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Ciclo de Brayton Facultad de Ingeniería División de Ciencias Básicas
Martín Bárcenas
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1 2 Compresión adiabática: Se supone que, como se realiza muy rápidamente, el fluido de trabajo no intercambia calor con el medio exterior, por lo que el proceso puede ser considerado adiabático. 2 3 Combustión (Isobara): Por la temperatura alta del aire al inyectarse el combustible se produce una combustión instantánea, produciendo una cantidad de calor QA. Se considera un proceso a presión constante y una variación de volumen ya que se inyecta el combustible. Martín Bárcenas
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3 4 Expansión adiabática: Se supone que debido a la rapidez de giro del motor los gases quemados no tienen tiempo para intercambiar calor con el medio exterior, por lo que se puede considerar que sufren un proceso adiabático. 4 1 Salida de calor (Isobárico): Se tiene una pérdida de calor QB que permite considerar un proceso a presión constante. Este proceso ocurre en el intercambiador de calor o bien en la atmósfera. Martín Bárcenas
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Cálculo de la eficiencia El ciclo idealizado que se analiza aquí, supone que la sustancia de trabajo es un gas ideal y no una mezcla aire combustible como ocurre en la realidad. Analizaremos los procesos con la finalidad de encontrar la eficiencia del ciclo. Martín Bárcenas
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En el proceso 2 3 el sistema recibe calor : En el proceso 4 1 el sistema transmite calor al medio ambiente: Martín Bárcenas
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Desarrollando la expresión de la eficiencia tenemos: Si definimos la relación de compresión como: Si definimos la relación de compresión como: Martín Bárcenas
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Cálculo de la entropia del ciclo de Brayton El ciclo idealizado que se analiza aquí, supone que la sustancia de trabajo es un gas ideal., además consideramos que los procesos son reversibles. El proceso 1 2 es adiabático por lo que : 1S2 = 0 El proceso 2 3 es isobárico por lo que : Martín Bárcenas
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pero P3 = P2 , por lo que: El proceso 3 4 es adiabático por lo que : 3S4 = 0 El proceso 4 1 es isobárico por lo que : pero P4 = P1 , por lo que: Martín Bárcenas
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Además, como se trata de un ciclo ideal reversible entonces: Martín Bárcenas
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Ejemplo: El aire suministrado a un ciclo de Brayton ideal se encuentra a una presión de 1 bar y a una temperatura de 40 °C. Si la relación de presiones es 5, T2= K, T4= K y el aire a la entrada de la turbina se encuentra a 800 °C, calcular: Los calores suministrado y rechazado en el ciclo, por unidad de masa. El trabajo neto en el ciclo, por unidad de masa. La eficiencia del ciclo. La variación de entropia en cada proceso. Datos complementarios: cp= 1004 J/kgK, cv= 717 J/kgK, R = 287 J/kgK, k = 1.4 Martín Bárcenas
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cp= 1004 J/kgK, cv= 717 J/kgK, R = 287 J/kgK, k = 1.4 qA= 5.79x105 [J/kg], qB=-3.65x105 [J/kg] W=2.14x105 [J/kg] 36.9 % o bien 0.369 0, [J/kg], 0, [J/kg], Martín Bárcenas
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