¿Por qué en la fórmula simple el rendimiento crece con la relación de presiones?

En la idealización, una compresión mayor sube la temperatura media de la adición de calor respecto de la cesión — en el mismo sentido que el límite de Carnot. En la máquina estorban las pérdidas en los álabes, los límites de los materiales y un c_p variable.

¿Dónde están el regenerador y el enfriamiento intermedio?

No están. La regeneración precalienta el aire antes de la cámara con el calor de los gases de escape; el enfriamiento intermedio parte la compresión. Ambos cambian el ciclo real respecto de este esquema.

Ciclo de Brayton

Diagrama P–V: compresión isentrópica, adición isobárica de calor, expansión isentrópica, cesión isobárica — base de la turbina de gas y del turborreactor.

Sobre el modelo

El ciclo de Brayton es el esquema ideal de una planta de turbina de gas: compresión isentrópica, adición isobárica de calor (cámara de combustión o intercambiador), expansión isentrópica en la turbina y cesión isobárica de calor antes de la entrada al compresor. En un turborreactor, después de la turbina hay una tobera, pero el núcleo termodinámico es el mismo. En el diagrama P–V normalizado el aire tiene γ = 1,4. Se comparan la estimación para aire ideal de γ constante, η ≈ 1 − r_P^{(1−γ)/γ}, y un rendimiento tosco del contorno a partir de ∮P dV y de la adición isobárica de calor. No se tienen en cuenta la regeneración, el enfriamiento intermedio ni la capacidad calorífica variable.

Para quién: Termodinámica de facultad: turbinas de gas y turborreactores, después de los ciclos Otto y Diesel.

Conceptos clave

ciclo de Brayton
turbina de gas
relación de presiones
proceso isentrópico
adición isobárica de calor
rendimiento térmico
turborreactor

Cómo funciona

Ciclo de Brayton ideal en el diagrama P–V: 1→2 compresión isentrópica, 2→3 adición isobárica de calor, 3→4 expansión isentrópica, 4→1 cesión isobárica. Los controles fijan la relación de presiones P_H/P_L y los volúmenes. El rendimiento del contorno es ∮P dV dividido por la adición isobárica Q_in ≈ (γ/(γ−1)) P_H (V₃−V₂). Al lado, la estimación para aire ideal η(r_P). Una turbina de gas o un turborreactor reales son más complejos.

Fórmulas principales

T₂s/T₁ = r_P^{(γ−1)/γ}, T₄s/T₃ = r_P^{−(γ−1)/γ}

η_th = [c_p(T₃−T₄) − c_p(T₂−T₁)] / [c_p(T₃−T₂)]

Preguntas frecuentes

¿Por qué en la fórmula simple el rendimiento crece con la relación de presiones?: En la idealización, una compresión mayor sube la temperatura media de la adición de calor respecto de la cesión — en el mismo sentido que el límite de Carnot. En la máquina estorban las pérdidas en los álabes, los límites de los materiales y un c_p variable.
¿Dónde están el regenerador y el enfriamiento intermedio?: No están. La regeneración precalienta el aire antes de la cámara con el calor de los gases de escape; el enfriamiento intermedio parte la compresión. Ambos cambian el ciclo real respecto de este esquema.

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