Ciclo de joule brayton

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Ciclo de Joule Brayton

- fluído de trabalho: ar

Ciclo Aberto

Ciclo Fechado


- 2 isobáricas (permutadores de calor) e 2 adiabáticas reversíveis (turbina ecompressor)

qA = 2q3 = (h3-h2) = cp(T3-T2)
wT = 3w4 = (h4-h3) = cp(T4-T3)
qB = 4q1 = (h1-h4) = cp(T1-T4)
wC = 1w2 = (h2-h1) = cp(T2-T1)

Rendimento Termodinâmico:
-Ƞ=-WcicloQA=1-T4-T1T3-T2=1-T1(T4T1-1)T2(T3T2-1)
- T2T1=(p2p1)γ-1γ
- T4T3=(p4p3)γ-1γ


Razão de pressões “rp”:
rp=p2p1= p3p4
Ƞ=1-1rp γ-1γ

Valor máximo de rp:
Uma vez fixa a temperatura máxima e mínima,será aquela que, após uma compressão isentrópica (1”-2”) se atinja a temperatura máxima, T3”.

rp.max=p2maxp1=limT2→T3(T2T1)γγ-1
rp.max=(T3T1)γγ-1
1<rp<(T3T1)γγ-1
Ƞ(rp=rp.max)=1-T1T3O w do ciclo é nulo quando:
rp=1 e rp= rp.max
Valor de rp que maximiza o trabalho do ciclo:
Wciclo=cpT2-T1+cpT4-T3=1-T3T1rpγ-1γcpT4-T3==cpT3rp-γ-1γ-T3-T1+T1rpγ-1γ
Wciclo=f(T3,T1, rp)Fixos T3 e T1,Wmax.ciclo:∂Wciclo∂rp=0
0=cp-γ-1γT3rp-2γ-1γ+ γ-1γT1rp-1γ
rp=rp.max

Razão de trabalho:
rw=wciclowexp=T4-T3+(T2-T1)(T4-T3)=1-T2-T1(T3-T4)=1-T1T3rpγ-1γ
As curvas do rendimento eda razão de trabalho são o inverso uma da outra. Assim, quando o rendimento é elevado, a razão de trabalho é baixa e vice-versa.
Solução: valores de razão de pressão intermédios que sejam umcompromisso entre rendimento e razão de trabalho.
Valores favoráveis do ceg encontram-se na zona de rw onde é possível o compromisso entre Ƞ e rw.



Ciclo de Joule Brayton com regeneraçãoPara que seja possível a regeneração: T4>T2
Valor de rp para o qual T4=T2:
T2T1=rpγ-1γ ; T4T3=1rpγ-1γ ; T2=T4
rp=(T3T1)γ2(γ-1)=rp.max

Então, para que haja regeneração:1<rp<rp.max
Com a regeneração, a rp e o ceg mantem-se inalterados. O Ƞ vem aumentando, já que qA diminui:

qA=(T3-T2,)<(T3-T2)
Ƞ=-WliqqA=-T4-T3+(T2-T1)(T3-T2,)
Ƞ=1-T1T3rpγ-1γ=rw...
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