Elciclo Brayton, tambin conocido comociclo Jouleociclo Froude, es unciclo termodinmicoconsistente, en su forma ms sencilla, en una etapa de compresinadiabtica, una etapa de calentamientoisobricoy una expansin adiabtica de unfluidotermodinmicocompresible. Es uno de los ciclos termodinmicos de ms amplia aplicacin, al ser la base del motor deturbina de gas, por lo que el producto del ciclo puede ir desde un trabajo mecnico que se emplee para la produccin de electricidad en los quemadores de gas natural o algn otro aprovechamiento caso de las industrias de generacin elctrica y de algunos motores terrestres o marinos, respectivamente, hasta la generacin de unempujeen unaerorreactor.Desarrollo histrico[editareditar cdigo]En el ciclo Brayton, como en la mayora de los ciclos termodinmicos, es necesario distinguir el ciclo termodinmico en s mismo de su aplicacin tecnolgica. Como ocurre en algunos otros motores trmicos, los motores basados en el ciclo Brayton han presentado diferentes soluciones formales, que bsicamente se pueden reducir a los motores Brayton de pistones, de funcionamiento parecido a los modernos motores Diesel y gasolina, y que hoy en da apenas existen salvo en museos, y los motores Brayton de flujo continuo, en los que, a diferencia de los motores de pistones, la admisin del fluido termodinmico es continua, y que son la base de la turbina de gas

El ciclo Brayton aparece por primera vez asociado a la patente de una mquina de gas del inventor inglsJohn Barber, en 1791. Formalmente, el motor de Barber podra ser clasificado como de flujo discontinuo, si bien su rudimentario sistema de compresin, incapaz de alcanzar siquiera las 2 atmsferas de presin, y las elevadsimas prdidas de calor asociadas al sistema de calentamiento, as como las complicaciones asociadas al emplear aire en vez de vapor de agua, hicieron que el motor fracasara estrepitosamente frente a la mucho ms eficazmquina de vapordeJames Watt. Del mismo modo en que ocurri con otros motores de la poca, como elmotor Stirling, la idea de Barber cay en el olvido.En la dcada de 1840 el fsico britnicoJames Prescott Jouleplante de manera terica y formal, por primera vez, el ciclo Brayton. Su trabajo se limit al mbito terico y termodinmico, al reconocer que la obtencin de elevadas potencias mecnicas del ciclo exigira o bien elevadsimos costes de combustible, o sistemas de compresin de gas extremadamente grandes y resistentes, ya que Joule plante la implantacin del ciclo Brayton como un ciclo de flujo discontinuo, en el que el gas deba comprimirse mediante un cilindro y un pistn.Una vez delineadas las caractersticas del ciclo, el primer intento relevante por llevarlo a la prctica se produjo en 1872, cuandoGeorge Braytonpatent suReady Motor. En su patente, basada en un motor de pistones de flujo discontinuo, la compresin se realizara en un cilindro, tras lo cual el aire comprimido, que habra pasado a una cmara de calentamiento, se calentara por una fuente de calor externa, para finalmente expandirse en el cilindro de expansin, produciendo un trabajo. El motor presentaba importantes problemas, al no poder garantizar a la perfeccin la constancia de la presin en la etapa de calentamiento del aire comprimido. Igualmente, y tal y como haba previsto Joule, los motores de Brayton, para desarrollar una potencia razonable, deban de ser extremadamente grandes, con lo que, aunque llegaran a comercializarse, nunca gozaron de gran difusin.En la actualidad, el ciclo Brayton se asocia al motor de turbina de gas, si bien Brayton jams dise otra cosa que un motor de pistones. Aunque el fluido termodinmico sufre los mismos procesos que aquellos a los que se someta en su versin de motor de pistones, la turbina de gas presenta la caracterstica diferencial de que es un motor de flujo continuo. Ello implica que el fluido, habitualmente aire, es continuamente admitido y continuamente expulsado del motor, a diferencia de los motores de pistones, en los que la admisin y la expulsin es intermitente.El desarrollo