Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 9
mento superior a 63 por ciento. Cuando el número de etapas de compresión
y expansión aumenta, el ciclo se aproximará al ciclo Ericsson y la eficiencia
térmica se aproximará a
h tér,Ericsson h tér,Carnot 1 T L
1 300 K
T H 1 300 K 0.769
La adición de una segunda etapa aumenta la eficiencia térmica de 42.6
a 69.6 por ciento, un incremento de 27 puntos porcentuales. Éste es un
aumento significativo en la eficiencia y bien vale la pena el costo adicional
asociado con la segunda etapa. Sin embargo, agregar más etapas (no importa
cuántas) puede incrementar la eficiencia en 7.3 puntos porcentuales adicionales,
y casi nunca puede justificarse económicamente.
9-11 ■ CICLOS IDEALES DE PROPULSIÓN
POR REACCIÓN
Los motores de turbinas de gas son muy usados para impulsar aeronaves porque
son ligeros, compactos y 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. En cambio, se expanden hasta una presión tal que
la potencia producida por la turbina es suficiente para accionar tanto el compresor
como el equipo auxiliar, por ejemplo un generador pequeño y bombas
hidráulicas. Es decir, la salida de trabajo neto de un ciclo de propulsión por
reacción es cero. Los gases que salen de la turbina a una presión relativamente
alta se aceleran en una tobera para proporcionar el empuje que impulsa al
avión (Fig. 9-47). También las turbinas de gas para aviones operan a mayores
relaciones de presión (por lo común entre 10 y 25) y el fluido pasa primero a
través de un difusor, donde se desacelera y su presión se incrementa antes de
que entre al compresor.
Los aviones son impulsados por la aceleración de un fluido en la dirección
opuesta al movimiento. Esto se logra al acelerar ligeramente una gran masa de
fluido (motor accionado por una hélice) o al acelerar considerablemente una
pequeña masa de fluido (motor de reacción o turborreactor), o ambos procedimientos
(motor de turbohélice).
El esquema de un turborreactor y el diagrama T-s del ciclo de turborreactor
ideal se muestran en la figura 9-48. La presión del aire se eleva ligeramente
cuando éste se desacelera en el difusor. Después el aire se comprime en el compresor
y se combina con combustible en la cámara de combustión, donde esta
mezcla se quema a presión constante. Los gases de combustión a alta presión y
alta temperatura se expanden parcialmente en la turbina, entonces producen la
suficiente potencia para accionar el compresor y otros equipos. Finalmente, los
gases se expanden en una tobera hasta la presión ambiente y salen del motor a
alta velocidad.
En el caso ideal, el trabajo de la turbina se supone igual al trabajo del compresor.
Además, los procesos en el difusor, el compresor, la turbina y la tobera se
supondrán como isentrópicos. En el análisis de los ciclos reales, sin embargo,
las irreversibilidades asociadas con estos dispositivos deben ser consideradas.
El efecto de éstas es la reducción del empuje que puede obtenerse de un turborreactor.
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
FIGURA 9-47
En un motor de reacción, los gases de
altas temperatura y presión que salen
de la turbina se aceleran en una tobera
para proporcionar el empuje.