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• adrian_kal

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CICLO JOULE BRAYTON La importancia del ciclo Joule-Brayton es que es el ciclo teórico que rige el funcionamiento de las turbinas a gas, ya sea que funcionen a ciclo abierto o cerrado.

 Ciclo Abierto: Las turbinas de gas generalmente operan en un ciclo abierto Se introduce aire fresco en condiciones ambiente dentro del compresor, donde su temperatura y presión se elevan. El aire de alta presión sigue hacia la cámara de combustión, donde el combustible se quema a presión constante. Los gases de alta temperatura que resultan entran a la turbina, donde se expanden hasta la presión atmosférica, produciendo potencia. Los gases de escape que salen de la turbinas se expulsan hacia afuera (no se recirculan), lo cual se considera como ciclo abierto.

 El ciclo Joule Brayton siendo un ciclo ideal, para un análisis termodinámico se estudia como un ciclo cerrado  Ciclo Cerrado: El ciclo de turbina de gas abierto puede modelarse como un ciclo cerrado, empleando las suposiciones de aire estándar. Los procesos de compresión y expansión permanecen iguales, pero el proceso de combustión se sustituye por uno de adición de calor (calentador) a presión constante desde una fuente externa, mientras que el proceso de escape se sustituye por uno de rechazo de calor (enfriador) a presión constante hacia el ambiente.

PROCESOS: 1-2: Compresión isoentrópica (en un compresor) El aire es comprimido adiabática y reversiblemente, esto es a entropía constante 2-3: Adición de calor a presión constante: Calentamiento a presión constante hasta alcanzar la temperatura T3(Temperatura máxima del ciclo), durante este proceso se transfiere el calor QA

3-4: Expansión isoentrópica (en una turbina): El gas se expande adiabática y reversiblemente, esto es isotrópicamente desde la presión del calentador hasta la presión del enfriador 4-1: Rechazo de calor a presión constante: Enfriamiento a presión constante hasta alcanzar la temperatura T1 (Temperatura mínima del ciclo), durante este proceso se transfiere el calor QB.

 ANALISIS ENERGETICO: Los cuatro procesos del ciclo Brayton se ejecutan en dispositivos de flujo estacionario, por lo tanto deben analizarse como procesos de flujo estacionario. Los cambios en las energías cinética y potencial son insignificantes  Compresor: 1Q2 = 1W2 1W2

+ h2 - h1; Por ser proceso adiabático: 1Q2 = 0

= h1 - h2; ya que h2> h1 y por lo tanto el trabajo es negativo

WC=-1W2 = h2-h1 Ya que z=1; WC=CP(T2-T1)

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También se puede expresar como Wc=∫1 𝑣𝑑𝑝 y está representado por el área comprendida entre la curva del proceso 1-2(en el plano PV) y el eje P.  Calentador: 2Q3=2W3

+h3-h2

Para este proceso el trabajo 2W3 =0 ya que la presión es constante2W3=0 entonces: 2Q3=h3-h2 El calor 2Q3, transferido durante este proceso constituye todo el calor aportado a la sustancia y por lo tanto es igual a QA (Calor de entrada) Puesto que z=1: QA=CP(T3-T2), este calor está representado por el área entre la curva del proceso 2-3 y el eje s.  Turbina: 3Q4=3W4

+h4-h3, por ser el proceso adiabático: 3Q4=0 Entonces 3W4 = h3-h4, ya que z=1 WT=CP(T3-T4) El trabajo de la turbina está representado por el área entre la curva 3-4 y el eje P Enfriador: 4Q1=4W1

+h1-h4, para este proceso el trabajo 4W1 =0 ya que la presión es constante entonces: 4Q1=h1-h4 Dado que T1