Presentacin de PowerPoint

UNIVERSIDAD AUTNOMA DEL ESTADO DE MXICOFACULTAD DE QUMICA

PROGRAMA EDUCATIVO DE INGENIERO QUMICO

TERMODINMICA aPlicadaCiclo Brayton

E.I.Q. Alarcn Castillo Mnica FernandaE.I.Q. Daz Vargas RosalindaE.I.Q. Espinosa Zarate Mnica AreliE.I.Q. Samaniego Gonzlez AndreaE.I.Q. Villegas Soto Elizabeth

Ing. Julin Cruz Olivares

Grupo: 36

Antes del ao 1940 todas las mquinas trmicas de combustin interna eran del tipo alternativo: mbolo, biela y cigeal.

Recin, hacia el ao 1940, al lograrse la fabricacin de compresores rotativos de alto rendimiento, progresos en la metalurgia, permitieron la fabricacin de aceros refractarios.

Fue durante la guerra de 1939 a 1945 que la turbina a gas alcanz su mxima difusin y desarrollo tecnolgico INTRODUCCININTRODUCCINEn 1872, George Brayton solicit una patente para su motor Ready.

Es un motor de presin constante de movimiento alternativo.

El motor utiliza un compresor de pistn separado y expansor. El aire comprimido se calienta por el fuego interno, ya que entr en el cilindro de expansin

El ciclo Joule - Brayton tiene la ventaja de producir bastante potencia con poco peso de las mquinas.

Una desventaja es el elevado consumo de combustible comparndolo con los motores de combustin interna.

INTRODUCCIN

En el ao 1873 GEORGE BRAYTON (1830 1892) expuso el principio de su funcionamiento que originariamente se desarroll empleando una mquina de pistones con inyeccin de combustible, para luego realizarlo como ciclo abierto simple llamado turbina a gas.

El fluido de trabajo no realiza un ciclo completo dado que el fluido que ingresa es aire y el que egresa son gases de combustin, o sea en un estado diferente al que se tenia cuando se inici el proceso, por eso se dice que es un ciclo abierto. TURBINA A GAS CICLO ABIERTO SIMPLE DE UN SOLO EJELas turbinas de gas de ciclo abierto simple utilizan una cmara de combustin interna para suministrar calor al fluido de trabajo y las turbinas de gas de ciclo cerrado simple utilizan un proceso de transferencia para agregar o remover calor del fluido de trabajo.

USOS COMUNES DEL CICLO BRAYTONEs la base del motor de turbina de gas

El producto del ciclo puede ir desde un trabajo mecnico que se emplee para la produccin de energa elctrica o algn otro aprovechamiento hasta la generacin de un empuje en un aerorreactor.

TURBINA A GASCiclo BraytonConsiste en dar presin al aire para luego calentarlo a base de quemar combustible. Posteriormente este gas a alta temperatura se hace pasar por una turbina donde se extrae su energa; una parte de esa energa se emplea para impulsar el compresor, y la energa restante se utiliza para girar un generador elctrico

Ciclo BraytonUn motor de tipo Brayton constaba de tres componentes:

Un compresor

Una cmara de mezcla

Un expansor

Ciclo Brayton

CICLO BRAYTON IDEAL Usa como fluido de trabajo un gas y que consiste en cuatro etapas:

Compresin adiabtica e isentrpica. 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 entalpa.

Calentamiento isobrico. El fluido obtiene calor por la combustin del propio gas en la cmara de combustin por lo que aumenta enormemente su temperatura y lo hace a presin constante.

Expansin adiabtica e isntrpica. El gas a alta presin y alta temperatura es expandido en una turbina de tal forma que somos capaces de obtener trabajo. Esta expansin (disminucin de la presin) se realiza de forma que el gas no transfiera calor con el exterior e idealmente no vare su entropa, por lo que disminuye la temperatura del gas.

Enfriamiento isobrico. En esta etapa el gas es enfriado en contacto con el ambiente a presin 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.

Ciclo Brayton1. AdmisinEl aire fro y a presin atmosfrica entra por la boca del compresor 2. 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 A B.

3. 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 B C.Ciclo Brayton

Ciclo Brayton4. 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.

5. EscapePor ltimo, en el modelo abierto el aire de salida simplemente sale al exterior y cede calor al ambiente y vuelve a entrar por la boca del compresor ya fro. Y en el modelo cerrado; el aire es enfriado mediante un intercambiador de calor para entrar de nuevo al compresor.Ciclo Brayton

Intercambios de CalorDe los cuatro procesos que forman el ciclo de Brayton cerrado, no se intercambia calor en los procesos adiabticos A B y C D. Aunque s se intercambia en los dos procesos isobricos.

En la combustin B C, una cierta cantidad de calor Qc es requerida y dado que el proceso sucede a presin constante, el calor coincide con el aumento de la entalpaEl subndice "c" viene de que este calor se intercambia con un foco caliente.En la expulsin de los gases D A el aire sale a una temperatura mayor que a la entrada, liberando al ambiente un calor Qf. Siendo un calor que sale del sistema al ambiente, su signo ser negativo. El subndice "f" viene de que este calor se cede a un foco fro, que es el ambiente.Intercambios de CalorQc y Qf

