Practica De Termodinamica

Introducción

1. Ciclo Brayton ideal:

La mayor parte de los dispositivos que producen potencia operan en ciclos,

y el Estudio de los ciclos de potencia es una parte interesante e importante de la

termodinámica.

Los ciclos que se efectúan en dispositivos reales son difíciles de examinar porque

hay demasiadas variaciones y detalles que se tienen que tomar en cuenta al

mismo tiempo y se complica demasiado el entorno. Para facilitar el estudio de los

ciclos se optó por crear el llamado ciclo ideal, en el cual se eliminan todas esa

complicaciones y retrasos para tomar decisiones, que no arrojan resultados

extremadamente exactos pero los márgenes de error son insignificantes,

acercándonos muchos a los valores reales, así pues, estos valores se alejan de la

realidad pero en una manera muy moderada. Se puede afirmar que difieren pero

se encuentran aproximadamente en el mismo rango.

Los ciclos ideales son internamente reversibles pero, a diferencia del ciclo de

Carnot, no es necesario que sean extremadamente reversibles. Es decir, pueden

incluir irreversibilidades externas al sistema como la transferencia de calor debida

a una diferencia de temperatura finita. Entonces, la eficiencia térmica de un ciclo

ideal, por lo general, es menor que la de un ciclo totalmente reversible que opere

entre los limites de temperatura. Sin embargo, aún es considerablemente más alta

que la eficiencia térmica de un ciclo real debido a las idealizaciones empleadas.

El ciclo Brayton es la aproximación del ciclo de aire estándar ideal para los

motores de turbinas de gas. Este ciclo difiere de los ciclos Otto y Diesel en que los

procesos que componen el ciclo ocurren en sistemas abiertos o volúmenes de

control. Por lo tanto, un sistema abierto, el análisis de flujo estable es usado para

determinar la transferencia de calor y trabajo para el ciclo.

• Asunciones de Aire Standard

En el estudio de los ciclos de potencia de gas, asumiremos que la sustancia

de trabajo es aire, y que el aire es sometido a un ciclo termodinámico, para

simplificar el análisis, aproximaremos los ciclos con las siguientes asunciones:

•El aire circula continuamente en un circuito (lazo) cerrado.

•Todos los procesos que componen el ciclo son internamente reversibles.

•El proceso de combustión es reemplazado por un proceso de adición de calor

desde una fuente externa.

•Un proceso de rechazo de calor que restaura el fluido de trabajo a su estado

inicial reemplaza el proceso de disipación de calor

•Las asunciones de aire frio estándar son aplicables cuando el fluido de trabajo es

aire y tiene calores específicos constantes evaluados a temperatura ambiente

25ºC o 77ºC).

En la realidad el ciclo Brayton es un ciclo abierto como se puede observar en la siguiente figura:

Pero para efectos de cálculos se puede simular como un sistema cerrado,

quedando de la siguiente manera:

• Procesos

1-2 Compresión isentrópica (en un compresor)

2-3 Adición de calor a presión constante

3-4 Expansión isentrópica (en un turbina)

4-1 Rechazo de calor a presión constante

Y se representan en los diagramas P-v y T-s de la siguiente manera:

La eficiencia de este ciclo varia con la relación de presiones, es directamente proporcional, el cambio es más significativo para relaciones de presión de 5 a 15 luego a medida que va aumentando esta relación de presiones el cambio es menos brusco, como observa en el grafico.

Aplicando la ecuación general de la primera ley a través de los balances de energía en cada dispositivo, podemos conseguir la energía presente en cada uno de ellos, bien sea calor o trabajos, ya que la energía cinética y potencial es despreciable en este tipo de dispositivos:

De esta manera podemos emplear la ecuación de la eficiencia para el ciclo Brayton simple:

Se sabe que los procesos isoentropicos se cumple que:

Sustituyendo estas relaciones isoentropicas podemos simplificar un poco la ecuación de la eficiencia:

Desviaciones que presenta el ciclo real respecto al ideal:

Debido a las irreversibilidades que presentan los ciclos reales, los procesos de

suministro de calor no son completamente isobáricos, y los de expansión y

compresión tampoco son completamente a entropía constante, como se puede

apreciar en el diagrama T-s que se muestra a continuación:

Estas desviaciones se miden a través de las eficiencias isoentrópicas del

compresor y la turbina:

Etapas:

• En Admisión

El aire frío y a presión atmosférica entra por la boca de la turbina

• Compresor:

El aire es comprimido y dirigido hacia la cámara de combustión mediante un compresor (movido por la turbina). Puesto que

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