CICLOS TERMODINAMICOS2011-2012

CICLO TERMODINMICO Es un proceso o conjuntos de procesos por los que un sistema evoluciona volviendo al mismo estado inicial.Para todo ciclo se cumple que: Ciclo reversible: (todos los estados son de equilibrio). Puede representarse en diagramas PV , TS, El rea dentro del ciclo en un diagrama PV representa el trabajo y en un diagrama TS el calor

Los ciclos termodinmicos permiten: Convertir calor en trabajo por interaccin con dos focos trmicos -Mquinas o motores trmicos. Se describen en sentido horario Pasar calor de un foco fro a otro a mayor temperatura -frigorficos o bombas de calor. Se describen en sentido antihorario

MOTOR O MAQUINA TERMICAEl ciclo se utiliza para convertir calor en trabajo. Por ello: (W>0, sentido horario

MAQUINA FRIGORIFICA Y BOMBA DE CALOR

PRINCIPAPALES CICLOS DE POTENCIAIdeal de carnotRankine Brayton Stirling

DE REFRIGERACIONDe Carnot inversoRefrigeracin por compresinPor absorcin

CICLO DE BRAYTON:

Modela el comportamiento ideal de una turbina a gas (normalmente aire)

Aunque es un ciclo de potencia de combustin interna abierto (los gases de salida no se reutilizan normalmente), para el anlisis termodinmico es conveniente suponer que los gases de escape son reutilizados en el ingreso, permitiendo el anlisis como ciclo cerradohttp://www.youtube.com/watch?v=FbvXhafrbMYESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO

Es un motor trmico que produce trabajo por intercambio de calor con dos focos , trmicos a distinta temperatura

El rendimiento viene dado por:REPRESENTACION TERMODINAMICA DEL CICLO

ANALISIS TERMODINAMICO

a) Procesos isobricosRestando la unidad a cada miembrob) Procesos adiabticos IsoentropicosY recombinando trminos(1)(2)

CALOR NETO EN EL CICLOEl rendimiento en funcin de las temperaturas podr expresarse como:

http://www.youtube.com/watch?v=FbvXhafrbMYTRABAJO EN EL CICLOEl trabajo neto en el ciclo (positivo), se obtiene sumando los trabajos de cada tramo y aplicando la relacin de MayerComo era de esperar trabajo y calor neto coinciden

http://www.youtube.com/watch?v=FbvXhafrbMYEL RENDIMIENTO EN FUNCIN DE LA RAZN DE COMPRESIN rDefiniendo la razn de compresin r como:la ecuacin del rendimiento se transforma en:

MEJORA DE LA TURBINA SIMPLE: REGENERACION

El rendimiento del ciclo se mejora si parte de los gases de salida se introducen en un intercambiador para precalentar el gas de entrada a la cmara de combustin

APLICACIONES SOLARES

MOTOR DE STIRLING

El motor Stirling (1816) compiti en sus inicios con la mquina de vapor. En los ltimos aos ha suscitado de nuevo inters por:

Su rendimiento puede, tericamente, alcanzar el lmite mximo de Carnot.

Ciclo cerrado: el fluido de trabajo opera en un ciclo cerrado con fuente de calor externa. Esto hace que este motor sea, potencialmente, de muy bajo nivel de emisiones.

Al utilizar una fuente de calor externa es adaptable a una gran gama de fuentes de energa calorfica (nuclear, solar, calor de desecho de procesos, etc.)

Desventajas:

El fluido de trabajo es un gas lo que acarrea dificultades operativas. En general se utiliza el hidrgeno y el helio por buenas propiedades termodinmicas.

AB: Compresin isoterma del gas a la temperatura inferior, Tf. Se cede calor Q1, a la fuente fra por absorcin de trabajo.

BC: Calentamiento isocrico. El gas absorbe del calor, Q2, aumentando su temperatura hasta Tc y su presin.

CD: Expansin isoterma del gas a alta temperatura, Tc. El gas toma el calor Q3 de la fuente caliente.

DA : Enfriamiento isocrico hata la temperatura del foco frio Tf por cesin del calor Q4.

REPRESENTACION TERMODINAMICA DEL CICLO

Se absorbe calor en el calentamiento isocrico y en la expansin isoterma, y se cede en los otros dos procesos.

Calor neto absorbido:

Calor neto cedido

RENDIMIENTO DEL CICLOEste rendimiento es siempre menor que el mximo ideal: Por lo que el rendimiento es: conSe cumple:

Un sistema que realiza el ciclo Stirling est formado por un cilindro, un pistn de trabajo y un pistn de desplazamiento con un regenerador de calor que divide al sistema en dos zonas, una zona caliente a Tc y una zona fra a Tf.DESCRIPCION DEL FUNCIONAMIENTO

IMPORTANTE:

Lo que hace especial al ciclo de Stirling es la presencia de un intercambiador de calor (o regenerador).

