Otto Cycle vs Brayton Cycle: 5 hechos que debes saber

Los ciclos de Brayton y Otto generan energía mecánica a partir de energía térmica. Este artículo discute en detalle sobre el tema ciclo de Otto vs ciclo de Brayton.

El ciclo Brayton se usa en motores a reacción, mientras que el ciclo Otto se usa en vehículos con motor SI. Averigüemos qué otras diferencias y similitudes existen entre estos ciclos.

Principales piezas de trabajo utilizadas en el ciclo Brayton

Un conjunto de máquinas trabajan juntas para hacer Ciclo de Brayton posible.

Las diferentes partes de trabajo utilizadas en el ciclo Brayton son el compresor, la cámara de mezcla y la turbina. El compresor comprime el aire, el combustible se agrega en la cámara de mezcla donde interactúan el aire comprimido y el combustible. Finalmente, la energía térmica se convierte en energía mecánica mediante una turbina.

Trabajo del ciclo de Brayton

El aire se utiliza como fluido de trabajo en el ciclo Brayton. Se requieren tres procesos como mínimo para completar este ciclo (tres procesos para ciclo abierto y cuatro procesos para ciclo cerrado).

Los siguientes procesos se combinan para formar el ciclo de Brayton:

• Compresión isentrópica El proceso 1-2 representa la compresión isentrópica en la que el aire se comprime sin cambiar su entropía.
• Adición de calor isobárico El proceso 2-3 representa la adición de calor isobárico en el que se añade calor a la cámara de mezcla; el calor combinado con aire comprimido produce una alta energía térmica.
• Expansión isentrópica El proceso 3-4 representa la expansión isentrópica en la que la energía térmica se convierte en energía mecánica. La rotación del eje de la turbina representa energía mecánica.
• Rechazo de calor isobárico El proceso 4-1 representa el rechazo de calor isobárico en el que el calor se elimina del fluido de trabajo y se envía más para comprimirlo para el siguiente ciclo.

Principales piezas utilizadas en el ciclo Otto

Las piezas utilizadas en el ciclo Otto son mucho más pequeñas que las utilizadas en el ciclo Brayton.

Las partes utilizadas en el ciclo Otto son:

• Pistón- El pistón realiza un movimiento alternativo hacia arriba y hacia abajo que comprime el fluido de trabajo dentro del cilindro.
• Cilindro- El cilindro es la base del ciclo Otto. El cilindro es el lugar donde tiene lugar toda la conversión de energía.  
• Válvulas Las válvulas de succión y descarga se utilizan para la entrada de fluido de trabajo y la salida de gases de escape, respectivamente.

Trabajo del ciclo Otto

El ciclo Otto utiliza vapor como fluido de trabajo.

Los siguientes procesos tienen lugar en el ciclo Otto:

• Compresión isentrópica El proceso 1-2 muestra la compresión isentrópica del fluido de trabajo. El pistón se mueve de BDC a TDC. La entropía del sistema es constante durante este proceso, por lo que se denomina compresión isentrópica.
• Iadición de calor sochórico El proceso 2-3 representa la adición de calor en el sistema. El pistón permanece en TDC y muestra el encendido del fluido de trabajo.
• Expansión de entropía constante: el proceso 3-4 representa la expansión isentrópica (expansión de entropía constante) desde donde se mueve el pistón. TDC a BDC. Dado que la entropía permanece constante durante todo este proceso, se denomina expansión isentrópica.
• Adición de calor isocórico El proceso 4-1 representa la adición de calor a volumen constante. El pistón permanece estacionario en BDC mientras el calor se expulsa a la atmósfera.

Este ciclo sigue repitiéndose a medida que el pistón se mueve al PMS.

Eficiencia del ciclo Brayton vs ciclo Otto

Ambos ciclos de diferentes procesos y diferentes fluidos de trabajo. Esto afecta la eficiencia de los ciclos.

La comparación de las eficiencias térmicas del ciclo Brayton y el ciclo Otto se muestra en la siguiente tabla:

Eficiencia térmica del ciclo Brayton	Eficiencia térmica del ciclo Otto

Dónde,

rp es la relación de compresión e Y es la relación de calor específico.

Por tanto, para valores constantes de relación de compresión, ambas eficiencias tienen los mismos valores.

Pero en la práctica, los ciclos de Brayton se utilizan para valores más grandes de relaciones de compresión y el ciclo Otto se utiliza para valores pequeños de relación de compresión. Por lo tanto, la fórmula de eficiencia puede ser la misma pero sus aplicaciones son diferentes.

¿Por qué el ciclo Brayton es más adecuado que el ciclo Otto?

Brayton ciclo utiliza una turbina de gas y compresor, mientras que el ciclo Otto utiliza una disposición de cilindro de pistón para su funcionamiento. Se prefiere el ciclo Otto para motores SI en los que no se puede instalar una turbina de gas y un compresor en el vehículo.

Los siguientes puntos explican en detalle las ventajas de Brayton sobre el ciclo Otto:

• Para los mismos valores de compresión y rendimiento de trabajo, el ciclo Brayton puede manejar un volumen mayor en un rango pequeño de temperatura y presión.
• Una disposición de cilindro de pistón no puede manejar un gran volumen de gas a baja presión. Por lo tanto, se prefiere el ciclo Otto en vehículos.
• En el ciclo Otto, las piezas de trabajo están expuestas a la temperatura máxima durante un período de tiempo muy corto y también tardan en enfriarse. Mientras que en el ciclo de la turbina de gas, las piezas de trabajo están expuestas a altas temperaturas todo el tiempo. En el proceso de estado estacionario, la transferencia de calor de la maquinaria es más difícil en un proceso de volumen constante (es decir, ciclo Otto) que a presión constante (es decir, ciclo Brayton).