Ciclo Brayton

El ciclo Brayton, también conocido como ciclo Joule o ciclo Froude, representa un proceso termodinámico que incluye una compresión adiabática, un calentamiento isobárico y una expansión adiabática de un fluido termodinámico compresible. Este ciclo, actualmente empleado principalmente en turbinas de gas, fue inicialmente utilizado en máquinas reciprocantes. En el contexto de los motores de turbina de gas, este ciclo puede generar desde trabajo mecánico para la producción de electricidad mediante quemadores de gas natural, hasta la generación de empuje en aerorreactores. Esta versatilidad permite su aplicación en diversas industrias, incluyendo la generación eléctrica y motores terrestres o marinos.

Tipos de ciclos

  • Admisión: El aire frío a presión atmosférica entra por la boca de la turbina.
  • Compresor: El aire es comprimido y dirigido hacia la cámara de combustión mediante un compresor. Puesto que esta fase es muy rápida, se modela mediante una compresión adiabática A→B.
  • Cámara de combustión: El aire es calentado por la combustión del queroseno. La cámara está abierta, el aire puede expandirse, por lo que el calentamiento se modela como un proceso isóbaro B→C.
  • Cámara de combustión: El aire es calentado por la combustión del queroseno. La cámara está abierta, el aire puede expandirse, por lo que el calentamiento se modela como un proceso isóbaro B→C.
  • Turbina: El aire caliente pasa por la turbina, a la cual mueve. El aire se expande y se enfría rápidamente, lo que se describe mediante una expansión adiabática C →D
  • Escape: Por último, el aire enfriado sale al exterior. Técnicamente, este es un ciclo abierto, ya que el aire que escapa no es el mismo que entra por la boca de la turbina, pero dado que sí entra en la misma cantidad y a la misma presión, se hace la aproximación de suponer una recirculación.
  • En este modelo el aire de salida simplemente cede calor al ambiente y vuelve a entrar por la boca ya fría. En el diagrama PV esto corresponde a un enfriamiento a presión constante D→A

Tipos de diagramas

Encontramos 3 tipos de diagramas para su representación que son:

  • Diagrama de flujo

Motor a turbina de gas a ciclo abierto

Motor a turbina de gas a ciclo cerrado

  • Diagrama P-V
  • Diagrama T-S

La etapa de compresión 1-2 describe la compresión isentrópica del aire en el compresor axial. Luego, la etapa 2-3 representa el proceso de combustión a presión constante, donde se introduce calor al sistema (Q suministrado) mediante la oxidación del combustible inyectado en el punto 2. Posteriormente, la etapa 3-4 ilustra la expansión isentrópica de los gases de combustión en la turbina. Finalmente, la etapa 4-1 implica la liberación de calor a presión constante para volver al estado inicial.

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