3. El ciclo Brayton, también conocido como ciclo
Joule o ciclo Froude, es un ciclo
termodinámico consistente, en su forma más
sencilla, en una etapa de compresión adiabática,
una etapa de calentamiento isobárico y una
expansión adiabática de un fluido termodinámico
compresible. Es uno de los ciclos termodinámicos
de más amplia aplicación, al ser la base del motor
de turbina de gas, por lo que el producto del ciclo
puede ir desde un trabajo mecánico que se emplee
para la producción de energía eléctrica o algún otro
aprovechamiento –caso de las industrias de
generación eléctrica y de algunos motores
4. El ciclo Brayton aparece por primera vez
asociado a la patente de una máquina de
gas del inventor el inglés John Barbar, en
1791. Formalmente, el motor de Barber
podría ser clasificado como de flujo
discontinuo, si bien su rudimentario sistema
de compresión, incapaz de alcanzar
siquiera las 2 atmósferas de presión, y las
elevadísimas pérdidas de calor asociadas al
sistema de calentamiento, así como las
complicaciones asociadas al emplear aire
en vez de vapor de agua, hicieron que el
motor fracasara estrepitosamente frente a
la mucho más eficaz máquina de
vapor de James Watt. Del mismo modo en
que ocurrió con otros motores de la época,
como el motor Stirling, la idea de Barber
cayó en el olvido.
5. CICLO BRAYTON DE TURBINAS A
GASEn el año 1873 GEORGE BRAYTON (1830 – 1892) expuso el principio de
funcionamiento del ciclo que lleva su nombre.
Si bien se le llama ciclo termodinámico, en realidad el fluido de trabajo no realiza un
ciclo completo dado que el fluido que ingresa es aire y el que egresa son gases de
combustión, o sea en un estado diferente al que se tenia cuando se inició el
proceso, por eso se dice que es un “ciclo abierto”.
Las turbinas a gas son máquinas térmicas rotativas de combustión interna a flujo
continuo cuyo esquema se representa en la siguiente figura.
8. COMPRESOR DE LA TURBINA A GAS
Compresor Centrífugo Compresor Axial
Se encarga de comprimir el aire, antes de introducirlo en la cámara de
combustión. El empuje aumenta cuanto mayor es la compresión. Este es un
proceso adiabático.
9. Tenemos por el primer principio de la termodinámica
𝑸 = ∆𝑼 + 𝑾
Dado que no hay intercambio de calor entre el gas ideal (aire) y el medio ambiente se
tiene que.
𝑸 𝟏 = ∆𝑼 𝟏 + 𝑾 𝟏
𝑸 𝟏 = 𝟎
∆𝑼 𝟏= 𝑾 𝟏 (1)
Lo que nos dice que (𝒘 < 𝟎) y por lo tanta aumenta la energia interna del sistema
(𝑼 𝟏 < 𝑼 𝟐), lo que nos dice que la temperatura del gas aumenta.
10. ÁLABES GUÍAS DE INGRESO
El aire al entrar en la primera
etapa del compresor es
orientado por los álabes guías
de entrada de manera que fluya
en la dirección correcta para ser
recogido por los álabes de rotor.
Los álabes guías de entrada son
similares a los álabes de estator,
pero están diseñados para tener
un efecto mínimo sobre la
velocidad o presión del aire que
entra.
En la mayoría de los motores los
álabes guías de entrada son
fijos, pero en algunos estos son
variables y pueden ajustar su
ángulo automáticamente para
minimizar la posibilidad de
“stall”.