En el enfriamiento del gas, se pasa de la temperatura Tc a Tf liberando calor. En el calentamiento, se pasa de Tf a Tc, absorbiendo calor. Puesto que, tericamente, se pasa por las mismas temperaturas es posible aprovechar el calor liberado al enfriarse sin violar el segundo principio de la termodinmica: el calor que se va liberando gradualmente en un punto del enfriamiento se cede al punto a la misma temperatura en el calentamiento. Puesto que ambos puntos se encuentran a la misma temperatura el proceso es reversible.

En la realidad siempre se necesita una diferencia de temperaturas para la transferencia, pero pueden ser lo suficientemente pequeas como para que el rendimiento real se aproxime bastante al mximo ideal.http://personales.able.es/jgros/http://www.youtube.com/watch?v=76eneqAO9RAhttp://www.youtube.com/watch?v=duNNtU2uyi4&feature=related

Como funciona?

USOS EN APLICACIONES SOLARES:Disco Stirling con diseo propio Abengoa SolarDisco Stirling de la plataforma solar de Almeria

CICLO DE RANKINEEl calor suministrado por una fuente externase convierte parcialmente en trabajo utilizando normalmente agua.

1-2. Calentamiento isentrpico del fluido (liquido) con aumento de presin. Requiere bomba o compresor. (Calentamiento sensible Tf Tc)

2-3: Calentamiento isobrico del liquido hasta convertirlo en vapor saturado. Requiere de una fuente de calor. (Vaporizacin)

3-4: Expansin adiabtica del vapor saturado en la turbina, con generacin de potencia. La temperatura y la presin bajan y aparece condensacin. (Enfriamiento sensible TcTf y Condensacin)

4-1: Condensacin isoterma del vapor hasta la saturacin . El vapor hmedo se convierte en liquido saturado. CICLO DE RANKINE: IDEAL

RENDIMIENTO DEL CILO RANKINE

CICLO DE RANKINE: REALEn un ciclo real la compresin en la bomba y la expansin en la turbina no son isentrpica proceso no reversible con S y mayor consumo en la bomba y menor rendimiento global

La eficiencia de la turbina se reduce por la formacin de gotas cuando el agua condensa que golpean las aletas de la turbina y reducen su velocidad las erosiona y reduce su vida de uso.

La solucin mas fcil es sobrecalentar el vapor (procesos 33) que desplaza el diagrama hacia la derecha (34), por lo que se produce un vapor mas seco tras la expansin, evitando el goteo

CICLO DE RANKINE: REAL CON RECUPERADOR DE CALORSe introduce en el ciclo un intercambiador de calor por contacto directo (punto 2 del ciclo), en el que entran en contacto parte del vapor que sale de la turbina con el fluido que hay en el condensador (4), con lo que se consigue un liquido saturado a una temperatura intermedia (punto 7).

De esta forma se consigue aumentar el rendimiento del ciclo aunque se aumenta la complejidad de la instalacin y cion ello los problemas ligados al mantenimiento,

Es el ciclo que habitualmente se utiliza en las centrales de potencia

CICLOS DE REFRIGERACION1.- Ciclo de Carnot inverso: ciclo ideal descrito por un gas (no condensable)

CICLO DE JOULE ( MAQUINAS FRIGORFICAS DE AIRE)

Las mquinas frigorficas de aire funcionan segn un ciclo Joule. Aunque tienen un elevado consumo de energia se usan por la seguridad que supone el utilizar aire como fluido asi como por el poco peso de las instalaciones (compresores rotativos).1-2. Compresin adiabtica con aumento de T. Requiere compresor. 2-3: Enfriamiento isobrico con cesin de calor.3-4: Expansin adiabtica en turbina o maquina de pistn o turbina. 4-1: Calentamiento isobrico por absorcin de calor por contacto con foco caliente

CICLO REAL DE REFRIGERACION POR COMPRESION

CICLO DE REFRIGERACION POR ABSORCIONPrecisa de dos sustancias. Un fluido, (agua por ejemplo) se utiliza para hacer circular el refrigerante (NH3). Es el fluido refrigerante se vaporiza al recibir calor o se disuelve al enfriares.

El ciclo es similar al descompresin.

CICLO DE REFRIGERACION POR ABSORCIONEs el amoniaco puro quien describe el ciclo de refrigeracin (Rankine inverso o Joule)