Calculadora del ciclo de Brayton

Muestra tu amor:

Presión inicial (P₁) (Pa):

Presión final (P₂) (Pa):

Temperatura inicial (T₁) (K):

PROCESADOR Añadido (Q_in) (J):

Misa Flow Velocidad (m) (kg/s):

Calor especifico (C_p) (J/kg·K):

Relación de calor específico (γ):

Temperatura después de la compresión (T₂): – K

Temperatura después de la combustión (T₃): – K

Temperatura después de la expansión (T₄): – K

Eficiencia térmica (η): – %

Red Trabaja Salida (W_red): – J

La calculadora del ciclo Brayton es una herramienta especializada diseñada para evaluar el rendimiento de los motores de turbina de gas mediante el análisis del ciclo Brayton, que es fundamental para su funcionamiento. Esta calculadora ayuda a ingenieros, estudiantes y profesionales a comprender clave parámetros como la eficiencia térmica, el trabajo de salida y la adición de calor dentro del ciclo. Al ingresar variables específicas como relaciones de presión, temperaturas y caudales másicos, los usuarios pueden determinar con precisión la eficiencia y la eficacia de sus diseños de turbinas de gas. Esta información es crucial para optimizar el rendimiento del motor, reducir el consumo de combustible, y mejorando en general eficiencia energética en diversas aplicaciones industriales.

Calculadora de la fórmula del ciclo Brayton

Eficiencia térmica (η) = 1 – (1 / (Proporción de presión (PR))^((γ – 1) / γ))

Fórmulas detalladas:

Relación de presión (PR):

PR = P₂ / P₁

PR: Relación de presión (adimensional)
P₂:Presión después de la compresión (en pascales, atm u otras unidades consistentes)
P₁: Presión antes de la compresión (en las mismas unidades que P₂)

Temperatura después de la compresión (T₂):

T₂ = T₁ × (PR)^((γ – 1) / γ)

T₂:Temperatura después de la compresión (en Kelvin o Celsius)

T₁:Temperatura antes de la compresión (en las mismas unidades que T₂)
PR: Relación de presión
γ: Relación de calor específico (Cp/Cv) del fluido de trabajo (adimensional)

Temperatura después de la combustión (T₃):

T₃ = T₂ + (Q_in / (m × Cp))

T₃:Temperatura después de la combustión (en Kelvin o Celsius)

Q_en: Calor añadido durante la combustión (en julios o unidades de energía consistentes)
m: Índice de flujo masivo del fluido de trabajo (en kg/s)
Cp: Calor específico a presión constante (en J/(kg·K))

Vea también Calculadora de rendimiento teórico en línea

Temperatura después de la expansión (T₄):

T₄ = T₃ × (1 / PR)^((γ – 1) / γ)

T₄:Temperatura después de la expansión (en Kelvin o Celsius)

T₃:Temperatura después de la combustión
PR: Relación de presión
γ:Relación de calor específico

Eficiencia térmica (η):

η = 1 – (1 / (PR)^((γ – 1) / γ))

η:Eficiencia térmica (expresada como decimal o porcentaje)

PR: Relación de presión
γ:Relación de calor específico

Trabajo realizado por el compresor (W_c):

W_c = m × Cp × (T₂ – T₁)

WC: Trabajo hecho por el compresor (en julios o unidades de energía consistentes)
m: Caudal másico del fluido de trabajo
Cp: Calor específico a presión constante

T₂:Temperatura después de la compresión
T₁:Temperatura antes de la compresión

Trabajo realizado por la turbina (W_t):

W_t = m × Cp × (T₃ – T₄)

¿Qué es?: Trabajo realizado por la turbina (en julios o unidades de energía consistentes)
m: Caudal másico del fluido de trabajo

Cp: Calor específico a presión constante
T₃:Temperatura después de la combustión
T₄:Temperatura después de la expansión

Salida de trabajo neto (W_net):

W_neto = W_t – W_c

W_net: Salida neta de trabajo del ciclo Brayton (en julios o unidades de energía consistentes)

¿Qué es?: Trabajo realizado por la turbina
WC:Trabajo realizado por el compresor

Calor añadido (Q_in):

Q_in = m × Cp × (T₃ – T₂)

Q_en:Calor añadido durante el proceso de combustión (en julios o unidades de energía consistentes)
m: Caudal másico del fluido de trabajo

Cp: Calor específico a presión constante
T₃:Temperatura después de la combustión
T₂:Temperatura después de la compresión

Definiciones de variables:

η:Eficiencia térmica del ciclo Brayton
PR: Relación de presión (P₂/P₁)
γ: Relación de calor específico (Cp/Cv) del fluido de trabajo

P₁:Presión inicial antes de la compresión
P₂:Presión después de la compresión
T₁:Temperatura inicial antes de la compresión

T₂:Temperatura después de la compresión
T₃:Temperatura después de la combustión
T₄:Temperatura después de la expansión

Q_en:Calor añadido durante el proceso de combustión.
m: Caudal másico del fluido de trabajo
Cp: Calor específico a presión constante

Cv: Calor específico a volumen constante (relacionado a través de γ)

