CICLO_DE_BRAYTON

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CICLO BRAYTON
GEORGE BRAYTON
• En 1873 George Brayton expuso el principio de funcionamiento del 
ciclo.
• Originariamente se desarrolló empleando una máquina de pistones 
con inyección de combustible.
• Actualmente se realiza como ciclo abierto simple llamado turbina a 
gas.
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.
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.
Funcionamiento
CICLO DE 
BRAYTON
CICLO 
ABIERTO
CICLO 
CERRADO
CICLO DE 
BRAYTON
CICLO 
ABIERTO
CICLO 
CERRADO
CICLO ABIERTO
CICLO CERRADO
DIAGRAMAS T-S y P-V
Proceso 1-2: Compresión isentrópica 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 isentrópica 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.
Eficiencia del ciclo Brayton
La eficiencia del ciclo Brayton estándar de aire se puede determinar de 
la siguiente manera: 
𝜂 = 1 −
𝑄𝐿
𝑄𝐻
= 1 −
𝐶𝑃 𝑇4 − 𝑇1
𝐶𝑃 𝑇3 − 𝑇2
= 1 −
𝑇1[ ൗ
𝑇4
𝑇1
− 1]
𝑇2[ ൗ
𝑇3
𝑇2
− 1]
𝑃3
𝑃4
=
𝑃2
𝑃1
𝑃2
𝑃1
=
𝑇2
𝑇1
ൗ𝑘 𝑘−1
=
𝑃3
𝑃4
=
𝑇3
𝑇4
ൗ𝑘 𝑘−1
𝑇3
𝑇4
=
𝑇2
𝑇1
֜
𝑇3
𝑇2
=
𝑇4
𝑇1
𝜂 = 1 −
1
ൗ
𝑃2
𝑃1
ൗ𝑘−1 𝑘
= 1 −
1
𝑟 ൗ
𝑘−1
𝑘
; donde: 𝑟=
𝑃2
𝑃1
Comportamiento de la eficiencia 
CICLO DE BRAYTON CON REGENERACION
Para el ciclo Brayton, la temperatura de salida de la turbina es mayor que la
temperatura de salida del compresor. Por lo tanto, un intercambiador de
calor puede ser colocado entre la salida de los gases calientes de la turbina y
la salida de los gases fríos que salen del compresor. Este intercambiador de
calor es conocido como regenerador o recuperador.
EFICIENCIA DEL CICLO REGENERATIVO
La eficiencia del ciclo regenerativo se expresa por medio de la 
ecuación.
𝜂 = 1 −
𝑤𝑐
𝑤𝑡
De donde se puede obtener: 
𝜂 = 1 −
𝑇1
𝑇3
𝑃2
𝑃1
ൗ𝑘−1 𝑘
Notamos que para este caso la eficiencia no solo depende de la 
relación de presiones sino también de la relación de temperaturas.
Un comportamiento importante es que la eficiencia del ciclo regenerativo no
aumenta con la relación de presiones sino por el contrario disminuye, como se
puede observar en el siguiente grafico con una relación de temperaturas de 0.25
EFICIENCIA DEL CICLO REGENERATIVO
APLICACIONES DEL CICLO BRAYTON
Las dos principales áreas de aplicación de la turbinas de gas son la 
propulsión de aviones y la generación de energía eléctrica.
ACERCANDONOS AL CICLO REAL
• Considerar que los procesos de compresión y expansión no son 
adiabáticos, para ello se usa la eficiencia isentrópica. 
• Considerar la caída de presión en los elementos de enfriamiento o 
calentamiento. 
EFECTIVIDAD DE UN REGENERADOR
En el caso ideal el aire sale del regenerador a la
temperatura de entrada de los gases de escape T4.
Suponga que el regenerador está bien aislado y que
cualquier cambio en las energías cinética y potencial
es insignificante, las transferencias de calor reales y
máximas de los gases de escape hacia el aire
pueden expresarse como:
𝑞𝑟𝑒𝑎𝑙 = ℎ5 − ℎ2
y 𝑞𝑚𝑎𝑥 = ℎ4 − ℎ2
Así se define la efectividad como:
𝜖 =
𝑞𝑟𝑒𝑎𝑙
𝑞𝑚𝑎𝑥
=
ℎ5 − ℎ2
ℎ4 − ℎ2
Bajo las suposiciones de aire estándar:
𝜖 =
𝑇5 − 𝑇2
𝑇4 − 𝑇2
CICLO BRAYTON CON INTERENFRIAMIENTO
La eficiencia del ciclo Brayton aumenta al aumentar r, sin embargo esto
trae como consecuencia que aumente el trabajo de retroceso; lo cual
no es deseado. Una forma de aumentar esta r sin aumentar el trabajo
de reproceso es comprimir por etapas y enfriando entre estas, esto
hace que el proceso se aproxime a isotérmico.
CICLO BRAYTON CON RECALENTAMIENTO
Otra manera de aumentar la eficiencia del ciclo Brayton, es aumentar el 
trabajo producido por la turbina, análogamente a lo que se hizo con el 
interenfriamiento, una manera de lograr esto, es expandiendo por 
etapas y aportando calor entre estas etapas. 
CICLO BRAYTON MULTIPLES ETAPAS DE 
RECALENTAMIENTO E INTERENFRIAMIENTO
CICLO BRAYTON CON INTERENFRIAMIENTO, 
RECALENTAMIENTO Y REGENERACIÓN
CICLO BRAYTON CON INTERENFRIAMIENTO, 
RECALENTAMIENTO Y REGENERACIÓN
GENERALIDADES
La eficiencia del ciclo Brayton se puede expresar como:
𝜂 =
𝑊𝑡 −𝑊𝑐
𝑄
Entonces:
Regeneración Busca mejorar la eficiencia disminuyendo Q
Interenfriamiento Busca mejorar la eficiencia disminuyendo 𝑊𝑐
Recalentamiento Busca mejorar la eficiencia aumentando 𝑊𝑡
CICLO BRAYTON DE PROPULSIÓN POR 
REACCIÓN 
Los motores de turbinas de gas son muy usados para impulsar aeronaves porque
tienen una elevada relación entre potencia y peso. Las turbinas de gas para aviones
operan en un ciclo abierto llamado ciclo de propulsión por reacción. El ciclo de
propulsión por reacción ideal difiere del ciclo Brayton ideal en que los gases no se
expanden hasta la presión ambiente en la turbina.
El empuje desarrollado por un turborreactor es la fuerza no balanceada
que está causada por la diferencia en la cantidad de movimiento con
que el aire a baja velocidad entra al motor y con que los gases de
escape de alta velocidad salen de él; esto se determina de la segunda
ley de Newton. Las presiones en la entrada y la salida del turborreactor
son idénticas (la presión ambiente), por lo tanto el empuje neto
desarrollado por el motor es:
CICLO BRAYTON DE PROPULSIÓN POR 
REACCIÓN 
POTENCIA DEL CICLO DE PROPULSIÓN
La potencia desarrollada a partir del empuje de una máquina recibe el
nombre de potencia de propulsión WP, que es la fuerza de propulsión
(empuje) por la distancia en que esta fuerza actúa sobre el avión por
unidad de tiempo; es decir, el empuje multiplicado por la velocidad del
avión.
EFICIENCIA DE PROPULSIÓN DEL CICLO
La salida deseada en un turborreactor es la potencia producida para 
impulsar el avión WP, y la entrada requerida es el calor liberado por el 
combustible Q de entrada. La relación de estas dos cantidades se llama 
eficiencia de propulsión y está dada por: