Eter2 u2 a1_huhg
- 1. 1 Carrera: Ing. En Energías Renovables Asignatura: Termodinámica II Título del trabajo: Unidad 2. Actividad 1. ¿Como elegir un sistema? Nombre del estudiante: Hugo Hernández Gómez Matrícula: ES172006022 Grupo: ER-ETER1-1802-B2-001
- 2. Introducción Es un proceso cuyo estado final es equivalente al estado inicial, su finalidad básicamente es convertir el calor en trabajo. Ahora bien, para un ciclo termodinámico, los procesos se devuelven a su estado original después de una serie de fases, de tal manera que todas las variables termodinámicas vuelven a tomar sus valores originales. En suma a lo anterior, en un ciclo completo, la energía interna de un sistema no puede cambiar, puesto que sólo depende de dichas variables. Por lo tanto, el calor total neto transferido al sistema debe ser igual al trabajo total neto realizado por el sistema. 2
- 3. Ciclo de Carnot Es un ciclo reversible, generalmente conocido como el ciclo de motor térmico más eficiente en el que la máquina absorbe calor desde la fuente caliente T1 y cede calor a la fría T2 produciendo trabajo. 3 Retomado de: http://www.quimicafisica.com/sites/default/files/images/termodinamica/segundo- principio/ciclo-carnot.png
- 4. Procesos termodinámicos que intervienen en el ciclo de Carnot Al permanecer la temperatura constante y estar aislado térmicamente se entiende que los procesos termodinámicos que se dan son: Dos procesos isotérmicos (T=cte) Dos procesos adiabáticos (Aislado térmicamente) Explicación: Del estado 1 al 2 el gas se encuentra en su mínimo volumen del ciclo y a T1 de la fuente caliente. En este estado se transfiere calor al cilindro desde la fuente de temperatura T1, permitiendo que el gas se expanda. Ahora bien, al expandirse el gas, este tiende a enfriarse, pero absorbe calor de T1 y mantener su temperatura constante. Del estado 2-3 la expansión isotérmica termina en un punto tal que el resto de la expansión pueda realizarse sin intercambio de calor, es decir se mantiene un sistema aislado en forma térmica. Del estado 3-4 Una vez que se pone en contacto con el sistema la fuente de calor de temperatura T2, el gas comienza a comprimirse, pero este no aumenta su temperatura porque va cediendo calor a la fuente fría. Del estado 4-1 Para este punto el sistema evoluciona comprimiéndose y aumentando su temperatura hasta el estado inicial. 4 Retomado de: https://i.ytimg.com/vi/yHyeHdR1m5w/maxres default.jpg
- 5. Ciclo de Otto 5 Ciclo que modela el comportamiento de un motor de explosión, este ciclo consiste de cuatro fases: La de admisión, compresión, expansión dada por la combustión y finalmente el escape. Para este caso V=cte Retomado de: https://i.pinimg.com/originals/c0/d 9/83/c0d983e2e23594f562789bce93 80c4c5.jpg
- 6. Procesos termodinámicos que intervienen en el ciclo de Otto 6 Se da una expansión isoentrópica, así también llega determinado punto donde se dan cuestiones adiabáticas para un proceso isocórico en el que el volumen permanece constante. Explicación: Es un ciclo de 4 tiempos para 6 procesos, entre los cuales destacan: Del estado E al A Se da la admisión a presión constante o bien la renovación de la carga. Del estado A-B Se da una compresión gaseosa de forma isoentrópica. Del estado B-C Se aporta calor a un volumen constante (Proceso isocórico), de tal forma que se da un proceso de combustión y a la misma vez la presión se eleva. Del estado C-D Debido a la fuerza de las moléculas del gas se da una expansión isoentrópica y parte del ciclo entrega trabajo. Del estado D-A Se va a ceder el calor residual al ambiente y a V=k, por lo que comenzará a darse la fase de escape. Del estado A-E Por medio de un proceso isobárico comienza el vaciado de la cámara o escape del gas pero a una presión constante. Retomado de: https://bit.ly/2LEldf6
- 7. Ciclo de Diesel 7 Es muy similar al ciclo de Otto, sin embargo este ciclo omite las fases de renovación de la carga., y se asume que el fluido termodinámico que evoluciona es un gas perfecto. Independientemente de que se asume que todos los procesos son reversibles e ideales. Sus fases: Admisión, combustión, explosión y escape. Retomado de https://tatofisicatermodinamica.files.wordpress.com/2013/05/31.jpg
