Se introduce aire fresco en condiciones ambiente dentro del compresor, donde su temperatura y presión se elevan. El aire de alta presión sigue hacia la cámara de combustión, donde el combustible se quema a presión constante. Los gases de alta temperatura que resultan entran a la turbina, donde se expanden hasta la presión atmosférica, produciendo potencia. Los gases de escape que salende la turbina se expulsan hacia fuera (no se recirculan), causando que el ciclo se clasifique como un ciclo abierto.
El ciclo de turbina de gas abierto descrito anteriormente puede modelarse como un ciclo cerrado, empleando las suposiciones de aire estándar. En este caso los procesos de compresión y expansión permanecen iguales, pero el proceso de combustión se sustituye por uno de adición decalor a presión constante desde una fuente externa, mientras que el proceso de escape se reemplaza por otro de rechazo de calor a presión constante hacia el aire ambiente.
El ciclo ideal que el fluido de trabajo experimenta en este ciclo cerrado es el ciclo Brayton, el cual está integrado por cuatro procesos internamente reversibles:
La secuencia de trabajo, es la siguiente:
1-2 Compresiónisentrópica (en un compresor)
2-3 Adición de calor a presión constante
3-4 Expansión isentrópica (en una turbina)
4-1 Rechazo de calor a presión constante
Los diagramas T-s y P-v de un ciclo Brayton ideal se muestran en la figura 9-31. Observe que los cuatro procesos del ciclo Brayton se ejecutan en dispositivos de flujo estacionario, por lo tanto deben analizarse como procesos de flujo estacionario.Cuando los cambios en las energías cinética y potencial son insignificantes, el balance de energía para un proceso de flujo estacionario puede expresarse, por unidad de masa, como:
Por lo tanto, la transferencia de calor hacia y desde el fluido de trabajo es:
Entonces, la eficiencia térmica del ciclo Brayton ideal bajo las suposiciones de aire estándar frío se convierte en:
Los procesos 1-2 y3-4 son isentrópicos:
Al sustituir estas ecuaciones en la relación de eficiencia térmica y al simplificar, se obtiene:
El ciclo Brayton en un circuito cerrado, es muy parecido al ciclo Otto Ideal, considerando que los dos procesos intermedios, cambian de ser isométricos a isobáricos.
En turbinas de gas el aire realiza dos importantes funciones: suministra el oxidante necesario para lacombustión del combustible y sirve como un refrigerante para mantener la temperatura de diversos componentes dentro de límites seguros. La segunda función se realiza al extraer más aire del necesario para la combustión completa del combustible. En turbinas de gas una relación de masa de aire y combustible de 50 o mayor es muy común. Por lo tanto, en un análisis del ciclo, considerar como aire a los gasesde combustión no causará un error significativo.
Además, el flujo másico por la turbina será más grande que a través del compresor, pues la diferencia es igual al flujo másico del combustible. Así, suponer una tasa de flujo másico constante en el ciclo produce resultados conservadores en motores de turbinas de gas de ciclo abierto.
El ciclo real
La máquina está compuesta de los siguienteselementos:
1. Un compresor de flujo axial
2. Una o varias cámaras de combustión (según el fabricante)
3. La turbina a gas
4. 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
g)...
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