de la turbina de gas se produce bsicamente a principios del siglo XX, y es consecuencia de solucionar la principal problemtica tcnica asociada al ciclo Brayton, a saber, la etapa de compresin. La compresin de un fluido compresible no es sencilla: los motores de pistones solventan el problema confinando al gas en una cmara cerrada el cilindro, y reduciendo el volumen de la misma por medio de un pistn, lo cual produce un incremento de la presin; sin embargo, ello conduce a motores esencialmente pesados y de grandes dimensiones para grandes potencias, al requerirse una elevada inercia mecnica para poder garantizar su funcionamiento de manera continuada. La turbina de gas emplea, por el contrario, uncompresor, consistente en uno o varios escalones de labes rotatorios que empujan al aire, transmitindole una energa cintica que primero lo acelera y luego, por medio de unos labes fijos, lo frenan para convertir el exceso de energa en presin. Como quiera que tal proceso implica trasladar a un fluido de una zona de bajas presiones a otra de altas presiones, proceso el cual poco favorecido por la termodinmica, la compresin de esa manera resultaba muy problemtica y poco efectiva en el siglo XIX. Con el avance de la tcnica, el desarrollo de nuevos materiales y la cada vez mejor comprensin de la mecnica de fluidos, a principios del siglo XX comenzaron a producirse los primeros compresores realmente eficaces, y no se tard en plantear la construccin de las primeras turbinas de gas.En estos dispositivos, la compresin vena seguida de una combustin interna en una rudimentaria cmara de combustin, en la que se aada combustible al aire comprimido para quemarlo, y la expansin se desarrollaba en unaturbina, producindose untrabajomecnico parte del cual se empleaba en accionar el compresor, y la remanente en accionar un generador elctrico o algn otro dispositivo que requiriese trabajo mecnico.La aplicacin de la turbina de gas basada en el ciclo Brayton a la propulsin area se debe al ingeniero inglsFrank Whittle, quien en 1927 patent la idea y la propuso a la fuerza area inglesa. Una serie de expertos liderados porAlan Arnold Griffithhaban estudiado en los aos anteriores las posibilidades tcnicas de la turbina de gas como medio de propulsin area, aunque su idea se basaba en emplear el trabajo mecnico obtenido para accionar una hlice. Whittle, por el contrario, propona disponer de un ciclo Brayton tal que no se produjera ningn trabajo mecnico neto, de manera que la turbina generara tan solo la energa suficiente como para accionar el compresor. La propulsin se producira, segn l, debido a la elevada velocidad de los gases a la salida de la turbina, formndose un chorro propulsivo que generara sobre el motor una fuerza de empuje.La idea de Whittle fue planteada casi al mismo tiempo por el alemnHans von Ohain. Durante laSegunda Guerra Mundialse producira una frentica carrera entre ambos bandos por el desarrollo de los primerosmotores a reaccin. Tras sta, la turbina de gas basada en el ciclo de Brayton pasara a dominar como sistema propulsivo de aeronaves, al tiempo que continuara siendo aplicada dentro de la industria de generacin. Igualmente, tiene aplicacin como motor marino, en sistemas de bombeo, grandes maquinarias, entre otras, constituyendo en la actualidad una de las mquinas ms sofisticadas que existen.Al emplear como fluido termodinmico el aire, el ciclo Brayton puede operar atemperaturaselevadas, por lo que es idneo para aprovechar fuentes trmicas de alta temperatura y obtener un altorendimiento termodinmico.Sobre el ciclo bsico existen variantes que lo complican para mejorar alguna de sus prestaciones, como lapotenciao elrendimiento. Ejemplos de estas variantes son el ciclo Brayton con regenerador, el ciclo Brayton de mltiples etapas (de compresin u expansin), o la combinacin de un ciclo Brayton con unciclo Rankinepara dar lugar al denominadociclo combinado

Diagrama del ciclo Brayton terico (en negro) y real (en azul), en funcin de laentropaSy latemperaturaT