- 8. Procesos termodinámicos que intervienen en el ciclo de Diesel. 8 En el ciclo se llegan a dar procesos como: •Proceso isóbaro •Proceso isocórico Explicación: Del estado 1-2 En este caso se da un proceso por compresión adiabática, puesto que no se intercambia calor con el exterior, de esta manera la masa de gas esta bajo condiciones isoentrópicas. Del estado 2-3 Aquí se da la fase de la combustión, respecto a la idealización en la que el aporte de calor se simplifica por un proceso isobárico en el que el inyector pulveriza y atomiza el combustible, que, en contacto con la atmósfera interior del cilindro, comienza a evaporarse. Del estado 3-4 Para este punto se da la fase de explosión/expansión en la que se simplifica por una expansión adiabática. La cual se produce a consecuencia del elevado estado termodinámico de los gases tras la combustión. Por lo que se produce un trabajo. Del estado 4-1En esta etapa se muestra un proceso isocórico puesto que el escape es a volumen constante. Lo que permite el cambio de la presión final de expansión hasta la presión inicial de compresión, requiriendo mucho trabajo por parte del gas ideal para efectuar la acción. Retomado de: http://www.cie.unam.mx/~ojs/pub/Termodinamica/3_6_1_CicloIdealDiesel.gif
- 9. Ciclo de Brayton 9 Es un ciclo termodinámico que se lleva a cabo por medio de una etapa de compresión adiabática, una etapa de calentamiento isobárico y una expansión adiabática de un fluido termodinámico. Retomado de: http://www.cie.unam.mx/~ojs/pub/Termodinamica/3_7_1_CicloBrayton.gif
- 10. Procesos termodinámicos que intervienen en el ciclo de Brayton. 10 En este caso aunque el trabajo resulta negativo, se dan dos tipos de procesos el isobárico y el isocórico. Explicación: En la fase de admisión entra el aire frío a presión atmosférica por la boca de la turbina. Durante la fase de compresión el aire es comprimido para y dirigido hacia la cámara de combustión mediante un compresor que es movido por una turbina, básicamente se da una compresión adiabática de A-B. Para la siguiente fase se lleva a cabo el proceso de combustión puesto que la cámara está abierta, es así que el aire puede expandirse, por lo que el calentamiento se modela como un proceso isóbaro B-C. Ahora bien, una vez calentada la turbina, esta comienza a moverse para que luego el aire se expanda y se enfríe rápidamente, lo que se describe mediante una expansión adiabática C-D. Finalmente se da la fase de escape que es muy similar a los ciclos anteriores, pero para este caso es un ciclo abierto ya que el aire que escapa no es el mismo que entra por la boca de la turbina, pero dado que sí entra en la misma cantidad y a la misma presión, se hace la aproximación de suponer una recirculación. Es importante señalar que el enfriamiento se da a presión constante. Retomado de: https://bit.ly/2Mf6jwS
- 11. Ciclo de Rankine Es un ciclo que efectúa una conversión de calor en trabajo, constituyendo lo que se denomina un ciclo de potencia y está muy limitado en comparación con el ciclo de Carnot. 11 Retomado de: http://4.bp.blogspot.com/_oaIYp- x2HD4/SaDU3TIU3YI/AAAAAAAAABQ/FQQUPpNTNb0/s320/D8.bmp
- 12. Procesos termodinámicos que intervienen en el ciclo de Rankine Está definido por dos pares de procesos, siendo cuatro procesos: Dos isoentrópicos que tienden ser adiabáticos e internamente reversibles. Dos isobáricos. Explicación: Del estado 1 al 2 En esta fase se da una expansión isoentrópica en la que se forma trabajo en la turbina gracias al fluido, desde la presión de la caldera hasta la presión del condensador. Del estado 2 al 3 Aquí se da una transferencia de calor en la que la presión permanece constante desde el fluido que ocasiona trabajo hacia el circuito de refrigeración, de forma que el fluido alcanza el estado de líquido saturado. Del estado 3 al 4 Para este punto se da una compresión isoentrópica del fluido en fase líquida por medio de una bomba, lo cual implica un consumo de potencia. Por lo tanto se tiende a aumentar la presión del fluido hasta el valor de presión de caldera. Del estado 4 al 1 En esta transición del proceso se da una transmisión de calor en la que el vapor sobrecalentado de alta presión es el utilizado por la turbina para generar la potencia del ciclo a una presión constante en la caldera. 12 Retomado de https://motorgiga.com/cargadatos/fotos2/dic cionario/motores-ciclos- tipos/800px/rankine-ciclo.jpg
- 13. Ciclo combinado de gas-vapor Se le denomina ciclo combinado de gas-vapor a dos ciclos termodinámicos en un mismo sistema, dentro de dicho sistema se incluye un fluido cuyo trabajo es en forma de vapor de agua y otro, gas producto de una combustión o quema de materia. 13 Retomado de: http://1.bp.blogspot.com/- LezUcPmxE4Q/T6ZVKBfTFaI/AAAAAAAAAdE/s5rbcUi8vPA/s1600/Central+t%C3%A9rmica+ciclo+combinado.jpg
