Presentación lV Termodinamica ......................................................................
- 1. Presentación lV Tema: Ciclos Termodinámicos Alumno: Manuel Humberto Valenzuela Gutierrez Carrera: Mecatrónica Materia: Fundamentos de termodinámica
- 2. Subtemas a investigar 4.1 Ciclo Otto 4.2 Ciclo Diesel 4.3 Ciclo Rankine 4.4 Ciclo de Refrigeración.
- 3. Introducción Los ciclos termodinámicos son secuencias de procesos termodinámicos que tienen lugar en sistemas que experimentan cambios repetidos en sus propiedades físicas y químicas. estos ciclos son fundamentales en la ingeniería y la física, ya que se utilizan para describir y analizar una amplia gama de sistemas, desde motores de automóviles hasta plantas de energía eléctrica. Un ciclo termodinámico típico implica la transferencia de energía en forma de calor y trabajo entre un sistema y su entorno, y puede incluir procesos como la compresión, la expansión, el calentamiento y el enfriamiento. los ciclos termodinámicos se utilizan para comprender y optimizar el rendimiento de sistemas de conversión de energía , como motores de combustión interna, refrigeradores, bombas de calor y turbinas de vapor.
- 4. 4.1 Ciclo Otto El ciclo Otto consta de cuatro etapas principales: admisión, compresión, explosión y escape. Aquí está una descripción detallada de cada etapa: 1. Admisión: En esta etapa, la válvula de admisión se abre y una mezcla de aire y combustible es aspirada hacia el cilindro del motor. Esta mezcla es necesaria para la combustión posterior. La cantidad de mezcla que ingresa al cilindro se controla mediante el tiempo de apertura de la válvula de admisión y la velocidad del motor. 2. Compresión: Una vez que la válvula de admisión se cierra, el pistón comienza a moverse hacia arriba en el cilindro, comprimiendo la mezcla de aire y combustible. La compresión aumenta la temperatura y la presión de la mezcla, lo que la hace más propensa a la ignición rápida y completa.
- 5. 3. Explosión (o combustión): Cuando el pistón alcanza su punto más alto de compresión, una bujía produce una chispa que enciende la mezcla comprimida de aire y combustible. Esta combustión genera una expansión rápida de gases calientes, lo que empuja hacia abajo el pistón con fuerza. Este movimiento hacia abajo es lo que genera la potencia útil del motor. 4. Escape: Una vez que se ha producido la combustión y el pistón ha sido empujado hacia abajo, la válvula de escape se abre y los gases de escape resultantes se expulsan del cilindro hacia el sistema de escape del vehículo. Este proceso prepara el cilindro para comenzar un nuevo ciclo de admisión.
- 6. El ciclo Diesel también consta de cuatro etapas principales, similares al ciclo Otto, pero con algunas diferencias significativas: 1. Admisión: Al igual que en el ciclo Otto, en la etapa de admisión, el pistón se mueve hacia abajo en el cilindro y la válvula de admisión se abre, permitiendo que entre aire en el cilindro. Sin embargo, a diferencia del ciclo Otto, no se introduce combustible durante esta etapa. El aire se comprime en el cilindro. 2. Compresión: Durante la etapa de compresión, el pistón se mueve hacia arriba en el cilindro, comprimiendo el aire hasta que alcanza una temperatura lo suficientemente alta como para encender el combustible diésel. La relación de compresión en los motores diésel es mucho mayor que en los motores de gasolina, lo que contribuye a la alta eficiencia térmica de los motores diésel. 4.2 Ciclo Diesel
- 7. 3. Inyección y combustión: Una vez que el aire ha sido comprimido, se inyecta combustible diésel atomizado en el cilindro a alta presión a través de un inyector. El combustible se mezcla con el aire caliente comprimido y se enciende espontáneamente debido a la alta temperatura en el cilindro. Esto provoca una combustión rápida y controlada, generando una expansión de gases que empuja hacia abajo el pistón. 4. Escape: Después de la fase de expansión de la combustión, el pistón se mueve hacia arriba nuevamente, expulsando los gases de escape quemados a través de la válvula de escape hacia el sistema de escape del vehículo. Esta etapa prepara el cilindro para comenzar un nuevo ciclo de admisión. Al igual que con el ciclo Otto, el ciclo Diesel es un proceso idealizado que asume condiciones ideales de operación. En la práctica, los motores reales pueden experimentar algunas pérdidas de eficiencia debido a factores como la fricción, las pérdidas de calor y otras imperfecciones. Sin embargo, los motores diésel son conocidos por su alta eficiencia térmica y su capacidad para generar grandes cantidades de torque a bajas velocidades, lo que los hace ideales para aplicaciones que requieren una gran potencia y eficiencia, como el transporte de carga y la industria.
- 8. 4.3 Ciclo Rankine El ciclo Rankine consta de cuatro etapas principales: 1. Calentamiento (Caldera): En esta etapa, el agua de alimentación se calienta hasta convertirse en vapor en una caldera. Este proceso suele implicar la combustión de un combustible fósil, como carbón, gas natural o petróleo, aunque también puede involucrar la energía geotérmica o solar en aplicaciones más avanzadas. El vapor generado a alta presión y temperatura se dirige hacia la siguiente etapa del ciclo. 2. Expansión (Turbina): El vapor a alta presión y temperatura entra en una turbina, donde expande y realiza trabajo mecánico al girar las palas de la turbina. Este trabajo se utiliza para accionar un generador eléctrico, convirtiendo la energía mecánica en electricidad. A medida que el vapor expande a través de la turbina, su presión y temperatura disminuyen.
