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7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia
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PROYECTO:Exposicin de ciclos termodinmicos
ALUMNOS:
1) Johnny Gonzlez Salvador2) Ftima Cristell Bentez !el"ado#) Jac$%eline &artnez 'ernndez
() mar sorio Fonoy*) +lan del ,n"el
MAESTRO:
!ra- +n".lica Ga/riela 0ital campo
MATERIA:
ermodinmica
EQUIPO:
*to
AREA:
n"- 3etrolero
FECHA DE ENTREGA:
1#4Septiem/re4251*
Introduccin:
Se denomina ciclo termodinmico al proceso $%e tiene l%"ar en6
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!ispositivos destinados a la o/tencin de tra/a7o a partir de dos 8%entes de
calor a distinta temperat%ra 9&$%inas .rmicas)o: de manera inversa: a
prod%cir el paso de calor de la 8%ente de menor temperat%ra ala 8%ente de
mayor temperat%ra mediante la aportacin de tra/a7o 9;e8ri"eradores y
Bom/as de Calor)-
El rendimiento es el principal parmetro $%e caracteriza a %n ciclo
termodinmico y se de8ine como el tra/a7o o/tenido dividido por el calor
"astado en el proceso: en %n mismo tiempo de ciclo completo si el proceso es
contin%o-
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ndice.............................................................................................................................3
CICLOS DE POTENCIAS................................................................................................4
Ciclo Termodinmico....................................................................................................
Ciclo Otto......................................................................................................................!
"endimiento Del Ciclo De Otto Ide#l...........................................................................$
E%ercicio Ciclo Otto.....................................................................................................&&
Ciclo Di'(el.................................................................................................................&3
CICLO DE "E)"I*E"ACI+N......................................................................................&,
Ciclo -r#ton /Tur0in#( De *#(1................................................................................&$
Pro0lem# De L# Eicienci# Del Ciclo C#rnot.............................................................2
Pro0lem# Del Ciclo C#rnot........................................................................................2!
Ciclo "#nine..............................................................................................................2$
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CICLOS DE POTENCIAS
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Ciclo Termodinmico
Se denomina ciclo termodinmicoa c%al$%ier serie de procesos
termodinmicos tales $%e: al transc%rso de todos ellos: el sistema re"resa as% estado inicial> es decir: $%e la variacin de las ma"nit%destermodinmicas
propias del sistema sea n%la-
?o o/stante: a varia/les como el caloro el tra/a7o no es aplica/le lo
anteriormente dicho ya $%e .stas no son 8%nciones de estado del sistema: sino
trans8erencias de ener"a entre .ste y s% entorno- @n hecho caracterstico de
los ciclos termodinmicos es $%e la primera ley de la termodinmica dicta $%e6
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Ciclo Otto
&%chas de las m$%inas t.rmicas $%e se constr%yen en la act%alidad 9motoresde camiones: coches: ma$%inaria: etc) estn provistas de %n motor
denominado motor de c%atro tiempos- El ciclo $%e descri/e el 8l%ido de tra/a7o
de dichas m$%inas se denomina ciclo de tto-
+$%ellos motores en los $%e la compresin se realiza mediante la mezcla aire4
com/%sti/lereci/en el nom/re de motores de encendido provocado! En este
tipo de motores el encendido se ha de provocar de manera
arti8icial9"eneralmente con %na chispa)-
