“El Ciclo Brayton Ideal”: Universidad Autonóma De Nuevo León Facultad De Ciencias Químicas Ingeniero Químico

UNIVERSIDAD AUTONÓMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS INGENIERO QUÍMICO

“EL CICLO BRAYTON IDEAL” Integrantes:  Analicia Lozano López 1792468  Andrés Zavala Daz 1792492 Ileana del !ar"en !ontreras !#apa 167$17%  Ad&n Di"as 'onz&lez 167222% (es)s *o"&n Alans +ilva 16779,9 -ateria: .er"odin&"ica de los procesos 'r/po: %%$

0/ipo 4

Docente: Dr !arlos 0sca"illa Alvarado

+an 3icol&s de los 'arza 3/evo León 12 de "a5o del 2%17

El Ciclo Brayton Ideal Universidad Autónoma de Nuevo León

Equipo 4

ÍNDICE *es/"en2 1

Introd/cción2

2

istoria2

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Aplicaciones$

4

entaas 5 Li"itaciones4

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41

entaas4

42

Li"itaciones4

Aspectos ter"odin&"icos, ,1

0tapas del proceso,

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!iclos6

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ór"/las6

6

0e"plo9

7

!oncl/sión1%

*eerencias11

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Equipo 4

Resumen 0l ciclo ;ra5ton ideal se deine co"o /n ciclo ter"odin&"ico de /na "a/ina tér"ica pansión adia=&tica 5 por )lti"o rec#azo de calor a presión constante

1. In!"#u$$%&n 0n este tra=ao se descri=ir& 5 se e>pondr& de "anera /nda"ental el ciclo ;ra5ton ta"=ién conocido co"o ciclo (o/le o ciclo ro/de terna para inal"ente e>pandirse en el cilindro de e>pansión prod/ciendo /n tra=ao 0l "otor tena /n gran pro=le"a al no poder garantizar a la perección la presión constante en el proceso de calenta"iento del aire co"pri"ido Ig/al"ente 5 tal 5 co"o #a=a previsto (o/le los "otores de ;ra5ton para desarrollar /na potencia razona=le de=an de ser e>tre"ada"ente grandes con lo /e a/n/e llegaran a co"ercializarse n/nca gozaron de gran di/sión principal"ente de=ido a /e no se prod/can "otores tan grandes en esos tie"pos 0n la act/alidad el ciclo ;ra5ton se asocia al "otor de t/r=ina de gas si =ien ;ra5ton a"&s dise?ó otra cosa /e /n "otor de pistones A/n/e el l/ido ter"odin&"ico s/re los "is"os procesos /e a/ellos a los /e se so"eta en s/ versión de "otor de pistones la t/r=ina de gas presenta la caracterstica dierencial de /e es /n "otor de l/o contin/o +igniica /e el l/ido #a=it/al"ente aire es contin/a"ente ad"itido 5 contin/a"ente e>p/lsado del "otor a dierencia de en los "otores de pistones en los /e la ad"isión 5 la e>p/lsión es inter"itente

*. A+,%$)$%"nes  Act/al"ente se sa=e /e el ca"po de aplicación de las t/r=inas de gas BI"agen 1C es "&s a"plio /e el de las t/r=inas de vapor 0sto es as por el #ec#o de /e son los "otores tér"icos con "a5or potencia especica /e e>iste Bes decir E de potenciaFg de peso de la "&/inaC De=ido a esto ade"&s de la generación de potencia las t/r=inas de gas se /san en aplicaciones de cogeneración 5 principal"ente en la aviación 0n este )lti"o ca"po ade"&s de s/ alta relación potenciaFpeso /e per"ite constr/ir "otores de gran potencia /e sean ade"&s "/5 livianos se aprovec#a el gran ca/dal de gases /e "/even para generar el e"p/e necesario para #acer avanzar el avión

I"agen 1 G ./r=ina de gas Bernandez 2%%9C

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-. Ven))s / L%m%)$%"nes 4. !enta"as a# $# c# d#

0n el ciclo e>iste /na "/5 =/ena relación entre la potencia contra el peso 5 el ta"a?o La realización del ciclo se identiica por tener /n =ao costo de instalación na vez instalado s/ servicio es de "anera r&pida 0l ciclo consta de /na "&/ina rotante por lo c/al no tiene "ovi"ientos co"pleos

co"o son los "ovi"ientos roto alternativos de los "otores de co"=/stión interna e# !o"o se #a=a dic#o el ciclo consta de /na "&/ina rotante 5 es de gran ventaa 5a /e el e/ili=rado de la "is"a es pr&ctica"ente perecto 5 si"ple a dierencia de "&/inas con "ovi"iento alternativos %# 0l ciclo consta de /na "enor cantidad de piezas en "ovi"iento co"parado con los "otores de co"=/stión interna &# !o"o se tiene /na "enor cantidad de piezas en "ovi"iento se tienen "enores pérdidas por roza"iento '# 0n el ciclo se tiene /n siste"a de l/=ricación "&s si"ple iC La "&/ina tér"ica /nciona a "&s =aa presiones por lo tanto #a5 =aas presiones de tra=ao  C 0n dierencia a los "otores de co"=/stión interna en el ciclo ;ra5ton el proceso de co"=/stión es contin/o 5 éste es realizado a presión constante en la c&"ara de co"=/stión C !ontiene pocos co"ponentes en el ciclo: /n co"presor c&"aras de co"=/stión 5 t/r=inas lC Dierente a las t/r=inas a vapor /e re/ieren de /n condensador éste no necesita ag/a "C na de las ventaas "&s i"portantes es /e se per"iten e"plear dierentes tipos de co"=/sti=les co"o erosene gasoil gas nat/ral car=ón p/lverizado sie"pre /e los gases de co"=/stión no se depositen en ellos 4.( Limitaciones