- 14. 14 Este ciclo generalmente se auxilia de los ciclos termodinámicos Rankine y Brayton respectivamente. El ciclo consiste básicamente en la entrada de combustible que se mezcla con aire desde el compresor hasta la turbina donde se van a expandir y hacer rotar al generador. De esta manera, los gases de escape de la turbina van a pasar por el bypass hasta llegar a la caldera donde se recupera todo el calor, el vapor de agua comienza a mover la turbina que esta conectada a un generador, una vez ejecutando la tarea, la turbina lleva el vapor que sale hasta un condensador hasta disminuirse la temperatura y convertirla en vapor para volver a iniciar el ciclo. Generalmente este tipo de ciclo de potencia se emplea en las centrales hidroeléctricas. Retomado de https://sites.google.com/site/ctermicaciclocombinadoir/_/rsrc/1468739841201/home/2- funcionamiento/ciclo_combinado.jpg
- 15. El mejor ciclo desde mi perspectiva Me inclinaría por el ciclo de Brayton y el de Otto, al menos dentro de la industria de las energías renovables, pues siempre que se genera gas natural o bioetanol se emplea un trabajo mecánico que va a dar origen a electricidad a base de fuentes renovables con estos dos recursos; es así que es imprescindible saber que la base del motor de las plantas cogeneradoras de energía trabajan por fuerza del fluido, permitiendo que el proceso de producción de energía eléctrica se dé por medio de dos procesos isobáricos con la entrada de aire a la planta que tiene un volumen definido, lo que permite que el fluido reciba una expansión adiabática y se ejerza un trabajo que de origen a la creación de energía eléctrica. Sin embargo, dentro de la producción de energía eléctrica el mejor sería el ciclo combinado de gas y vapor, sobre todo en la mega producción de electricidad en el funcionamiento de las centrales termoeléctricas. 15 Retomado de https://i1.wp.com/www.energiaestrategica.com/wp-content/uploads/2016/06/nota- 414.jpg?fit=422%2C225
- 16. Ciclo de refrigeración Ciclo totalmente opuesto al de Carnot, en este se extrae calor del objeto considerado y se lleva a otro lugar capaz de admitir esa energía térmica sin problemas. Los fluidos utilizados para llevar la energía calorífica de un espacio a otro y poder efectuar este ciclo son llamados refrigerantes. 16 Retomado de https://tuaireacondicionado.net/wp-content/uploads/ciclo- refrigeracion.gif
- 17. Propiedades de los refrigerantes El punto de congelación debe ser inferior a cualquier temperatura que exista en el sistema. El calor latente de vaporización deberá ser mucho mayor para que el líquido absorba determinada cantidad de calor. El volumen específico debe ser lo más pequeño posible. La densidad debe ser alta. Las presiones de condensaciones deben estar altas. No son inflamables, corrosivos o tóxicos. Químicamente se integran de elementos como el hidrógeno, cloro, flúor y carbono. Retomado de http://www.dincorsa.com/blog/wp-content/uploads/2016/10/dincorsa-gases- refrigerantes.jpg 17
- 18. Ciclo inverso de Carnot 1-2 Se transfiere una absorción de calor reversiblemente desde la región fría de forma isoterma donde el refrigerante experimenta cambios de fase. 2-3 Se comprime el refrigerante isoentrópicamente, hasta que alcanza la temperatura máxima. 3-4 Se transfiere calor reversiblemente a la región caliente, de forma isoterma, donde el refrigerante tiende a experimentar cambios de fase de vapor a líquido. 4-1 Se expande el refrigerante isoentrópicamente hasta alcanzar la temperatura mínima. Retomado de http://1.bp.blogspot.com/-emXIo_aXx_g/UoBJzYZ_FfI/AAAAAAAAAXs/Qa8SbmbNrvw/w1200- h630-p-k-no-nu/refrigeracion+de+gas+1.jpg 18
- 19. Ciclo de refrigeración de Brayton. Es el ciclo inverso de Brayton sus fases son: (1-2) Se da una compresión isoentrópica (2-3) Se produce la fase del enfriamiento. (3-4) Se lleva a cabo la expansión isoentrópica. (4-1) Sucede el calentamiento a un proceso abiabático. 19 Retomado de https://slideplayer.es/10552344/34/images/14/Ciclo+Brayton+con+Enfriamiento+en+Etapas+de+Compresi%C3%B3n .jpg
- 20. Bomba de calor Básicamente es una tecnología que toma calor de un espacio frío y lo transfiere a otro más caliente gracias a un trabajo aportado desde el exterior. 20 Retomado de https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/13/Diagrama_Bomba_de_Calor.jpg