El ciclo Ottoes el ciclo termodinmico $%e se aplica en los motores de
com/%stin interna de encendido provocado 9motores de "asolina)- nventado
por ?icola%s tto en 1A- Se caracteriza por$%e en %na primera aproximacin
terica: todo el calor se aporta a vol%men constante-
En el ciclo de Otto: el 8l%ido de tra/a7o es %na mezcla de aire y "asolina $%e
experimenta %na serie de trans8ormaciones 9seis etapas: a%n$%e el tra/a7o
realizado en dos de ellas se cancela) en el interior de %n cilindro provisto de %n
pistn-
'ay dos tipos de motores $%e se ri"en por el ciclo tto: los motores de dos
tiempos y los motores de c%atro tiempos- Este =ltimo: 7%nto con el motor !iesel:es el ms %tilizado en los a%tomviles ya $%e tiene %n /%en rendimiento y
contaminan m%cho menos $%e el motor de dos tiempos-
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El "roce#o con#t$ de #ei# et$"$#:
%&'4 Admi#i(n6
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ener"a mecnica: ya $%e el tra/a7o d%rante esta trans8ormacin es
positivo-
!%rante esta etapa la presin dismin%ye y la mezcla se en8ra
li/erndose calor al exterior-
'&%4 E#c$"e6 la vlv%la de escape se a/re: exp%lsando al exterior losprod%ctos de la com/%stin- +l 8inalizar esta etapa el proceso v%elve acomenzar-
El tra/a7o total realizado d%rante el ciclo es "o#iti1o9ya $%e .ste se recorre en
sentido horario)- Como se o/serva en la parte iz$%ierda de la animacin: el
tra/a7o realizado por el sistema d%rante las etapas 51 y 15 es i"%al en valor
a/sol%to pero de si"no contrario: por lo $%e no contri/%yen al tra/a7o total-
El movimiento del pistn se transmite a la .iel$y de .sta al ci"Deal-
3osteriormente este movimiento se transmite a las r%edas-
Rendimiento Del Ciclo De Otto Ideal
El rendimiento del ciclo de tto: como el de c%al$%ier otra m$%ina t.rmica:
viene dado por la relacin entre el tra/a7o total realizado d%rante el ciclo y elcalor s%ministrado al 8l%ido de tra/a7o6
Fl%ido de tra/a7o6
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S%poniendo $%e la mezcla de aire y "asolina se comporta como %n "as ideal:los calores $%e aparecen en la ec%acin anterior vienen dados por6
S%stit%yendo en la expresin del rendimiento6
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El rendimiento expresado en 8%ncin de la relacin de compresin es6
Hcoe8iciente adia/tico
El rendimiento de"ende del 3r$do de com"re#i(n : c%anto mayor sea:mayor ser el rendimiento del ciclo de tto-
Ejercicio Ciclo Otto
@n ciclo tto ideal monocilindrico de c%atro tiempos y 5 9mm) de dimetro de
pistn esta limitados por los vol=menes v1=480cm3y v2=120cm
3
:y por las
presiones a/sol%tas si"%ientes6
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p1=0.1 (MPa) , p
2=0.7 (MPa) , p
3=3.5 (MPa )y p
4=0.5 (MPa ) . Si consideramos
$%e la s%stancia de tra/a7o es aire como "as ideal: determine6
a) El dia"rama de la presin en 8%ncin del vol%men : p=f(V) y la relacin de
compresin-
/)
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V1
V2
K1
T2=T1
S%stit%yendo los t.rminos6
0.00048
0.00012 .k1
T2=(308.15 k)
T2=536.52K
C)
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Ciclo Diel
@n ciclo !i.sel ideal es %nmodelo simpli8icado de lo $%eoc%rre en %n motor di.sel- En%n motor de esta clase: a
di8erencia de lo $%e oc%rre en%n motor de "asolina lacom/%stin no se prod%ce por lai"nicin de %na chispa en elinterior de la cmara- En s% l%"ar: aprovechando las propiedades $%micas del"asleo: el aire es comprimido hasta %na temperat%ra s%perior a la dea%toi"nicin del "asleo y el com/%sti/le es inyectado a presin en este airecaliente: prod%ci.ndose la com/%stin de la mezcla-
3%esto $%e slo se comprime aire: la relacin de compresin 9cociente entre el
vol%men en el p%nto ms /a7o y el ms alto del pistn) p%ede ser m%cho msalta $%e la de %n motor de "asolina 9$%e tiene %n lmite: por ser indesea/le laa%toi"nicin de la mezcla)-
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Com.)#ti(n 54C
