Ciclo Brayton

I. Fundamentos Tericos

Con los aos, la turbina de gas se ha convertido en el sistema de generacin de propulsin de primer nivel. Las turbinas de gas son compactas, ligeras, fciles de operar y vienen en tamaos que van desde varios cientos de kilovatios a cientos de megavatios. Las turbinas de gas requieren relativamente baja inversin de capital, tienen alta flexibilidad operativa, alta eficiencia trmica y se pueden utilizar para diversas aplicaciones industriales. Las turbinas de gas pueden ayudar a proporcionar propulsin confiable para satisfacer la demanda futura de usar ambos combustibles de alto y bajo contenido calrico, con bajas emisiones En el anlisis de ciclo Brayton presentado, slo el aire es considerado como el fluido de trabajo se comporta como un perfecto gas, donde su calor especfico tiene un valor constante. La ecuacin de estado del gas ideal es vlidapv = RTUna turbina de gas es un motor de calor que utiliza una alta temperatura, alta presin de gas como fluido de trabajo. La combustin de un combustible en el aire se utiliza generalmente para producir las temperaturas y presiones necesarias en el gas, que es la razn por la que las turbinas de gas se refieren a menudo como turbinas de combustin. Muchas turbinas de gas tambin utilizan un intercambiador de calor llamado recuperador para impartir el calor de escape de la turbina en la mezcla de aire / combustible de la cmara de combustin. Las turbinas de gas producen calor de alta calidad que se puede utilizar para generar vapor de cogeneracin y las aplicaciones de ciclo combinado, mejorando significativamente la eficiencia.

II. Etapas del Ciclo

El aire es comprimido, isoentrpicamente, a lo largo de la lnea 1-2 por un compresor y entra en una cmara de combustin. Manteniendo constante la presin, la combustin se lleva a cabo (se aade combustible a la cmara de combustin y la temperatura del aire aumenta) y / o el calor se agrega a la atmsfera .El aire de alta temperatura sale de la cmara de combustin en el punto 3. A continuacin, el aire entra en una turbina de gas donde se produce una expansin isoentrpica, se produccin de energa. El aire sale la turbina de gas en el punto 4. Cabe menciona que el aire en el punto 1 entra en el compresor y el ciclo se repite.

Figura 1 Esquema del ciclo Brayton

Figure 2 - Diagrama P vs V

III. Eficiencia del ciclo

Para encontrar la eficiencia del ciclo Brayton, debemos averiguar la cantidad de trabajo que cada proceso contribuye a la energa interna total.Estaremos analizando el diagrama PV de arriba para hacer esto.En primer lugar, la energa interna

es igual a cero, ya que laprimera ley de la termodinmicaestablece que la energa no se destruye o se crea, y porque en el ciclo Brayton la funcin de estado final del gas es la inicial, T = 0.Esto significa

DndeQ1 recibi el calor de la combustin (por lo que es negativo) y Q2 es el calor liberado despus de la expansin.Si usted trata el gas como un gas ideal con calores especficos constantes, podemos encontrar la adicin de calor desde el combustor serq1=Cp(TI-TF)y el calor perdido a la atmsferaq2=Cp(TF-TI)Dnde TF es la temperatura final de la combustin o" prdida de calor a la atmsfera y el segundo es la inicial. (As que en la curva de PV, el proceso de combustin tendra q1 = Cp (T4 - T3) As que ahora hemos expresado la cantidad de calor perdido y ganado en trminos de temperaturas, podemos restablecer la ecuacin para encontrar esta (eficiencia trmica)

donde c es la temperatura final del proceso de combustin y b es la temperatura inicial antes de la combustin y a es la temperatura inicial del gas no perturbado y d es la temperatura del gas despus de que ha de ser expulsado.Los nmeros correspondientes a las cartas de la grfica PV es a = 2;b = 3;c = 4;d = 6.Cuanto menor es la relacin de la temperatura es la ms alta es la eficiencia del ciclo de Braytons es.As es decir, mientras ms entrada de calor en el sistema y la menor cantidad de calor perdido a la atmsfera reducir significativamente la relacin de temperatura y tener un porcentaje ms alto de eficiencia.

IV. Aplicaciones practicas

Turbina moderna del Jet de Gas

Figura 3:GE H potencia de la serie de turbinas de gas generacin.Esta 480-megavatiosunidad tiene una puntuacineficiencia trmicade 60% enciclo combinadoconfiguraciones.Este es uno de los muchos motores de turbinas de gas modernas que utilizan el ciclo Brayton con el fin de alimentar muchos vehculos o generar energa.En la parte delantera del motor es la entrada de la cmara de compresin de manera que el aire es aspirado por las muchas turbinas que estn constantemente aspirando en una ubicacin especfica para que la compresin de aire sea ptima.El aire se comprime lo suficiente en el medio del motor (el recipiente de combustin), se aade combustible a la cmara de combustin y el encendido se inicia, en donde la reaccin extremadamente exotrmica provoca que el gas salga violentamente del motor en la cmara de expansin en el parte posterior del motor.Hay turbinas justo en frente de la cmara de expansin que est conectadas a las turbinas en la cmara de compresin por lo que todo el motor es un ciclo continuo, siempre y cuando haya un flujo constante de combustible que est siendo introducido en la cmara de combustin.