Calculadora de Ciclo Brayton

El ciclo Brayton es un ciclo termodinámico que describe el funcionamiento de un motor de turbina de gas, comúnmente usado en motores a reacción y plantas de energía. El cálculo clave aquí es la eficiencia térmica, que depende principalmente de la relación de presión y la relación de calor específico del fluido de trabajo.

Antecedentes

El ciclo Brayton es el ciclo ideal para motores de turbina de gas donde el aire se comprime, se calienta a presión constante y se expande para producir trabajo. La eficiencia del ciclo aumenta con la relación de presión, lo que lo convierte en un factor crucial en el rendimiento del motor.

Fórmula

La eficiencia térmica (η) del ciclo Brayton viene dada por:

\[ \eta = 1 - \left(\frac{1}{r^{(\frac{\gamma - 1}{\gamma})}}\right) \]

Donde:

• \( r \) es la relación de presión del compresor (P₂/P₁)
• \( \gamma \) es la relación de calor específico (C_p/C_v)

Ejemplo de cálculo

Si la relación de presión es 10 y la relación de calor específico es 1.4, la eficiencia sería:

\[ \eta = 1 - \left(\frac{1}{10^{(\frac{1.4 - 1}{1.4})}}\right) \approx 42.3\% \]

Esta eficiencia indica qué tan eficazmente el ciclo Brayton convierte la energía térmica en trabajo.

Escenarios de aplicación

El ciclo Brayton es fundamental en el diseño de turbinas de gas utilizadas en aviación y generación de energía. Mejorar las relaciones de presión y optimizar las temperaturas de funcionamiento son críticos para mejorar el rendimiento general.

Preguntas frecuentes comunes

1. ¿Cuál es la importancia de la relación de calor específico (γ)?

   • La relación de calor específico afecta la eficiencia del ciclo. Para el aire, este valor es típicamente alrededor de 1.4.

2. ¿Cómo afecta el aumento de la relación de presión a la eficiencia?

   • Relaciones de presión más altas generalmente conducen a una mejor eficiencia en el ciclo Brayton.

3. ¿Cuáles son las aplicaciones típicas del ciclo Brayton?

   • El ciclo Brayton se utiliza en motores a reacción, plantas de energía de turbinas de gas y otros sistemas que requieren una conversión eficiente de energía de calor a trabajo.