El ciclo Brayton , también conocido como ciclo Joule o ciclo Froude , es un ciclo term termodi odinám námic ico o consi consist sten ente te,, en su form formaa más más senc sencil illa la,, en una etap etapaa de comp compre resi sión ón adiabática, una etapa de calentamiento isobárico y una expansión adiabática de un fluido term termodi odinám námic ico o comp compre resi sibl ble. e. Es uno uno de los los cicl ciclos os term termod odin inám ámic icos os de más más ampl amplia ia aplicación, al ser la base del motor de turbina de gas, por lo que el producto del ciclo puede ir desde un trabajo mecánico que se emplee para la producción de electricidad en los quemador quemadores es de gas natura naturall o algún algún otro otro aprovec aprovecham hamien iento to caso caso de las industri industrias as de generación eléctrica y de algunos motores terrestres o marinos, respectivamente, hasta la generación de un empuje en un aerorreactor. El ciclo !rayton aparece por primera ve" asociado a la patente de una máquina de gas del inventor inglés #ohn !arber, en $%&$. 'ormalmente, el motor de !arber podr(a ser clasificado como de flujo discontinuo, si bien su rudimentario sistema de compresión, incapa" de alcan"ar siquiera las ) atmósferas de presión, y las elevad(simas pérdidas de calor asociadas al sistema de calentamiento, as( como las complicaciones asociadas al emplear aire en ve" de vapor de agua, hicieron que el motor fracasara estrepitosamente frente a la mucho más efica" máquina de vapor de #ames *att. +el mismo modo en que ocurrió con otros motores de la época, como el motor tirling, la idea de !arber cayó en el olvido. En la década de $-/ el f(sico británico #ames 0rescott #oule planteó de manera teórica y formal, por primera ve", el ciclo !rayton. u trabajo se limitó al ámbito teórico y termodinámico, al reconocer que la obtención de elevadas potencias mecánicas del ciclo exigir(a o bien elevad(simos costes de combustible, o sistemas de compresión de gas extrem extremadam adamente ente grande grandess y resist resistent entes, es, ya que #oule #oule plante planteó ó la impla implanta ntació ción n del ciclo ciclo !rayton como un ciclo de flujo discontinuo, en el que el gas deb(a comprimirse mediante un cilindro y un pistón. En la actualidad, el ciclo !rayton se asocia al motor de turbina de gas, si bien !rayton jamás dise1ó otra cosa que un motor de pistones. 2unque el fluido termodinámico sufre los mismos procesos que aquellos a los que se somet(a en su versión de motor de pistones, la turbina de gas presenta la caracter(stica diferencial de que es un motor de flujo continuo. Ello implica que el fluido, habitualmente aire, es continuamente admitido y continuament continuamentee expulsado expulsado del motor, motor, a diferencia diferencia de los motores de pistones, pistones, en los que la admisión y la expulsión es intermitente. El desarrollo de la turbina de gas se produce básicamente a principios del siglo 33, y es consecuencia de solucionar la principal problemática técnica asociada al ciclo !rayton, a saber, la etapa de compresión. 4a compresión de un fluido compresible no es sencilla5 los motores de pistones solventan el problema confinando al gas en una cámara cerrada el cilindro, y reduciendo el volumen de la misma por medio de un pistón, lo cual produce un
incremento de la presión6 sin embargo, ello conduce a motores esencialmente pesados y de grandes dimensiones para grandes potencias, al requerirse una elevada inercia mecánica para poder garanti"ar su funcionamiento de manera continuada. 4a turbina de gas emplea, por el contrario, un compresor, consistente en uno o varios escalones de álabes rotatorios que empujan al aire, transmitiéndole una energ(a cinética que primero lo acelera y luego, por medio de unos álabes fijos, lo frenan para convertir el exceso de energ(a en presión. 7omo quiera que tal proceso implica trasladar a un fluido de una "ona de bajas presiones a otra de altas presiones, proceso el cual poco favorecido por la termodinámica, la compresión de esa manera resultaba muy problemática y poco efectiva en el siglo 383. 7on el avance de la técnica, el desarrollo de nuevos materiales y la cada ve" mejor comprensión de la mecánica de fluidos, a principios del siglo 33 comen"aron a producirse los primeros compresores compresores realmente realmente eficaces, y no se tardó en plantear plantear la construcció construcción n de las primeras turbinas de gas. 9na turbina de gas, es una turbomáquina motora, cuyo fluido de trabajo es un gas. 7omo la compresibilidad de los gases no puede ser despreciada, las turbinas de gas son turbomáquinas térmicas. 7omúnmente se habla de las turbinas de gas por separado de las turbinas ya que, aunque funcionan con sustancias en estado gaseoso, sus caracter(sticas de dise1o son diferentes, y, cuando en estos términos se habla de gases, no se espera un posible cambio de fase, en cambio cuando se habla de vapores s(. 4as turbinas de gas son usadas en los ciclos de potencia como el ciclo !rayton y en algunos ciclos de refrigeración. Es común en el lenguaje cotidiano referirse a los motores de los los avio aviones nes como como turb turbin inas as,, pero pero esto esto es un erro errorr concep conceptu tual al,, ya que que ésto éstoss son son turborreactores los cuales son máquinas que, entre otras cosas, contienen una turbina de gas. 4a operación básica de la turbina de gas es similar a la máquina de vapor, excepto que en lugar de agua se usa el aire. El aire fresco de la atmósfera fluye a través de un compresor que lo eleva a una alta presión. 4uego se a1ade energ(a dispersando combustible en el mismo y quemándolo de modo que la combustión genera un flujo de alta temperatura. Este gas de alta temperatura y presión entra a una turbina, donde se expande disminuyendo la presión de salida, produciendo el movimiento del eje durante el proceso. El trabajo de este este eje de la turbin turbinaa es mover mover el compre compresor sor y otros otros dispos dispositi itivos vos como generad generadore oress eléctricos que pueden estar acoplados. 4a energ(a que no se usa para el trabajo sale en forma de gases, por lo cual tendrán o una alta temperatura o una alta velocidad. El propósito de la turbina determina el dise1o que maximi"a esta forma de energ(a. 4as turb turbin inas as de gas se usan usan para para dar dar poten potenci ciaa a aero aeronav naves es,, tren trenes es,, barc barcos os,, gener generado adore ress eléctricos, e incluso tanques
