Para superar esta dificultad, podría
proponerse que rp aumentase pero que la temperatura a la salida del quemador
no excediese T3 . Un ci clo así estaría
representado por 1-5-7-8-1. La eficiencia de dicho ciclo seria mayor que
la del ciclo básico 1-2-3-4-1, pero en l a
figura se aprecia fácilmente que el trabajo neto de salida seria
mucho menor. Para obtener la
misma potencia de salida que el ciclo
básico, se requeriría un gasto masico mucho mayor, lo cual
significa que seria necesario un sistema físico
mucho mayor. Esto ultimo puede no ser deseable. En el limite, cuando
rp, aumenta y la temperatura a la salida del quemador
esta restringida a un valor equivalente a T3, el trabajo neto tiende
a cero. Además, conforme rp disminuye para un
valor fijo de T3 , el trabajo neto disminuye. En consecuencia, debe
haber un valor de T2 (y por tanto, un valor de P2) para el
cual se obtenga una salida máxima de trabajo neto. Esto se
halla derivando la ecuación del trabajo neto con respecto a T2,
para
valores fijos de T1 y T3 . El máximo trabajo neto del ciclo
de Brayton operando en un ciclo estándar de aire frío con
esta restricciones ocurre cuando T2= (T1 /T3
)1/2. La línea continua en la figura 4 muestra la variación
de la eficiencia térmica con respecto a la
relación de presiones para un ciclo ideal de una turbina
de gas de aire estándar frío.
Los datos se basan en un cociente de temperaturas
de la entrada de la turbina entre la de la entrada del compresor de 4:1.
La línea a trazos indica el trabajo
neto del ciclo. Graficado como el parámetro adimensional wnet/(CpT1
), el trabajo neto alcanza un máximo a una
relación de presiones de 12:1, y luego disminuye lentamente
a valores mayores de la relación de presiones.
La máxima temperatura permisible
de los gases de combustión en una turbina de gas, debido a las limitaciones
metalúrgicas de los alabes de la turbina,
esta entre 1200 y 1500ºK (2200 a 2700ºR). Sin embargo, la temperatura
usual de combustión de los hidrocarburos combustibles
con la cantidad estequiometrica de aire esta entre 2200 y 2500 K (4000
a 4500'R). La temperatura de combustión
real de los gases se reduce a limites tolerables empleando en el quemador
una relación de aire y combustible relativamente
elevada, en comparación con la relación estequiometrica.
La relación de aire y combustible requerida en
una situación en p articular se puede predecir haciendo un
análisis de energía para el quemador