EXPOSICION CICLO BRAYTON.pptx

CICLO BRAYTON

1. INGENIERIA INDUSTRIAL TERMODINAMICA CICLO BRYTON INTERENFRIAMIENTO Disertantes : Leonardo Coca Salva Yordy Porfirio Puña Luis Enrique Figueredo Ronal Zegarra Chura EMI-ll-2022

2. CICLO BRAYTON : Resumen 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 electricidad en los quemadores de gas natural o algún otro aprovechamiento –caso de las industrias de generación eléctrica y de algunos motores terrestres o marinos, respectivamente–, hasta la generación de un empuje en un Brayton.

3. CICLO BRAYTON : Resumen Un motor de tipo Brayton consta de tres componentes: un compresor de gas, una cámara de mezcla, un expansor. El termino ciclo Brayton ha sido aplicado posteriormente al motor de turbina de gas. Este también tiene tres componentes: un compresor de gas, un quemador (o cámara de combustión), una turbina de expansión. El Aire ambiente es introducido en el compresor, donde es presurizado, en un proceso teóricamente isentrópico. El aire comprimido a continuación, se conduce a través de una cámara de combustión, donde se quema combustible, calentando este aire, en un proceso presión constante, ya que la cámara está abierta a la entrada y salida de flujo. El aire caliente, presurizado, a continuación, cede su energía, al expandirse a través de una turbina (o una serie de turbinas), otro proceso teóricamente isentrópico. Parte del trabajo extraído por la turbina se utiliza para impulsar el compresor

4. FUNCIONAMIENTO 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 Cámara de combustión: el aire es calentado por la combustión del queroseno. Turbina: El aire caliente pasa por la turbina, a la cual mueve. En este paso el aire se expande y se enfría rápidamente Escape: Por último, el aire enfriado (pero a una temperatura mayor que la inicial) sale al exterior.

5. CICLO ABIERTO

6. CICLO CERRADO

7. DIAGRAMAS : T-S y P-V Proceso 1-2: Compresión isoentrópica del aire que ingresa al sistema. Se genera un aumento de presión y temperatura. Proceso 2-3 : Calentamiento isobárico del fluido comprimido mediante la incorporación de combustible y la ignición de la mezcla. Proceso 3-4: Expansión isoentrópica del fluido de trabajo en la turbina donde se entrega energía mecánica al eje de la máquina. Proceso 4-1 : Enfriamiento del gas para su reutilización. En la práctica, el gas es expulsado a la atmósfera y se ingresa al sistema aire fresco.

8. CICLO BRAYTON CON INTERENFRIAMIENT O Aunque el enfriamiento del gas según pasa a través del compresor tiene sus ventajas teóricas, en muchos casos el flujo de calor a través de la camisa del compresor no es suficiente para bajar significativamente la temperatura a la salida. Hay que resaltar que el fluido puede pasar por otro refrigerador intermedio y después por otra etapa de compresión, hasta que alcance la presión final. El resultado final es una disminución del trabajo neto necesario para una relación de presiones dada.

9. CICLO BRAYTON CON INTERENFRIAMIENT O El trabajo neto de un ciclo de turbina de gas es la diferencia entre la salida de trabajo de la turbina y la entrada de trabajo del compresor, y puede incrementarse si se reduce el trabajo del compresor o si aumenta el de la turbina o ambas cosas. El trabajo requerido para comprimir un gas entre dos presiones especificadas puede disminuirse al efectuar el proceso de compresión en etapas y al enfriar el gas entre éstas (Fig. 9-43); es decir, usando compresión en etapas múltiples con interenfriamiento .

