Aplicaciones Del Ciclo Brayton Brayton •
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Las dos principales áreas de aplicación de la turbinas de gas son la propulsión de aviones y la generación de energía eléctrica. Cuando se emplean en propulsión de aviones, la turbina de gas produce la potencia sufciente para accionar el compresor y a un pequeño generador que alimenta el equipo auxiliar. Los gases de escape de alta velocidad son los responsables de producir el empue necesario para accionar la aeronave. Las Las turb turbin inas as de gas gas tamb tambié ién n se util utili! i!an an como como centra centrales les estac estacion ionari arias as que que produ producen cen energ energía ía eléctrica. "sta se genera mediante centrales eléctricas de vapor. Las centrales eléctricas de turbina de gas son empleadas por la industria de generación eléctrica en emergencias y durante períodos picos gracias a su bao costo y rápido tiempo de respuesta. Las turbinas de gas también se utili!an con las centrales eléctricas de vapor en el lad o de alta temperatura, #ormando un ciclo dual. $n estas plantas, los gases de escape de las turbinas de gas sirven como la #uente de calor para el vapor. $l ciclo de turbina de gas también puede eecutarse como un ciclo cerrado para ser utili!ado en centrales nucleoeléctricas. $sta ve! el %uido de trabao tr abao no se limita al aire., y puede emplearse un gas con características más convenientes &como el 'elio(. La mayor parte de las %otas navales del mundo occidental ya utili!an motores de turbinas de gas para propulsión y para la regeneración de energía eléctrica. Comparadas con la turbina de vapor y los sistemas de prop propul ulsi sión ón dise disel, l, la turb turbin ina a de gas gas o#re o#rece ce mayo mayorr pote potenc ncia ia para para un tamaño y peso determinados, alta confabilidad, larga vida y operación más conveniente. $l tiempo de arranque de la máquina 'a sido reducido de las ) 'oras requeridas de un sistema de propulsión típico a menos de * minutos para una turbina de gas. +uc'os sistemas de propulsión marina modernos, utili!an turbinas de gas unto a motores disel, debido al alto consumo de combustible de los motores de turbina de gas de ciclo simple. $n sistemas combinados, el quipo disel se utili!a para dar de manera efciente baa potencia y operación de crucero, y la turbina de gas se utili!a cuando se necesitan altas velocidades. ambién ambién 'an sido aplicadas a ve'ículos pero en la actualidad solo existe alg-n proyecto, como el olvo $CC &'íbrido eléctrico/turbina de gas(. Los problemas que difcultan su aplicación en automoción son que aceptan mal los arranques y las paradas y les cuesta muc'o cambiar de régimen &son muy lentas acelerando(. 0e 'ec'o el #uncionamiento 'abitual de las
turbinas de gas es siempre al mismo régimen y las variaciones de demanda de potencia se 'acen manteniendo el régimen y variando el par uer!a de giro( generado. La aplicación de la turbina de gas basada en el ciclo 1rayton a la propulsión aérea se debe al ingeniero inglés 2ran3 4'ittle, quien en 56*7 patentó la idea y la propuso a la #uer!a aérea inglesa. 8na serie de expertos liderados por 9lan 9rnold :ri;t' 'abían estudiado en los años anteriores las posibilidades técnicas de la turbina de gas como medio de propulsión aérea, aunque su idea se basaba en emplear el trabao mecánico obtenido para accionar una 'élice. 4'ittle, por el contrario, proponía disponer de un ciclo 1rayton tal que no se produera ning-n trabao mecánico neto, de manera que la turbina generara tan solo la energía sufciente como para accionar el compresor. La propulsión se produciría, seg-n él, debido a la elevada velocidad de los gases a la salida de la turbina, #ormándose un c'orro propulsivo que generaría sobre el motor una #uer!a de empue. La idea de 4'ittle #ue planteada casi al mismo tiempo por el alemán
obre el ciclo básico existen variantes que lo complican para meorar alguna de sus prestaciones, como la potencia o el rendimiento. $emplos de estas variantes son el ciclo 1rayton con regenerador, el ciclo 1rayton de m-ltiples etapas &de compresión u expansión(, o la combinación de un ciclo 1rayton con un ciclo @an3ine para dar lugar al denominado ciclo combinado.
CONCLUSIONES •
$l ciclo 1rayton es un ciclo de potencia de gas y es la base de las turbinas de gas. iene como #unción trans#ormar energía que se encuentra en #orma de calor a potencia para reali!ar un trabao, tiene varias aplicaciones, principalmente en propulsión de aviones, y la
generación de energía eléctrica, aunque se 'a utili!ado también en otras aplicaciones. $ste puede ser operado de varias maneras, ya sea abierto o cerrado, existen #ormas de optimi!ar su rendimiento, pero 'ay que tener muc'o cuidado en examinar si vale la pena 'acer cambios. 8na manera de meorar un ciclo cerrado es la regeneración empleando parte de la energía desec'ada para calentar los gases que dean el compresor y, por ende, reducir la trans#erencia de calor requerida por el ciclo Aara el meor estudio de los ciclos de potencia se utili!a una manera ideali!ada de los mismos en la que se eliminan ciertos puntos para no complicar su ra!onamiento, en estas #ormas de análisis todos los procesos, son reversibles. •
$ste trabao principalmente resalta los aspectos básicos de un modelo térmico de ciclo 1rayton con el fn de iniciar investigaciones operativas y teóricas más avan!adas que permitan análisis térmicos y estudios en la generación eléctrica con mayor alcance y base investigativa.
$s importante notar que con el desarrollo de este modelo a'ora es posible incorporar meores aproximaciones a la turbina en cada etapa así como también al compresor modelando sus pérdidas de presión y en el combustor retornar parámetros de combustión incorporando determinación de B=x de gases escape, debido a que se pueden encontrar modelos de aproximación a estos #actores mencionados y con las datos experimentales meorar la aproximación de nuestro propio modelo. La relación de la investigación con la industria es un #actor importante para meorar nuestra competitividad y a-n más en la ingeniería, con este modelo de turbina es posible introducir ventaas en el costo de mantenimiento y en el aprovec'amiento de combustible, además es posible acoplar a este modelo los parámetros de operación mecánicos de la turbina dirigidos a reali!ar gestión del mantenimiento predictivo, estos aspectos a-n están en estudio pero es el mayor interés de la empresa que suministra los datos. Aartiendo del valor de la relación de compresión rc5D, se concluye que el valor de diseño permite obtener una relación costo vs efciencia ra!onables puesto que mayores relaciones de compresión, no se traducen en incrementos signifcativos de la efciencia y por otro lado presentan desa#íos constructivos mayores, en cuanto a mantenimiento, materiales y calidad de los equipos. +ediante la comparación de los resultados calculados, y los valores promedio de la tabla ), se observa que el modelo teórico se austa de #orma adecuada a las mediciones por tanto sus resultados son confables y permiten proceder a la variación de algunos parámetros con el fn de reali!ar un análisis de
sensibilidad en un #ututo estudio, mediante el cual se determinen las condiciones óptimas de operación del ciclo.
BIBLIOGRAFÍA E28B09+$B=> 0$ $@+=0?BF+?C9 L?+8>9 :ordon G. an 4ylen y @ic'ard $. >onntag Aágina H IJ5 E$rmodinámica <9@L9 osé 9. +anrique, @a#ael >. Cárdenas Aágina H *DJ EA@?BC?A?=> 0$ $@+=0?BF+?C9 A9@9 ?B:$B?$@=> +C :@94