Trabajo RealizadoEn este ciclo tan particular se realiza trabajo en los cuatro procesos. En dos de ellos el trabajo es positivo y en dos es negativo.En la compresin de la mezcla A B, se realiza un trabajo positivo sobre el gas. Al ser un proceso adiabtico, todo este trabajo se invierte en incrementar la energa interna, elevando su temperatura:En la combustin el gas se expande a presin constante, por lo que el trabajo es igual a la presin por el incremento de volumen, cambiado de signo:Trabajo RealizadoEn la expansin C D es el aire el que realiza trabajo sobre el pistn. De nuevo este trabajo til equivale a la variacin de la energa internaFinalmente en el enfriamiento en el exterior o en el segundo intercambiador tenemos una compresin a presin constante:El trabajo neto realizado sobre el gas es la suma de los cuatro trminosPor tratarse de un proceso cclico, la variacin de la energa interna es nula al finalizar el ciclo. Esto implica que el calor neto introducido en el sistema es igual al trabajo neto realizado por este, en valor absoluto.EficienciaEficiencia con respecto a la TemperaturaLa eficiencia no depende de la cantidad de gas que haya en la cmara.Rendimiento con respecto a la relacin de presionesLa relacin r de presin igual al cociente de la presin al final de la compresin entre la presin al inicio de ste.Rendimiento con respecto a la relacin de presionesPor lo tanto, podemos concluir que la eficiencia terica de un ciclo Brayton depende, exclusivamente de la relacin de presiones.

Es posible hacer algunas modificaciones al ciclo Brayton bsico para obtener valores ms favorables de eficiencia trmica y trabajo neto. Las modificaciones que podemos hacer son las siguientes:CICLO CON ENFRIAMIENTO INTERMEDIO DEL AIREComprimir los gases de admisin en dos etapas con una refrigeracin intermedia, para sacar parte del calor que han adquirido en la primera etapa de compresin.

Wnet (sin enfriador) < Wnet (con enfriador)

Por otro lado, se requiere suministrar una mayor cantidad de calor al ciclo con enfriador para aumentar la temperatura desde (T4) hasta (TS) que en el ciclo sin enfriador, donde nicamente es necesario elevar la temperatura desde (T2) hasta (TS).

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ter (sin enfriador) > ter (con enfriador)CICLO CON RECALENTAMIENTO INTERMEDIOSe puede aumentar la potencia de la mquina, realizando la expansin en etapas de varias turbinas con recalentamiento intermedio en cada etapa, hasta alcanzar la temperatura lmite inicial. Tericamente podra emplearse un nmero infinito de etapas de recalentamiento, lo que llevara, en el lmite, a una expansin isotrmica.

CICLO REGENERATIVOEn ocasiones se presenta que la temperatura de los gases a la salida de la turbina en el ciclo Brayton es mayor que la temperatura del aire a la salida del compresor.El ciclo regenerativo aprovecha esta diferencia de temperaturas para transferir a un regenerador o intercambiador de calor, energa trmica de los gases que salen de la turbina, al aire que sale del compresor.

La eficiencia trmica del ciclo Brayton aumenta debido a la regeneracin, en virtud de que la porcin de energa de los gases de escape que normalmente se libera en los alrededores ahora se usa para precalentar el aire que entra a la cmara de combustin. Esto, a su vez, disminuye los requerimientos de entrada de calor (y en consecuencia, de combustible) para la misma salida de trabajo neta. El empleo de un regenerador se recomienda solo cuando la temperatura de escape de la turbina es mas alta que la temperatura de salida del compresor. De otro modo, el calor fluir en la direccin inversa (hacia los gases de escape), y reducir eficiencia. sta relacin se encuentra en las mquinas de turbina de gas que operan a relaciones de presin muy altas.ProblemaEn el diagrama se muestra un ciclo ideal y reversible de Brayton que utiliza aire. La relacin de presiones es de 5 y la temperatura a la entrada de la turbina es T3 = 900 [C]; se sabe que la presin y la temperatura del aire a la entrada del compresor son P1 = 10^5 [Pa] y T1 = 40 [C] respectivamente. Determine para el ciclo: El volumen especfico del aire a la entrada y a la salida del quemador. b) El trabajo, asociado a cada unidad de masa, que recibe el compresor.

Una planta de turbina de gas que opera en un ciclo Brayton con regeneracin, entrega 20000 kWa un generador elctrico. La temperatura mxima es 1200 K y la temperatura mnima es 290 K.La presin mnima es 95 kPa y la presin mxima es 380 kPa. La eficiencia del regenerador es de 75%. La eficiencia del compresor es de 80% y la de la turbina es 85%.a) Cul es la potencia de la turbina?b) Qu fraccin de la potencia de la turbina es usada para mover el compresor?

bibliografahttp://energiadoblecero.com/definiciones/ciclos-termodinamicos/ciclo-braytonhttps://www.youtube.com/watch?v=FbvXhafrbMYhttps://www.youtube.com/watch?v=gqNtoy2x5bUhttp://energiadoblecero.com/definiciones/ciclos-termodinamicos/ciclo-braytonhttp://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Brayton#Descripci.C3.B3n_del_ciclohttps://sites.google.com/site/tecnorlopez33/tema3-maquinastermicas/04-ciclo-braytonhttp://www.cicloscombinados.com/index.php/el-ciclo-brayton. M. Smith (2006) Introduccin a la Termodinmica en Ingeniera Qumica (6 ed.). Mxico. Editorial Mc Graw Hill. p.p. 326-329.Moran, M.J. et al. (1995) Fundamentos de Termodinmica Tcnica Tomo 1. Espaa. Editorial Revert. p.p. 508-517Huang, F. (1985) Ingeniera Termodinmica Fundamentos y Aplicaciones. Mxico. Editorial CECSA. p.p. 355-361.