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7/16/2019 Ciclo de Bayton Exporsicion
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CICLIO DEBRAYTON
INTEGRANTES:PAULINA ANNETTE ORTEGA FLORES
KARLA LOPEZ GARCIA
LIDDA MARIAM CALIXTO HEREDIA.
CRYSTAL ALEJANDRA GULUARTE VELEZ.
MANUEL SANCHEZ CABALLERO
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El ciclo ideal para los motores de
turbina de gas.
El ciclo Brayton fue propuesto por George
Brayton por primera vez para usarlo en el
motor recíprocamente que quemaba aceitedesarrollado por el alrededor de 1870.
Actualmente se utiliza en turbinas de gas
donde los procesos tanto de compresión
como de expansión suceden en maquinariarotatoria.
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¿ Como funciona una turbina de
gas?
•Primero se introduce aire fresco en condiciones ambiente
dentro del compresor, donde su temperatura y presión seeleva.
•El aire de alta presión sigue hacia la cámara de combustión,
donde el combustible se quema a presión constante.
•Los gases de alta temperatura que resultan entran a la
turbina, donde se expanden hasta la presión atmosférica,
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Los gases de escape que salen de la turbina
se expulsan hacia fuera (no se recirculan),
causando que el ciclo se clasifique como un
ciclo.
Ciclo Abierto
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Ciclo Cerrado
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El ciclo ideal que el fluido de trabajo experimenta
en este ciclo cerrado es el ciclo Brayton, el cual
está integrado por cuatro procesos internamente
reversibles:
Comprensión isentropica.
Adición de calor a presión constante.
Expansión isentropica (en una turbina).
Rechazo de calor a presión constante.
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Diagrama de PV
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Los cuatro procesos del ciclo Brayton se
ejecutan en dispositivos de flujo
estacionario Deben analizarse como procesos de flujo estacionarios.
El balance de energía es:
( q entrada - q salida) + (W entrada - w salida) = h salida – h entrada
Por lo tanto, la transferencia de calor hacia y desde el fluido de
trabajo es:
q entrada = h3-h2= Cp (T3-T2)
q salida= h4 – h1 = Cp (T4-T1)
Entonces, la eficiencia térmica del ciclo Brayton ideal bajo las
suposiciones de aire estándar frio se convierte en:
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EficienciaIntercambio de calor
De los cuatro procesos que forman el ciclo cerrado, no seintercambia calor en los procesos adiabáticos A→B y C→D, perosi se intercambia en los dos procesos isóbaros.
En la combustión B→C
El subíndice "c" viene de que este calor se intercambia con unsupuesto foco caliente.
En la expulsión de los gases D→A
El subíndice "f" viene de que este calor se cede a un foco frío, que esel ambiente.
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Trabajo
Durante todo el ciclo se realiza trabajo. En dos el trabajoes positivo y en dos es negativo.
En la compresión de la mezcla A→B, se realiza un
trabajo positivo sobre el gas. Al ser un procesoadiabático, todo este trabajo se invierte en incrementar
la energía interna, elevando su temperatura:
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En la combustión el gas se expande a presión constante,por lo que el trabajo es igual a la presión por elincremento de volumen, cambiado de signo:
Este trabajo es negativo, ya que es el aire, al expandirse,el que realiza el trabajo. Aplicando la ecuación de losgases ideales y que p
B
= pC
, podemos escribir estetrabajo como
En la expansión C→D es el aire el que realiza trabajo
sobre el pistón. De nuevo este trabajo útil equivale a lavariación de la energía interna
este trabajo es negativo, por ser el sistema el que lo
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Caso PracticoComo caso concreto, consideraremos una central eléctrica de
turbina de gas que opera en un ciclo Brayton ideal y tiene unarelación de presión de 8. La temperatura del gas es de 300 K
en la entrada del compresor y de 1300 K en la entrada de la
turbina. Determinaremos la temperatura del gas a la salida del
compresor y de la turbina, y la eficiencia de esta turbina.
Eficiencia
La eficiencia de este ciclo es
Esto quiere decir que más de la mitad del calor que entra en el
ciclo ideal es disipada al exterior y solo un 45% es aprovechado
como trabajo. En una turbina real la eficiencia es aun más baja.
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Temperaturas
La temperatura a la salida del compresor, T B, puede calcularseempleando la ley de Poisson
Vemos que la compresión incrementa la temperatura en 243 K,mientras que la combustión lo hace en (1300−543) K = 757 K,más del triple que la compresión.
Del mismo modo se calcula la temperatura a la salida de la turbina
El gas a la salida está a una temperatura muy superior a ladel ambiente, por lo que la entrega de calor al foco frío esmuy importante.