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Termodinámica Curso 2006-2007

Ciclo Ciclo BraytonBrayton

• Como Rankine: dos procesos isobaros y dos adiabáticos en flujo

• Fluido de trabajo: gas no condensable• Base de las turbinas de gas

Termodinámica Curso 2006-2007

CicloCiclo BraytonBrayton

Com-presor

Turbina

Qc

Qf

1

2 3

4

P

v

1

2 3

4

T

s

1

2

3

4

Termodinámica Curso 2006-2007

CicloCiclo BraytonBrayton ideal con gas idealideal con gas ideal

23

14

23

14

23

1243 11)()(

TT

TT

hh

hh

hh

hhhh

q

w

c

n

−−

−=−−

−=−

−−−==η

En los procesos isoentrópicos:

4

3

1

1

2

1

2

1

2

1

2

1

212 0lnln

T

T

P

P

P

P

T

T

P

PR

T

Tcs

k

k

c

R

p

p

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⇒=−=Δ

−

Por tanto: kk

k

k

rP

P

T

T/)1(

1

2

1

2

1 1111 −

−

−=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=−=η

r=P2/P1=P3/P4: relación de compresión

Termodinámica Curso 2006-2007

Ciclo Brayton ideal con gas ideal

0

0.10.2

0.3

0.40.5

0.6

0.7

0.80.9

1

0 10 20 30

r

η

kkr /)1(

11 −−=η

Termodinámica Curso 2006-2007

CicloCiclo BraytonBrayton con con aireaire ((turbinaturbina gas)gas)

• Se elimina el enfriador: el aire se vierte a la atmósfera en (4), y se toma aire fresco en (1).

• Calentamiento 2-3: es una cámara de combustión: inyección de combustible, que se quema.

• Ciclo abierto.

Termodinámica Curso 2006-2007

Termodinámica Curso 2006-2007

CicloCiclo BraytonBrayton real con gas idealreal con gas ideal

• Conocidos: P1, T1, P2/P1, T3, εc, εe

T

s

1

2s

3

4s4

223

14

23

14

23

1243

11

)()(

TT

TT

hh

hh

hh

hhhh

q

w

c

n

−−

−=−−

−=

−−−−

==η

Termodinámica Curso 2006-2007

CicloCiclo BraytonBrayton real con gas idealreal con gas ideal

Proceso de compresión: kkk

k

s rP

P

T

T /)1(

1

1

2

1

2 −

−

=≡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= λ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −+=

−+=

cc

s TTT

TTελ

ε1

1112

12

Proceso de expansión:λ1

1

3

4

3

4 =⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

−k

k

s

P

P

T

T

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −−=−−=

λεε 1

11)( 34334 ese TTTTT

Termodinámica Curso 2006-2007

CicloCiclo BraytonBrayton real con gas idealreal con gas ideal

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛−

−−+−

=

=−−−

−−−−=

−−

−=−−

−=

λλεελεε

ελλε

η

11

)1()/(

)/(

/)1(1)/(

1)]/11(1)[/(1

1)/(

1)/(11

13

13

13

13

2113

3143

2

1

23

14

cc

ec

c

e

TT

TT

TT

TT

TTTT

TTTT

T

T

TT

TT

Rendimiento del ciclo Brayton ideal

Reducción del rendimientopor irreversibilidades en compresor y turbina

Termodinámica Curso 2006-2007

Ciclo Brayton real

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 5 10 15 20 25 30

r

eta-

cicl

o

Termodinámica Curso 2006-2007

CicloCiclo BraytonBrayton regenerativoregenerativo

Com-presor

Turbina

1

2 34

Regenerador

Cámara

4*

2*

T

s

1

2s

3

4s4

24*

2*

No cambia wn, disminuye qc: aumenta η