Tema 12Tema 12Ciclos de GasCiclos de Gas
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