- 9. 3. Condensación (Condensador): Después de salir de la turbina, el vapor de baja presión se dirige hacia un condensador, donde se enfría y se convierte nuevamente en agua líquida. Esto se logra utilizando agua de enfriamiento, que absorbe el calor del vapor y lo lleva a cabo del sistema. El agua condensada se bombea luego de vuelta a la caldera para comenzar nuevamente el ciclo. 4. Bombeo (Bomba): El agua líquida que sale del condensador se bombea de vuelta a la caldera para completar el ciclo. Este proceso de bombeo requiere energía adicional, que generalmente se proporciona mediante un motor eléctrico. Aunque este paso consume energía, el trabajo neto producido por el ciclo Rankine es positivo debido al trabajo realizado por la turbina, que es mayor que la energía requerida para bombear el agua.
- 10. 4.4 Ciclo de Refrigeración. El ciclo de refrigeración es un proceso termodinámico que se utiliza para transferir calor desde un espacio o sustancia a otro, con el fin de reducir su temperatura y mantenerlo en un rango adecuado para su uso. Este ciclo es fundamental en una amplia gama de aplicaciones, desde la refrigeración doméstica hasta los sistemas de aire acondicionado, la refrigeración industrial y la conservación de alimentos. El ciclo de refrigeración típico consta de cuatro etapas principales, aunque pueden variar según el tipo de sistema de refrigeración y las condiciones específicas de la aplicación: Compresión: En esta etapa, un compresor comprime un refrigerante gaseoso de baja presión y temperatura a alta presión y temperatura. El refrigerante se toma de una zona de baja presión llamada evaporador y se comprime en un estado gaseoso caliente. El trabajo realizado por el compresor aumenta la energía del refrigerante y eleva su temperatura y presión. Condensación: El refrigerante comprimido y caliente se dirige hacia el condensador, donde cede calor al medio ambiente circundante y se condensa de nuevo en un líquido. Durante este proceso, el refrigerante libera calor al entorno, lo que provoca una disminución significativa de su temperatura y presión. El refrigerante sale del condensador como un líquido de alta presión y temperatura moderada. .
- 11. Expansión: Después de pasar por el condensador, el refrigerante líquido de alta presión se dirige hacia una válvula de expansión (también conocida como dispositivo de expansión). Esta válvula reduce rápidamente la presión del refrigerante, lo que provoca una brusca caída de temperatura y una pequeña parte del líquido se evapora. El refrigerante sale de la válvula de expansión como una mezcla de líquido y vapor de baja presión y temperatura. Evaporación: La mezcla de líquido y vapor de baja presión se introduce en el evaporador, donde absorbe calor del espacio o sustancia que se desea refrigerar. Durante este proceso, el refrigerante se evapora completamente, absorbiendo una gran cantidad de calor y reduciendo significativamente la temperatura del área o del producto. El refrigerante vaporizado vuelve al compresor para iniciar nuevamente el ciclo.
- 12. Los ciclos termodinámicos son fundamentales en la comprensión y diseño de sistemas de energía, motores y refrigeración. En la conclusión de un estudio sobre ciclos termodinámicos, generalmente se destacan varios puntos importantes: • Eficiencia y rendimiento: Se resalta la importancia de la eficiencia en los ciclos termodinámicos, ya que determina cuánta energía se convierte en trabajo útil. Se discuten los factores que afectan la eficiencia y cómo mejorarla en diferentes aplicaciones. • Tipos de ciclos: Se hace un repaso de los diferentes tipos de ciclos termodinámicos, como el ciclo de Carnot, el ciclo Rankine, el ciclo Otto, el ciclo Diesel, entre otros, y se analizan sus aplicaciones y limitaciones. • Aplicaciones prácticas: Se discuten las aplicaciones prácticas de los ciclos termodinámicos en la vida cotidiana, desde motores de automóviles hasta sistemas de refrigeración y generación de energía eléctrica. • Innovación y desarrollo: Se mencionan las áreas de investigación y desarrollo en las que se están explorando nuevos ciclos termodinámicos para mejorar la eficiencia y reducir el impacto ambiental, como los ciclos combinados y los ciclos de cogeneración. • Consideraciones ambientales: Se subraya la importancia de considerar el impacto ambiental de los ciclos termodinámicos y la necesidad de desarrollar tecnologías más limpias y sostenibles. En resumen, la conclusión de un estudio sobre ciclos termodinámicos enfatiza su importancia en la ingeniería y la tecnología moderna, así como la necesidad de continuar innovando para mejorar la eficiencia y reducir el impacto ambiental. conclusión
- 13. Fuentes: 1. https://chat.openai.com/c/1057d3ea-cac6-4a84-8740-bdbdbf56c5c5 2. https://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Otto 3. https://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_di%C3%A9sel 4. https://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Rankine 5. https://areacooling.com/areacademy/es/ciclo-basico-de-refrigeracion/ 6. https://www.khanacademy.org/science/physics/thermodynamics