ecuaciones

1. 1
CICLO BRAYTON O CICLO JOULE
Dado el diagrama PV del ciclo Brayton, ubicar los diferentes puntos del ciclo (compresión,
combustión, expansión, escape) en una turbina de gas, con la ecuación correspondiente
(de energía, calor o trabajo) y el balance total.
 Descripción del ciclo: describe el comportamiento ideal de un motor de turbina de
gas. Las etapas del proceso en la turbina son las siguientes.
Figura 1.
Figura 2. Diagrama PV
En el presente diagrama PV observamos las condiciones que se dan en el
proceso, ubicando las etapas del funcionamiento de la turbina.

2.  Admisión y compresor: el aire frio y a presión atmosférica entra por la boca de la
turbina, el aire es comprimido y dirigido hacia la cámara de combustión (movido
por la turbina). Puesto que esta fase es muy rápida, se modela mediante una
compresión adiabática AB.
Del punto A  B se está realizando un trabajo positivo sobre el gas. Al ser un
proceso adiabático, todo ese trabajo se invierte en incrementar la energía interna,
elevando su temperatura. El calor es cero por ser adiabático, entonces el trabajo
es:
 Cámara de combustión: en la cámara, el aire es calentado por la combustión del
queroseno. Puesto que la cámara está abierta en el aire puede expandirse, por lo
que el calentamiento se modela con un proceso BC.
En la combustión el gas se expande a presión constante, por lo que el trabajo es
igual a la presión por el incremento de volumen, cambiando de signo.
Este trabajo es negativo, ya que es el aire, al expandirse, el que realiza el trabajo.
Aplicando la ecuación de los gases ideales y que PB=PC, podemos escribir este
trabajo como:
De los cuatro procesos que forman el ciclo, no se intercambia calor en los
procesos adiabáticos AB y CD, por definición.
2

3. En la combustión BC, una cierta cantidad de calor QC (procedente de la energía
interna del combustible) se transfiere al aire. Dado que el proceso sucede a
presión constante, el calor coincide con el aumento de entalpia.
El subíndice "c" viene de que este calor se intercambia con un supuesto foco
caliente.
 Turbina: el aire caliente pasa por la turbina, a la cual mueve. En este paso el aire
se expande y se enfría rápidamente, lo que se describe mediante una expansión
adiabática CD.
En la expansión CD es el aire el que realiza trabajo sobre el pistón. De nuevo
este trabajo útil equivale a la variación de la energía interna.
3
Este trabajo es negativo, por ser el sistema el que lo realiza.
 Escape: por último, el aire enfriado (pero a una temperatura mayor a la inicial)
sale al exterior. Técnicamente, este es un ciclo abierto ya que el aire que escapa
no es el mismo que entra por la boca de la turbina, pero dado que si entra la
misma cantidad y a la misma presión, se hace la aproximación de suponer una
recirculación. En este modelo el aire de salida simplemente cede calor al ambiente
y vuelve a entrar por la boca ya frio. En el diagrama esto corresponde a un
enfriamiento a presión constante DA.
En el enfriamiento en el exterior tenemos una compresión a presión constante:

4. En la expulsión de los gases DA el aire sale a una temperatura mayor que a la
de entrada, liberando posteriormente un calor lQf l al ambiente. En el modelo de
sistema cerrado, en el que nos imaginamos que es el mismo aire el que se
comprime una y otra vez en el motor, modelamos esto como que el calor lQf l es
liberado en el proceso DA, por enfriamiento. El valor absoluto viene de que,
siendo un calor que sale del sistema al ambiente, su signo es negativo. Su valor,
análogamente al caso BC, es:
4
El subíndice "f" viene de que este calor se cede a un foco frio, que es el ambiente.
 Balance de energía
Sacando el trabajo neto realizado sobre el gas, es la suma de los cuatro
términos
S
abemos que
Reduciendo términos la expresión queda como:

5. 5
Referencias:
Universidad de Sevilla: http://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Brayton
Malaver, M. (2010). La relación de trabajo de retroceso de un ciclo Brayton.
Recuperado de:http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1405-
77432010000300002