Ciclo Joule - Brayton

Ciclo Brayton

INTRODUCCIÓN Este capítulo es similar al del ciclo Rankine, con la diferencia que el portador de energías es el AIRE, por lo que lo consideraremos como gas ideal y emplearemos formulas (y no tablas) en la solución de los problemas. Este ciclo Joule - Brayton tiene la ventaja de producir bastante potencia con poco peso de las máquinas, lo que las hace ideales para la aviación con el uso de las turbinas a gas. El inconveniente es el alto consumo de combustible comparándolo con el ciclo Rankine y los motores de combustión interna. El Thrust SSC con propulsiòn a cohete rompiò la barrera del sonido en el desierto de Nevada, en 1997, con una velocidad media de 1228 km/h.-

Ciclo Joule - Brayton

CICLO JOULE-BRAYTON (Centrales Térmicas a gas) CICLO JOULE - BRAYTON -Turbina a Gas. -Central Térmica a Gas. Procesos: 1-2 : Compresión Adiabática. 2-3 : Calentamiento Isobárico. 3-4 : Expansión Adiabática. 4-1 : Enfriamiento Isobárico (se asume).

Procesos: 1-2 : Compresión Adiabática. 2-3 : Calentamiento Isobárico. 3-4 : Expansión Adiabática. 4-1 : Enfriamiento Isobárico (se asume). Este ciclo usa aire como portador de energías, la consideraremos como gas ideal y por lo tanto tendremos que usar fórmulas, no tablas !!

Eficiencia del Ciclo:

¿Dónde se utiliza este Ciclo ? Aviones Motor de Helicoptero - Lab. Energia PUCP Turbina a gas Concorde Máquinas comerciales y de guerra Turbina a gas de 40 KW - Lab. de Energia PUCP - 40,000 RPM

CICLO JOULE - BRAYTON IDEAL

DIAGRAMA T-s CICLO JOULE - BRAYTON REAL

Compresores Aproximadamente adiabática. Los compresores sirven para dar el flujo de masa m, y elevar la presión en gases !! Como h = Cp T, entonces Wt 12 = m Cp (T2 - T1)

1.COMPRESOR: Este es un Turbo - Compresor de un camión Diesel

la entropía de un sistema adiabático siempre tiene que aumentar

Compresores Centrífugos

Rotor y Estator

TIPOS DE COMPRESORES: COMPRESORES ROTATORIOS Y CENTRIFUGOS

COMPRESORES DE PISTON O ALTERNATIVOS

Temperaturas Corte a un compresor de pistón

Cámaras de Combustión CAMARAS DE COMBUSTIÓN: De toda la energía liberada por la combustión del combustible en la Cámara de Combustión se aprovecha sólo una parte, la que recibe la sustancia de trabajo (aire), es decir Q 23. Las pérdidas se expresan mediante: PC: Poder Calorífico del Combustible en kJ/kg.

Quemador

Turbinas a gas 1.TURBINA A GAS: Wt 34 = m Cp (T 3 - T4) FRICCION EN LOS EJES DE GIRO: En las turbinas, el trabajo de expansión del gas es entregado al eje. Este al girar, pierde energía por fricción en los apoyos. Esta pérdida de fricción se expresa mediante :

Turbinas

Eficiencia Mecánica: 1.GENERADOR ELECTRICO: En la transformación de la energía eléctrica se pierde una pequeña cantidad de energía. Esta se expresa mediante:

Alabes de las turbinas

Compresores

Esquema de una Turbina a Gas de eje único:

Perfiles Aerodinámicos

13.6 Mejoras al Ciclo teórico Ciclo con Regeneración

Ciclo con Recalentamiento En este caso se mejora el área y el rendimiento total mejora.

Compresores de varias etapas Es bueno tomar compresores de varias etapas pues se logra que el aire no se sobrecaliente, y también que la potencia total sea menor. solamente que hay que refrigerar entre etapa y etapa

CICLO BRAYTON CON INTERENFRIAMIENTO, RECALENTAMIENTO Y REGENERACIÓN

Curiosidades de estas tecnologías

Velocidades Supersónicas

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Una central eléctrica de turbina de gas que opera en un ciclo Brayton ideal tiene una relación de presión de 8. La temperatura del gas es de 300 K en la entrada del compresor y de K en la entrada de la turbina. Utilice las suposiciones de aire estándar y determine a) la temperatura del gas a la salida del compresor y de la turbina, b) la relación del trabajo de retroceso y c) la eficiencia térmica.