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CICLO JOULE-BRAYTON
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EL CICLO IDEAL PARA LOS MOTORES DE TURBINA DE GAS Un turbina de gas, es una maquina térmica que transforma la energía química contenida en un combustible en energía mecánica normalmente dispuesta en un eje. El ciclo Brayton 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 ciclo abierto.
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FUNCIONAMIENTO
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Procesos del ciclo de Brayton internamente reversibles: 1-2 Compresión isentrópica (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 Fig. 4. Diagramas T-s y P-v para un ciclo Brayton ideal. (Cengel, 2012)
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El balance de energía para un proceso de flujo estable, como el ciclo Brayton, por unidad de masa es: (q entrada – q salida ) + (W entrada – W salida ) = h salida - h entrada La transferencia de calor hacia y desde el fluido de trabajo es: q entrada =h 3 - h 2 =C p ( T 3 -T 2 ) q salida =h 4 - h 1 = C p (T 4 -T 1 ) Entonces, la eficiencia térmica del ciclo Brayton ideal bajo las suposiciones de aire estándar frío se convierte en: ղ tér,Bray =
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Los procesos 1-2 y 3-4 son isentrópicos, por lo que P 2 = P 3 y P 4 = P 1 . Por lo tanto, = Al sustituir estas ecuaciones en la relación de eficiencia térmica y al simplificar, se obtiene ղ tér,Brayton = r p es la relación de presión y k la relación de calores específicos.
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Una gráfica de la eficiencia térmica contra la relación de presión se presenta en la siguiente figura.
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