na de las grandes desventaas del ciclo es /e tiene /n =ao rendi"iento tér"ico esto signiica /e tiene /n alto cons/"o especico de co"=/sti=le de=ido a 2 razones: aC 0>iste /na alta pérdida de calor al a"=iente esto es a ca/sa de las altas te"perat/ras de salida de los gases de escape por la c#i"enea entre 49,H! a ,6% H! =C 'ran parte de la potencia generada por la t/r=ina es de"andada por el co"presor a>ial esto es /n 7, de la potencia total de la t/r=ina

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0. As+e$"s e!m"#%nm%$"s 0l ciclo ;ra5ton descri=e el co"porta"iento ideal de /n "otor de t/r=ina de gas para entender  el ciclo es necesario tener en c/enta el /nciona"iento de la t/r=ina de gas las t/r=inas de gas nor"al"ente se conor"an por 4 etapas sin i"portar /e sean t/r=inas de ciclo a=ierto o cerrado ). Etapas del proceso

Las etapas del proceso BI"agen 2C son las sig/ientes:

I"agen 2 J 0s/e"a de la t/r=ina de gas con ciclo ;ra5ton BK03'0L 2%12C  . C om pr es or  

0n esta pri"era etapa el aire ro 5 a presión at"osérica entra por la =oca de la t/r=ina /na vez dentro el aire es co"pri"ido 5 dirigido #acia la c&"ara de co"=/stión "ediante /n co"presor Bel c/al es "ovido por la t/r=inaC ( . C *m ar a de c om $u st i ón

0n esta etapa se genera el proceso de calenta"iento en este caso tene"os /na co"=/stión a presión contante en la c/al se li=era "/c#o calor calor /e se e"plea en elevar la te"perat/ra del aire +. ,ur $i na

0l aire caliente pasa por la t/r=ina a la c/al "/eve 0n este paso el aire se e>pande 5 se enra r&pida"ente 4. Escape

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iste /n interca"=io de calor  5a /e son procesos iso=&ricos 0n la co"=/stión B2$C: na cantidad de calor B Q H  ¿  procedente de la energa interna del co"=/sti=le es transerida al aire Dado /e el proceso es a presión constante el calor  a=sor=ido por el aire coincide con el a/"ento de la entalpia Q

=∆ H = nCp∆T = nC p T  −T 

0n el escape B41C 0l aire enriado /e sale al e>terior tiene /na te"perat/ra "a5or /e a la entrada es por eso /e se li=era /n calor B QC ¿  al a"=iente QC = ∆ H =nCp∆T = nCp ( T 1−T 4 )

 Ade"&s del interca"=io de calor en este ciclo se realiza tra=ao en las c/atro etapas 0n el co"presor B12C +e realiza /n tra=ao so=re el aire Al ser /n proceso adia=&tico todo este tra=ao se invierte en incre"entar la energa interna del aire elevando s/ te"perat/ra Q= 0 W 12= ∆U =nCv ∆ T =nCv ( T 2−T 1)

0n la c&"ara de co"=/stión B2$C: 0l gas se e>pande a presión constante por lo /e el tra=ao es ig/al a la presión por el incre"ento de vol/"en W 23=− P ∆ V =− P ( V 3−V 2 ) = PV 2 − P V 3 =nR ( T 2−T 3)

0n la t/r=ina B$4C 0s el aire el /e realiza tra=ao so=re el pistón De n/evo este tra=ao )til e/ivale a la variación de la energa interna Q=0

W 34= ∆ U = nCv∆T = nCv ( T 4−T 3)

0n el escape B41C .ene"os /na co"presión a presión constante

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W 41=− P ∆ V =− P ( V 1−V 4 )= P V 4 − PV 1 =nR ( T 4 −T 1 )

0l tra=ao total prod/cido so=re el gas es la s/"a de los tra=aos en cada etapa W Total =nCv (T 2−T 1 ) + nR ( T 2−T 3 ) + nCv ( T 4 −T 3 ) + nR ( T 4−T 1 ) W Total =nCv ( T 2 + T 4−T 1−T 3 ) + nR ( T 2+ T 4−T 1−T 3 ) C  P=C V + R W Total =n C  P ( T 2+ T 4 −T 1 −T 3  =−Q H −QC 

La anterior ec/ación es v&lida de=ido a /e por tratarse de /n proceso cclico la variación de la energa interna total del ciclo es ig/al a cero 5 por lo tanto se p/ede llegar a /e: W Total=−QTotal

0sto i"plica /e el calor neto introd/cido en el siste"a es ig/al al tra=ao total realizado por  este Al e>presarse con valor a=sol/to o=tendra"os la sig/iente e>presión:

|W |=|Q H |−¿ QC ∨¿ La eiciencia ter"ina de /na "a/ina se deine en general co"o Mlo /e saca"os dividido por  lo /e nos c/estaN 0n este caso lo /e saca"os es el tra=ao neto )til  O E O Lo /e nos c/esta es el calor  Q H   /e introd/ci"os en la co"=/stión