Vea también Calculadora de PPM a Molaridad en línea

Condiciones Generales

Término	Definición
Eficiencia térmica (η)	Una medida de la eficacia con la que el ciclo Brayton convierte el calor en trabajo.
Relación de presión (PR)	La relación entre la presión después de la compresión y la presión antes de la compresión.
Relación de calor específico (γ)	Relación de calores específicos a presión y volumen constantes (Cp/Cv).
Temperatura después de la compresión (T₂)	La temperatura del fluido de trabajo después de haber sido comprimido.
Temperatura antes de la compresión (T₁)	La temperatura inicial del fluido de trabajo antes de la compresión.
Temperatura después de la combustión (T₃)	La temperatura del fluido de trabajo después de la adición de calor durante la combustión.
Temperatura después de la expansión (T₄)	La temperatura del fluido de trabajo después de la expansión en la turbina.
Trabajo realizado por el compresor (W_c)	La energía necesaria para comprimir el fluido de trabajo.
Trabajo realizado por la turbina (W_t)	La energía producida al expandir el fluido de trabajo en la turbina.
Salida de trabajo neto (W_net)	La producción total de trabajo del ciclo Brayton, calculada como W_t – W_c.
Calor añadido (Q_in)	La cantidad de calor introducida en el ciclo durante la combustión.
Caudal másico (m)	La masa del fluido de trabajo que pasa a través del ciclo por segundo.
Calor específico a presión constante (Cp)	La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa en un grado a presión constante.
Calor específico a volumen constante (Cv)	La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa en un grado a volumen constante.

Ejemplo de calculadora de ciclo Brayton

Consideremos un ejemplo para entender cómo funciona la calculadora de ciclo Brayton.

Vea también Calculadora de desintegración radiactiva en línea

Escenario:

Un ingeniero está diseñando un motor de turbina de gas y necesita calcular su eficiencia térmica y el trabajo neto de salida. Se proporcionan los siguientes parámetros:

Presión inicial (P₁): 100kPa
Presión después de la compresión (P₂): 1,000kPa

Temperatura inicial (T₁): 300K
Calor añadido (Q_in): 500,000J
Caudal másico (m): 10 kg/s

Calor específico a presión constante (Cp): 1,005 J/(kg·K)
Relación de calor específico (γ): 1.4

Cálculos:

Relación de presión (PR):PR = P₂ / P₁
PR = 1,000 kPa / 100 kPa
PR = 10

Temperatura después de la compresión (T₂):T₂ = T₁ × (PR)^((γ – 1) / γ)
T₂ = 300 K × (10)^((1.4 – 1) / 1.4)
T₂ ≈ 300 K × 10^0.2857
T₂ ≈ 300 K × 1.933
T₂ ≈ 580 K
Temperatura después de la combustión (T₃):T₃ = T₂ + (Q_in / (m × Cp))
T₃ = 580 K + (500,000 J) / (10 kg/s × 1,005 J/(kg·K))
T₃ = 580 K + 49.75 K
T₃ ≈ 629.75 K
Temperatura después de la expansión (T₄):T₄ = T₃ × (1 / PR)^((γ – 1) / γ)
T₄ = 629.75 K × (1/10)^((1.4 – 1) / 1.4)
T₄ ≈ 629.75 K × 0.516
T₄ ≈ 324.3 K

Eficiencia térmica (η):η = 1 – (1 / (PR)^((γ – 1) / γ))
η = 1 – (1 / 10^0.2857)
η = 1 – (1 / 1.933)
η ≈ 1 – 0.517
η ≈ 0.483 o 48.3%
Trabajo realizado por el compresor (W_c):W_c = m × Cp × (T₂ – T₁)
W_c = 10 kg/s × 1,005 J/(kg·K) × (580 K – 300 K)
Agua_c = 10 × 1,005 × 280
Agua_c = 2,814,000 J
Trabajo realizado por la turbina (W_t):W_t = m × Cp × (T₃ – T₄)
Peso_t = 10 kg/s × 1,005 J/(kg·K) × (629.75 K – 324.3 K)
Peso_t = 10 × 1,005 × 305.45
Peso ≈ 3,075,022.5 J

Salida de trabajo neto (W_net):W_neto = W_t – W_c
W_neta = 3,075,022.5 J – 2,814,000 J
W_net ≈ 261,022.5 J

Resultado:

Eficiencia térmica (η): 48.3%

Salida de trabajo neto (W_net): 261,022.5 Julios

Este ejemplo demuestra cómo se puede utilizar la calculadora de ciclo Brayton para determinar la eficiencia y el trabajo de salida de un motor de turbina de gas en función de parámetros de entrada específicos.

Preguntas frecuentes más comunes

1. ¿Por qué debería utilizar la calculadora de ciclos Brayton?

La calculadora de ciclo Brayton ofrece un método sencillo y preciso para evaluar el rendimiento de los motores de turbina de gas. Al ingresar parámetros esenciales como relaciones de presión, temperaturas y caudales másicos, los usuarios pueden determinar rápidamente métricas críticas como la eficiencia térmica y la salida de trabajo neto. Esta herramienta es invaluable para optimizar los diseños de motores, mejorar la eficiencia energética y tomar decisiones informadas en proyectos de ingeniería relacionados con industria Sistemas de generación y propulsión.

2. ¿Se puede utilizar la calculadora de ciclo Brayton para diferentes fluidos de trabajo?

Sí, la calculadora de ciclos Brayton se puede adaptar a distintos fluidos de trabajo ajustando los valores de la relación de calor específico (γ) y del calor específico a presión constante (Cp) según corresponda. Los distintos gases y mezclas tendrán propiedades únicas, por lo que es esencial ingresar los valores correctos para garantizar cálculos precisos. Esta flexibilidad hace que la calculadora sea útil para una amplia gama de aplicaciones más allá de los ciclos Brayton estándar basados en aire.