CICLO JOULE-BRAYTON
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.
FUNCIONAMIENTO
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)
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
=
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.
Una gráfica de la eficiencia térmica contra la relación de presión se presenta en la siguiente figura.
