Ciclo de Brayton. Integrantes: Gabriela Delgado López Isamar Porras Fernández

Transcripción

1 Ciclo de Brayton Integrantes: Gabriela Delgado López Isamar Porras Fernández

2 Ciclo de Brayton? Es un proceso cíclico asociado generalmente a una turbina a gas. Al igual que otros ciclos de potencia de combustión interna, el ciclo Brayton es un sistema abierto, aunque para un análisis termodinámico es conveniente asumir que los gases de escape son reutilizados en el ingreso, permitiendo el análisis como sistema cerrado.

3 Quien propuso el ciclo? Fue propuesto por primera vez por George Brayton. Se desarrolló originalmente empelando una máquina de pistones con inyección de combustible, pero ahora es común realizarlo en turbinas con ciclos abiertos y cerrados.

4 Historia Antes del año 1940 todas las máquinas térmicas de combustión interna eran del tipo alternativo: émbolo, biela y cigüeñal. Hacia el año 1940, al lograrse la fabricación de compresores rotativos de alto rendimiento, que permitieron la fabricación de aceros refractarios capaces de resistir altas temperaturas, se posibilitó el desarrollo de las turbinas a gas. Durante la guerra de 1939 a 1945 que la turbina a gas alcanzó su máxima difusión y desarrollo tecnológico.

5 Motor Un motor es la parte de una máquina capaz de transformar algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles entre otros), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. Motor térmico Es una maquina cíclica que tiene como misión transformar energía térmica en energía mecánica que sea directamente utilizable para producir trabajo.

6 Un motor Brayton está compuesto por tres componentes: Un compresor. Un quemador (o cámara de combustión). Una turbina.

7 Objetivo del ciclo BRAYTON El objetivo del ciclo Brayton de turbina de gas es convertir energía en forma de calor en trabajo, por lo cual su rendimiento se expresa en términos de eficiencia térmica. Las dos principales áreas de aplicación de las turbinas de gas son: la propulsión de aviones la generación de energía eléctrica

8 Turbinas de gases Es un dispositivo diseñado para extraer energía química de un fluido y transformarla en energía mecánica.

9 El ciclo Brayton está integrado por cuatro procesos internamente reversibles: 1. Compresión isoentrópica del aire que ingresa al sistema 2. Calentamiento isobárico 3. Expansión isoentrópica 4. Enfriamiento del gas para su reutilización

10 Proceso 1: Compresión isoentrópica del aire que ingresa al sistema: Se comprime el fluido con un compresor sin que haya intercambio de calor con el entorno. Se produce un aumento de la temperatura y de la entalpía, Se genera un aumento de presión y temperatura. Proceso 2: Calentamiento isobárico: El fluido obtiene calor por la combustión del propio gas en la cámara de combustión por lo que aumenta enormemente su temperatura y lo hace a presión constante, del fluido comprimido mediante la incorporación de combustible y la ignición de la mezcla.

11 Proceso 3: Expansión isoentrópica: El gas a alta presión y alta temperatura es expandido en una turbina de tal forma que somos capaces de obtener trabajo. Esta expansión (disminución de la presión) se realiza de forma que el gas no transfiera calor con el exterior e idealmente no varíe su entropía, por lo que disminuye la temperatura del gas. Proceso 4: Enfriamiento del gas para su reutilización: En esta etapa el gas es enfriado en contacto con el ambiente a presión constante. Realmente esta etapa no se da pues es un ciclo abierto y se vierte el fluido al ambiente y se inyecta nuevo al ciclo. En la práctica, el gas es expulsado a la atmósfera y se ingresa al sistema aire fresco.

12 DESCRIPCION DEL CICLO BRAYTON Admisión Escape Compresor Turbina Cámara de combustión

13 Admisión El aire frío y 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 (movido por la turbina). Puesto que esta fase es muy rápida, se modela mediante una compresión adiabática A B. Cámara de combustión En la cámara, el aire es calentado por la combustión del queroseno. Puesto que la cámara está abierta el aire puede expandirse, por lo que el calentamiento se modela como un proceso isóbaro B C.

14 Turbina El aire caliente pasa por la turbina, a la cual mueve. En este paso 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 frío. En el diagrama PV esto corresponde a un enfriamiento a presión constante D A.

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16 TIPOS DE TURBINAS Motor de turbina de gas de ciclo abierto Motor de turbina de gas de ciclo cerrado

17 Áreas de aplicación de la turbina de Gas: Aeronáutica Los gases de escape de alta velocidad producen el empuje para impulsar la aeronave

18 Generación de energía: Centrales eléctricas estacionarias. En conjunto con las centrales eléctricas de vapor. Centrales nucleares

19 Ciclo Brayton con interenfriamiento, recalentamiento y regeneración Cuando el número de etapas aumenta, el proceso de compresión se vuelve isotérmico a la temperatura de entrada del compresor y el trabajo de compresión disminuye.

20 Ciclo Brayton con regeneración En los motores de las turbinas de gas, la temperatura de los gases de escape que salen de la turbina suelen ser bastante mayor que la temperatura del aire que abandona el compresor. Por consiguiente, el aire de alta presión que sale del compresor puede calentarse transfiriéndole calor de los gases de escape calientes en un intercambiador de calor a contraflujo, el cual se conoce también como un regenerador o recuperador

21 DIAGRAMA DE LA MÁQUINA DE TURBINA DE GAS CON REGENERADOR

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23 Ciclo Brayton con interenfriamiento, recalentamiento y regeneración El trabajo neto de un ciclo de turbina de gas es la diferencia entre la salida de trabajo de la turbina y la entrada de trabajo del compresor, y puede incrementarse si se reduce el trabajo del compresor o si aumenta el de la turbina o ambos

24 Eficiencia del ciclo Se encuentra que la eficiencia de las máquinas de Brayton en ciclo cerrado dependen únicamente de la relación de presiones isentrópicas. Si se aumenta la presión de entrada a la turbina, también se incrementa la temperatura en dicha entrada. La máquina de Brayton con ciclo cerrado (adición externa de calor) ha recibido una atención considerable para emplearla en sistemas nucleares y, más recientemente, en sistemas de energía solar a temperatura elevadas.

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