10. CICLO BRAYTON CON INTERENFRIAMIENT O Cuando el número de etapas aumenta, el proceso de compresión se aproxima al proceso isotérmico a la temperatura de entrada del compresor y el trabajo de compresión disminuye. De igual modo, la salida de trabajo de una turbina que opera entre dos niveles de presión aumenta al expandir el gas en etapas y recalentarlo entre éstas; es decir, si se utiliza expansión en múltiples etapas con recalentamiento. Esto se lleva a cabo sin que se eleve la temperatura máxima en el ciclo. Cuando aumenta el número de etapas, el proceso de expansión se aproxima al proceso isotérmico. El argumento anterior se basa en un principio simple: el trabajo de compresión o expansión de flujo estacionario es proporcional al volumen específico del fluido. Por lo tanto, el volumen específico del fluido de trabajo debe ser lo más bajo posible durante un proceso de compresión y lo más alto posible durante un proceso de expansión. Esto es precisamente lo que logran el interenfriamiento y el recalentamiento.

11. CICLO BRAYTON CON INTERENFRIAMIENT O

12. CICLO BRAYTON : INTERENFRIAMIENTO En la figura siguiente se muestra para dos etapas de compresión el fluido se comprime previamente hasta una presión intermedia Px, en el estado a, que esta situada entre P1 y P2, luego el fluido pasa por cambiador de calor llamado refrigerador intermedio, en el cual se enfría el fluido transfiriendo calor a presión constante hasta una temperatura mas baja en b, En algunos casos esta temperatura mas baja puede alcanzar el valor de la temperatura inicial T1. Luego el fluido pasa por una segunda etapa de compresión donde la presión se eleva hasta P2.

13. CICLO BRAYTON CON INTERENFRIAMIENT O Compresión adiabática y compresión isotérmica   Trabajamos en régimen estacionario a volumen constante:    

14. CICLO BRAYTON CON INTERENFRIAMIENT O   Finalmente para el caso del gas ideal:     Al sustituir la relación isoentrópica se obtiene la ecuación para determinar el trabajo    

15. CICLO BRAYTON CON INTERENFRIAMIENT O Cabe destacar que si existe más etapas de compresión, esta ecuación es aplicable en cada etapa, si rp y temperatura de entrada se mantienen constantes en cada etapa, se calcula una vez y se multiplica por el número de etapas; esto solo ocurre en condiciones ideales. Para dos etapas de compresión, queda   Otro método de compresión consiste en ceder una cantidad de calor tal que el proceso sea lo mas próximo a un isotermo. La expresión para el trabajo estacionario de un proceso sin fricción  

16. CICLO BRAYTON CON INTERENFRIAMIENT O En condición ideal siempre se busca minimizar el trabajo de compresión, para esto se debe cumplir que     Y si las temperaturas de entrada alcanzadas son iguales, entonces, los trabajos se igualan  

17. CICLO BRAYTON CON INTERENFRIAMIENT O Diagramas P-V y T-S que ilustran la compresión politrópica en ciclo Interenfriamiento.

18. CICLO BRAYTON CON INTERENFRIAMIENT O A menudo es efectivo utilizar junto al ciclo de Interenfriamiento una turbina multietapa, ya que permite que los gases se expandan solo parcialmente antes de que vuelvan a otra cámara de combustión, designada como cámara de combustión para el recalentamiento. En la cámara de recalentamiento el calor se transfiere idealmente a presión constante hasta que se alcanza la temperatura límite en el estado 5. Después tiene lugar otra expansión hasta alcanzar la presión ambiente en el estado 6. Ciclo Brayton con Recalentamiento Intermedio .

19. INTERENFRIAMIENTO Principio del Recalentamiento en Turbinas en Etapas Múltiples   Este Bajo las condiciones del recalentamiento ideal (T3 = T5)  

20. CICLO BRAYTON CON INTERENFRIAMIENT O Principio del Interenfriamiento en Compresores en Etapas Múltiples Este planteamiento es especialmente efectivo cuando se pretende obtener grandes variaciones de presión.   Para hallar el trabajo total mínimo de compresión, se deriva la ecuación anterior de w con respecto a la variable PX , y la ecuación resultante se iguala a cero.  

21. INTERENFRIAMIENTO Rendimiento Térmico  

22. CICLO BRAYTON CON INTERENFRIAMIENT O Ejercicios de aplicación

23. CICLO BRAYTON : INTERENFRIAMIENTO Conclusiones