Ciclo Brayton – Motor de turbina
En 1872, un ingeniero estadounidense, George Bailey Brayton, avanzó el estudio de los motores térmicos patentando un motor de combustión interna a presión constante, que inicialmente usaba gas vaporizado pero luego usaba combustibles líquidos como el queroseno. Este motor térmico se conoce como ” Motor Listo de Brayton “ . Significa que el motor Brayton original usaba un compresor de pistón y un expansor de pistón en lugar de una turbina de gas y un compresor de gas.
Hoy en día, los modernos motores de turbina de gas y los motores de inyección de aire también son motores de calor de presión constante, por lo tanto, describimos su termodinámica por el ciclo de Brayton . En general, el ciclo de Brayton describe el funcionamiento de un motor térmico de presión constante .
Es uno de los ciclos termodinámicos más comunes que se pueden encontrar en las centrales eléctricas de turbinas de gas o en aviones. A diferencia del ciclo de Carnot , el ciclo de Brayton no ejecuta procesos isotérmicos , ya que estos deben realizarse muy lentamente. En un ciclo Brayton ideal , el sistema que ejecuta el ciclo experimenta una serie de cuatro procesos: dos procesos isentrópicos (adiabáticos reversibles) alternados con dos procesos isobáricos.
Dado que el principio de Carnot establece que ningún motor puede ser más eficiente que un motor reversible ( un motor térmico de Carnot ) que opera entre los mismos depósitos de alta temperatura y baja temperatura, una turbina de gas basada en el ciclo Brayton debe tener una eficiencia menor que la eficiencia de Carnot.
Una gran turbina de gas de un solo ciclo típicamente produce, por ejemplo, 300 megavatios de energía eléctrica y tiene una eficiencia térmica del 35-40%. Las plantas modernas de turbina de gas de ciclo combinado (CCGT), en las que el ciclo termodinámico consta de dos ciclos de planta de energía (por ejemplo, el ciclo Brayton y el ciclo Rankine), pueden lograr una eficiencia térmica de alrededor del 55%.
Ciclo de Ericsson
El ciclo de Ericsson lleva el nombre del inventor sueco-estadounidense John Ericsson , quien diseñó y construyó muchos motores de calor únicos basados en varios ciclos termodinámicos. Se le atribuye la invención de dos ciclos únicos de motores térmicos y el desarrollo de motores prácticos basados en estos ciclos.
Su primer ciclo termodinámico ” el primer ciclo de Ericsson ” ahora se llama el “ciclo de Brayton”, de hecho es el ciclo cerrado de Brayton, que se aplica comúnmente a los motores modernos de turbina de gas de ciclo cerrado.
Ciclo Brayton vs Ciclo Ericsson
El segundo ciclo de Ericsson es lo que ahora se llama el ciclo de Ericsson. El segundo ciclo de Ericsson es similar al ciclo de Brayton, pero utiliza calor externo e incorpora el uso múltiple de un enfriamiento y recalentamiento . De hecho, es como un ciclo de Brayton con un número infinito de etapas de recalentamiento e intercooler en el ciclo. En comparación con el ciclo de Brayton que usa compresión y expansión adiabática , un ciclo Ericsson ideal consiste en compresión y expansión isotérmicasprocesos, combinados con la regeneración isobárica de calor entre ellos. La aplicación de enfriamiento intermedio, regeneración de calor y combustión secuencial aumenta significativamente la eficiencia térmica de una turbina; de hecho, la eficiencia térmica del ciclo Ericsson ideal es igual a la eficiencia de Carnot.
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