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TERMODINÁMICA APLICADA

DOCENTE: ING. ARELLANO VILCHEZ MARIO ALFONSO ESTUDIANTE: BAZAN JIMENEZ JORDAN ANTONY CÓDIGO: 74469082 CARRERA: INGENERIA MECÁNICA

HUANCAYO – PERÚ 2019

1.CICLO OTTO El ciclo de Otto es el ciclo ideal para las máquinas reciprocantes de encendido por chispa. En la mayoría de las máquinas de encendido por chispa el émbolo ejecuta cuatro tiempos completos (dos ciclos mecánicos) dentro del cilindro, y el cigüeñal completa dos revoluciones por cada ciclo termodinámico. Estas máquinas son llamadas máquinas de combustión interna de cuatro tiempos.

1.1Procesos: 1-2 Expansión adiabática: Se realiza trabajo sin intercambio de calor, disminuyendo su energía interna. 2-3 Expansión isócora: Se cede calor al foco frío (Q2). No se realiza trabajo. La entropía disminuye. 3-4 Compresión adiabática: Se consume trabajo sin intercambio de calor y aumenta su energía interna. 4-1 Compresión isócora: Se toma calor Q1. No se realiza trabajo y aumenta la energía interna.

1.2 Eficiencia:

1.3 Diferencias entre Ciclo Otto Real e Ideal IDEAL REAL Las perdidas de calor son Las líneas de compresión y nulas pero muy sensibles. expansión no son, por consiguientes, adiabáticas, sino PERDIDAS DE politrópicas se produce por lo CALOR tanto una pérdida de trabajo útil. Como el fluido experimenta una perdida de calor se tiene evidentemente: para la expansión, n>k y para la compresión. Se supone que la combustión La combustión dura un cierto COMBUSTION se realiza a volumen tiempo. Esto se produce en la NO constante; es, por tanto, línea de 2-3 de introducción de INSTANTANEA instantánea. calor y, por tanto, una pérdida de trabajo útil representada por el área B. TIEMPO ESCAPE

CICLO REAL

CICLO IDEAL

Ocurre la sustracción de calor La sustracción de calor tiene lugar DE instantáneamente. en un tiempo a que la presión descienda cerca al valor de la presión exterior. Esto provoca una pérdida de trabajo útil

1.4 Ejercicio Un ciclo Otto ideal tiene una relación de compresión de 8. Al comienzo del proceso de compresión el aire está a 100 kPa y 17C, y 800 kJ/kg de calor es transferido al aire durante el proceso de adición de calor a volumen constante. Tomando en cuenta la variación de los calores específicos del aire con la temperatura, determine (a) la temperatura y presión máxima que ocurren durante el ciclo, (b) el trabajo neto producido, (c) la eficiencia térmica, y (d) la presión efectiva media en el ciclo. (e) También determine la potencia de salida del ciclo, en kW, para una velocidad de máquina de 4000 rpm (rev/min). Suponga que este ciclo opera en una máquina que tiene 4 cilindros con un volumen de desplazamiento total de 1.6 L.

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La temperatura máxima en el ciclo de Otto ocurre en 3, pero primero necesitamos encontrar las propiedades del estado 2

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Proceso 1->2 (proceso isentrópico de un gas ideal):

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Proceso 2->3 (adición de calor a volumen constante)

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Proceso 3-> 4 (proceso isentrópico de un gas ideal)

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Proceso 4-> 1 (expulsión de calor a volumen constante)

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(b)

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(c) η = wneto/qen = 418.17 800 = 0.523. Bajo condiciones de calores específicos constantes a temperatura ambiente, tendríamos = 1 − rγ−1 = 1 − (8)1.4−1 = 0.565, lo que es bastante diferente al resultado anterior. ¡Cuidado con la hipótesis de calores específicos constantes a temperatura ambiente! Aquí aparece dependencia de la temperatura.

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(d) La presión media se calcula usando su definición

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(e) El aire total contenido por los cuatro cilindros es

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El trabajo neto producido por un ciclo

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Potencia

2 CICLO DIESEL El ciclo de diesel es un motor de encendido por compresión (en lugar de encendido por chispa). El combustible atomizado se inyecta en el cilindro en p2(alta presión) cuando la compresión se completa, y hay encendido sin una chispa.

2.1 Procesos 1-2 Compresión Isentrópica 2-3 Calentamiento Isobárico 3-4 Expansión isentrópica 4-1 Enfriamiento Isocórico 2.2 Eficiencia

2.3 Diferencias entre Ciclo Diesel Real e Ideal

IDEAL

REAL

COMBUSTION La presión en este ciclo se La combustión se realiza en A

PRESION mantiene constante.

CONSTANTE

tales condiciones que la presión varia durante el proceso.

