Principales objetivos y aplicaciones del ciclo de braiton.

El objetivo del ciclo Brayton de turbina de gas es convertir energa en forma de calor en trabajo, por lo cual su rendimiento se expresa en trminos deeficiencia trmica.Las dos principales reas de aplicacin de la turbinas de gas son la propulsin de aviones y la generacin de energa elctrica. Cuando se emplean en propulsin de aviones, la turbina de gas produce la potencia suficiente para accionar el compresor y a un pequeo generador que alimenta elequipo auxiliar. Los gases de escape de alta velocidad son los responsables de producir el empuje necesario para accionar la aeronave. Las turbinas de gas tambin se utilizan como centrales estacionarias que producen energa elctrica. sta se genera mediante centrales elctricas de vapor. Las centrales elctricas de turbina de gas son empleadas por la industria de generacin elctrica en emergencias y durante perodos picos gracias a su bajo costo y rpido tiempo de respuesta. Las turbinas de gas tambin se utilizan con las centrales elctricas de vapor en el lado de alta temperatura, formando un ciclo dual. En estas plantas, los gases de escape de las turbinas de gas sirven como la fuente de calor para el vapor. El ciclo de turbina de gas tambin puede ejecutarse como un ciclo cerrado para ser utilizado en centrales nucleoelctricas. Esta vez el fluido de trabajo no se limita al aire., y puede emplearse un gas con caractersticas ms convenientes (como el helio).La mayor parte de las flotas navales del mundo occidental ya utilizan motores de turbinas de gas para propulsin y para la regeneracin de energa elctrica. Comparadas con la turbina de vapor y los sistemas de propulsin disel, la turbina de gas ofrecemayor potenciapara un tamao y peso determinados, alta confiabilidad, larga vida y operacin mas conveniente. El tiempo de arranque de la mquina ha sido reducido de las 4 horas requeridas de un sistema de propulsin tpico a menos de 2 minutos para una turbina de gas. Muchos sistemas de propulsin marina modernos, utilizan turbinas de gas junto a motores disel, debido al alto consumo de combustible de los motores de turbina de gas de ciclo simple. En sistemas combinados, el quipo disel se utiliza para dar de manera eficiente baja potencia y operacin de crucero, y la turbina de gas se utiliza cuando se necesitan altas velocidades.Tambin han sido aplicadas a vehculos pero en la actualidad solo existe algn proyecto, como elVolvoECC (hbrido elctrico-turbina de gas). Los problemas que dificultan su aplicacin en automocin son que aceptan mal los arranques y las paradas y les cuesta mucho cambiar de rgimen (son muy lentas acelerando). De hecho el funcionamiento habitual de las turbinas de gas es siempre al mismo rgimen y las variaciones de demanda de potencia se hacen manteniendo el rgimen y variando el par (fuerza de giro) generado.A continuacin se muestra el ciclo Brayton en su modalidad de ciclo abierto

Descripcin del ciclo

El ciclo Brayton describe el comportamiento ideal de unmotor de turbinade gas, como los utilizados en las aeronaves. Las etapas del proceso son las siguientes:

AdmisinEl aire fro y a presin atmosfrica entra por la boca de la turbina

CompresorEl aire es comprimido y dirigido hacia la cmara de combustin mediante un compresor (movido por la turbina). Puesto que esta fase es muy rpida, se modela mediante una compresin adiabtica AB.

Cmara de combustinEn la cmara, el aire es calentado por la combustin del queroseno. Puesto que la cmara est abierta el aire puede expandirse, por lo que el calentamiento se modela como un proceso isbaro BC.

TurbinaEl aire caliente pasa por la turbina, a la cual mueve. En este paso el aire se expande y se enfra rpidamente, lo que se describe mediante una expansin adiabtica C D.

EscapePor ltimo, el aire enfriado (pero a una temperatura mayor que la inicial) sale al exterior. Tcnicamente, este es un cicloabiertoya que el aire que escapa no es el mismo que entra por la boca de la turbina, pero dado que s entra en la misma cantidad y a la misma presin, se hace la aproximacin de suponer unarecirculacin. En este modelo el aire de salida simplemente cede calor al ambiente y vuelve a entrar por la boca ya fro. En el diagrama PV esto corresponde a un enfriamiento a presin constante DA.

Existen de hecho motores deturbina de gasen los que el fluido efectivamente recircula y solo el calor es cedido al ambiente. Para estos motores, el modelo del ciclo de Brayton ideal es ms aproximado que para los de ciclo abierto.

APLICACIONES DE LAS TURBINAS DE GASEl campo de aplicacin de las turbinas de gas es ms amplio que el de las turbinas de vapor. Esto es as por el hecho de que son los motores trmicos con mayor potencia especfica que existe (es decir, kW de potencia/kg de peso de la mquina). Debido a esto, adems de la generacin de potencia, las turbinas de gas se usan profusamente en aplicaciones de cogeneracin y, sobre todo, en la aviacin. En este ltimo campo, adems de su alta relacin potencia/peso que permite construir motores potentes que sean muy ligeros, se aprovecha el gran caudal de gases que mueven para generar el empuje necesario para hacer avanzar el avin.