Termodinamica ESCUELA DE CIENCIAS DE LA TIERRA

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UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NÚCLEO DE BOLÍVAR

ESCUELA DE CIENCIAS DE LA TIERRA

CATEDRA: TERMODINAMICA

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PROFESOR:                

FIGUEROA JESUS                                            BACHILLERES:       

INDICE

                                                                                                                        Pág.

INTRODUCCIÓN

El estudio de máquinas que emplean los procedimientos de las variaciones termodinámicas de un sistema, cuya aplicación origina un rendimiento efectivo con tendencia a un rendimiento máximo de una maquina perfecta o próxima a ella.

Las variaciones Térmicas como principio básico de las máquinas de combustión en las transformaciones isotérmicas y adiabáticos, permiten aprovechar las propiedades físicas de los gases para idear maquinas que posibiliten electricidad o transporte.

El ciclo de Carnot emplea dos límites específicos de temperatura muy adecuada para las centrales eléctricas de vapor. En él se da un proceso cíclico reversible que utiliza un gas perfecto con dos transformaciones isotérmicas y dos adiabáticas.

El ciclo de Rankine es ideal para las centrales eléctricas de vapor en el que no se incluye ninguna irreversibilidad interna y compuesta de cuatro procesos: compresión isentrópica (bomba), adicción de calor a presión constante (caldera), expansión isentrópica (turbina) y rechazo de calor a presión constante (condensador).

Por su parte el ciclo de Otto conocido como ciclo del encendido por chispa, donde el proceso se efectúa a volumen constante .En esté el embolo ejecuta cuatro tiempos completos (dos ciclos mecánicos) y dentro del cilindro completa dos revoluciones por cada ciclo termo dinámico.

El ciclo teórico de esta máquina consta de una transformación adiabática (compresión) y una isocórica (combustión), una segunda transformación adiabática (expansión) y finalmente una segunda transformación isocórica.

El ciclo de Diesel ideal para maquinas reciprocas (ECOM), también conocido como motores Diesel el aire se comprime hasta una temperatura que es superior a la temperatura del autoencendido del combustible, donde la combustión se inicia al contacto cuando el combustible inyecta dentro de este aire caliente. En estos motores la bugía y del carburador son sustituidos por inyectores de combustible.

                                                  CICLO CARNOT

• CICLO DE GAS DE CARNOT

El ciclo de Carnot está compuesto por cuatro procesos totalmente reversibles: adición de calor isotérmica, expansión isentrópica, rechazo de calor isotérmico y compresión isentrópica. Los diagramas P-v y T-s de un ciclo de Carnot se vuelven a graficar en la figura 9-6. El ciclo de Carnot puede ser ejecutado en un sistema cerrado (un dispositivo de cilindro-émbolo) o en un sistema de flujo estacionario (usando dos turbinas y dos compresores, como se muestra en la figura, y puede emplearse gas o vapor como el fluido de trabajo. El ciclo de Carnot es el ciclo más eficiente que puede ejecutarse entre una fuente de energía térmica a temperatura TH y un sumidero a temperatura TL, y su eficiencia térmica se expresa como

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Maquina de Carnot de flujo estacionario

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La transferencia de calor isotérmica reversible es muy difícil de lograr en la práctica porque requeriría intercambiadores de calor muy grandes y necesitaría mucho tiempo (un ciclo de potencia en una máquina común se completa en una fracción de un segundo). Por lo tanto, no es práctico construir una máquina que opere en un ciclo que se aproxima en gran medida al de Carnot.

El verdadero valor del ciclo de Carnot reside en que es el estándar contra el cual pueden compararse ciclos reales o ideales. La eficiencia térmica de un ciclo de Carnot es una función de las temperaturas del sumidero y de la fuente, y la relación de la eficiencia térmica para este ciclo como lo muestra la ecuación dicha anteriormente transmite un importante mensaje que es igualmente aplicable a ciclos ideales reales: la eficiencia térmica aumenta con un incremento en la temperatura promedio a la cual se suministra calor hacia el sistema o con una disminución en la temperatura promedio a la cual el calor se rechaza del sistema.

Sin embargo, las temperaturas de la fuente y el sumidero que pueden emplearse en la práctica tienen límites. La temperatura más alta en el ciclo es limitada por la temperatura máxima que pueden soportar los componentes de la máquina térmica, como el émbolo o los álabes de la turbina. La temperatura más baja está limitada por la temperatura del medio de enfriamiento utilizado en el ciclo, como un lago, un río o el aire atmosférico.

Diagrama P-V y T-S de un ciclo de Carnot:

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Ejemplo1

 Deducción de la eficiencia del ciclo de Carnot.

Demuestre que la eficiencia térmica de un ciclo de Carnot que opera entre los límites de temperatura de TH y TL es una función exclusiva de estas dos temperaturas y que está dada por la ecuación:

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Solución: Se demostrará que la eficiencia de un ciclo de Carnot depende solamente de las temperaturas de la fuente y el sumidero.

Diagrama T-s

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Análisis: Los cuatro procesos que componen este ciclo son reversibles y por lo tanto el área bajo cada curva del proceso representa la transferencia de calor para ese proceso. El calor se transfiere al sistema durante los procesos 1-2 y se rechaza durante los procesos 3-4. Por consiguiente, las cantidades de entrada y salida de calor para el ciclo pueden ser expresadas como

   y         [pic 8][pic 9]

Dado que los procesos 2-3 y 4-1 son isentrópicos y, por lo tanto, s2 = s3 y s4 = s1. Sustituyendo éstos en   , la eficiencia térmica de un ciclo de Carnot es:[pic 10]

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Observe que la eficiencia térmica de un ciclo de Carnot es independiente del tipo de fluido de trabajo utilizado (un gas ideal, vapor, etc.) o de si el ciclo es ejecutado en un sistema cerrado o en un sistema de flujo estacionario.

CICLO DE VAPOR DE CARNOT.

El ciclo de Carnot es el más eficiente de los ciclos que operan entre dos límites especificados de temperatura. Así, es natural considerar primero a este ciclo como un prospecto de ciclo ideal para las centrales eléctricas de vapor. Si fuera posible, se adoptaría como el ciclo ideal. Sin embargo, como se explica a continuación el ciclo de Carnot no es un modelo apropiado para los ciclos de potencia. A lo largo de todo el análisis se ha considerado al vapor como el fluido de trabajo, ya que su uso predomina en los ciclos de potencia de vapor.

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