2.4 Ejercicio Un ciclo Diesel ideal con aire como fluido de trabajo tiene una relación de compresión de 18 y una relación de corte de admisión de 2. Al principio del proceso de compresión el fluido de trabajo está a 14.7 psi a, 80 °F y 117 pulg3.Utilice las suposiciones de aire estándar frío y determine a) la temperatura y presión del aire al final de cada proceso. b) la salida de trabajo neto y la eficiencia térmica

a) Proceso 1-2 (compresión isentrópica de un gas ideal, calores específicos constantes)

Proceso 2-3 (adición de calor a un gas ideal a presión cte.)

Proceso 3-4 (expansión isentrópica de un gas ideal, calores cte.)

b) Trabajo neto

3 CICLO RANKINE El ciclo Rankine ideal con recalentamiento difiere del ciclo Rankine ideal simple en que el proceso de expansión sucede en dos etapas. En la primera (la turbina de alta presión), el vapor se expande isoentrópicamente hasta una presión intermedia y regresa a la caldera donde se recalienta a presión constante, por lo general hasta la temperatura de entrada de la turbina de la primera etapa. Después, el vapor se expande isoentrópicamente en la segunda etapa (turbina de baja presión) hasta la presión del condensador. De modo que la entrada de calor total y la salida total de trabajo de la turbina en un ciclo de recalentamiento vienen a ser

3.2 Eficiencia

3.3 Ejercicio Una planta de potencia de vapor opera en un ciclo Rankine ideal con recalentamiento. El vapor entra a la turbina de alta presión a 8 MPa y 500 ºC y la abandona a 3 MPa. El vapor es recalentado a presión constante hasta 500 ºC antes de expandirse en la turbina de baja presión. Determine el trabajo específico de las turbinas (en kJ/kg) y la eficiencia térmica del ciclo. También muestre el diagrama T-s del ciclo. Realice el análisis exérgico, considera que el ciclo intercambia calor con reservorios de 1800 K y 300 K.

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Se conoce las siguientes propiedades: T3=500°C, P3= 8 MPa, P4= 3 MPA, T5= 500°C, P5= 3 MPa y P6= 20 KPa

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Estado 1

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La caldera opera de manera isobárica, por lo que P2 = P3. El trabajo suministrado a la bomba se puede determinar como:



Estado 3

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La turbina de alta presión es ideal, es decir, opera de manera adiabática reversible, es isentrópica:

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Estado 5

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La turbina de baja presión es ideal, es decir, opera de manera adiabática reversible: es isentrópica:

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La salida de trabajo de la turbina viene dada por:

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Calculo de la eficiencia

4 CICLO COMBINADO DE GAS Y VAPOR Un ciclo combinado es un sistema termodinámico que comprende dos o más ciclos de potencia, cada uno usando un fluido de trabajo diferente. Combinando dos ciclos de potencia independientes puede resultar en mayor eficiencia que operando cada ciclo independientemente. Para alcanzar mayor eficiencia que cualquiera de los ciclos operando independientemente, los dos ciclos deben intercambiar energía. El ciclo Brayton para turbinas de gas y el ciclo Rankine para turbinas de vapor son dos ciclos que se complementan uno al otro para formar ciclos combinados eficientes. El ciclo Brayton tiene una fuente a alta temperatura y desecha calor a una temperatura tal que puede ser fuente de energía o suplemento de la fuente de energía para el ciclo Rankine en un ciclo combinado.

4.1 Ejercicio Considere el ciclo de potencia combinado de gas y vapor mostrado en la figura. El ciclo superior es un ciclo de turbina de gas que tiene una relación de presión de 8. El aire entra al compresor a 300K y a la turbina a 1300K. La eficiencia isentrópica del compresor es de 80%, mientras que la de la turbina de gas es de 85%. El ciclo inferior es un ciclo Rankine ideal simple que opera entre los límites de presión a 7MPa y 5KPa. El vapor se calienta en un intercambiador de calor por medio de los gases de escape hasta una temperatura de 500°C. lo gases de escape salen del intercambiador de calor a 450K, Determine a) la relación entre los flujos masicos del vapor y de los gases de combustión y b) la eficiencia térmica del ciclo combinado.

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Ciclo de gas

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Ciclo de vapor

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Relación de los flujos masicos se determina a partir del balance de energía en el intercambio de calor

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Es decir, 1 kg de gases de escape puede calentar únicamente 0,131 kg de vapor de 33 a 550°C, cuando se enfría de 853 a 450°K. Entonces la salida total de trabajo por kg de gases de combustión es:

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Cálculo de la eficiencia

BIBLIOGRAFIA    

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Cengel A. Yunus, Boles Michael A. Termodinámica. México : McGrawHill, 2012. Profesor Freddy Figueroa. Termodinámica II Departamento de Fisica II. Universidad de Sevilla. Curto Risso, Pedro Luis. Simulación numerica y modelizacion teórica de un ciclo tipo Otto irreversible. Universidad de Salamanca. Salamanca : s.n., 2009. pág. 75, Tesis. Dr Renzon Cosme Pecho. Ciclos de potencia de vapor y combinados https://es.slideshare.net/Flerasgard/ciclo-diesel?next_slideshow=1 https://slideplayer.es/slide/22066/ https://slideplayer.es/slide/22506/