@n poco antes de $%e el pistn lle"%e a s% p%nto ms alto y contin%ando
hasta %n poco desp%.s de $%e empiece a /a7ar: el inyector introd%ce el
com/%sti/le en la cmara- +l ser de mayor d%racin $%e la com/%stin
en el ciclo tto: este paso se modela como %na adicin de calor a
presin constante- ste es el =nico paso en el $%e el ciclo !ieselse di8erencia del tto-
E6"$n#i(n C4D
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Rendimiento en *)nci(n de l$# tem"er$t)r$#
n ciclo di'(el contiene do( 5roce(o #di#0tico(6 A7- C7D6 en lo( 8ue
no (e interc#m0i# c#lor. De lo( otro( do(6 en el c#lent#miento # 5re(in con(t#nte -7C6el 9#( reci0e un# c#ntid#d de c#lor Qc del e;terior i9u#l #
En el en8riamiento a vol%men constante !I+ el sistema cede %na cantidad decalor al am/iente
El rendimiento del ciclo ser entonces
Con H cp c0 la proporcin entre las capacidades calor8icas-
Rendimiento en *)nci(n de lo# 1ol8mene#
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3ara la expansin a presin constante: aplicando la ec%acin de estado de los
"ases ideales
ntrod%ciendo ahora la relacin rc 0C 0B o/tenemos
3or =ltimo: para la temperat%ra en ! aplicamos de n%evo la ley de 3oisson y el$%e el en8riamiento es a vol%men constante6
&%ltiplicando y dividiendo por 0B y aplicando el valor de la temperat%ra en C
Com/inado estos res%ltados nos $%eda
S%stit%yendo esto en la expresin del rendimiento o/tenemos 8inalmente
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CICLO DE RE!RI"ERACI#N
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Ciclo $ra%ton &Tur'ina De "a()
El ciclo de Brayton es %n proceso cclico "eneralmente asociado con la t%r/ina
de "as- Como otros ciclos de potencia de com/%stin interna es %n sistemaa/ierto: a%n$%e para el anlisis termodinmico es %na s%posicin convenienteas%mir $%e los "ases de escape son re%tilizados en la aspiracin: lo $%eposi/ilita el anlisis como %n sistema cerrado- F%e nom/rado por Geor"eBrayton: y es tam/i.n conocido como ciclo de Jo%le-
El modelo termodinmico de las t%r/inas de "as se 8%ndamenta en el ciclo deBrayton: a pesar de $%e se "eneraliza como ciclo termodinmico: en realidad el8l%ido de tra/a7o no c%mple %n ciclo completo en las t%r/inas de "as ya $%e.ste 8inaliza en %n estado di8erente al $%e tena c%ando inici los procesos: sepodra decir $%e es %n ciclo a/ierto-
El o/7etivo de .sta m$%ina t.rmica es convertir ener"a calrica contenida enel com/%sti/le y %tilizarlo como ener"a mecnica en el e7e de la misma-
El ciclo /sico de Brayton en condiciones ideales est comp%esto por c%atroprocesos6
142- Compresin isentrpica en %n compresor-
24#- +dicin de calor al 8l%ido de tra/a7o a presin constante en %n
intercam/iador de calor o %na cmara de com/%stin-
#4(- Expansin isentrpica en %na t%r/ina-
(41- ;emocin de calor del 8l%ido de tra/a7o a presin constante en %nintercam/iador de calor o en la atms8era-
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+plicado a la t%r/ina de "as> aire en condiciones am/iente se introd%ce dentrodel compresor donde s% temperat%ra y presin se eleva- El aire a alta presinva a la cmara de com/%stin donde el com/%sti/le se $%ema a presinconstante-
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por %no de rechazo de calor a presin constante hacia el aire am/iente-
El 8l%ido de tra/a7o en ciclo cerrado entra al intercam/iador de calor detemperat%ra elevada en el estado 2: donde se le a"re"a ener"a a %n procesode presin constante: hasta $%e alcanza la temperat%ra elevada del estado #-Entonces: el 8l%ido entra a la t%r/ina y tiene l%"ar %na expansin isentrpica:prod%ciendo cierto tra/a7o- El 8l%ido sale de la t%r/ina al estado ( y pasa a ser
en8riado: en %n proceso a presin constante: en el intercam/iador de calor de/a7a temperat%ra: de donde sale al estado 1: listo para entrar al compresor: yel ciclo se repite-
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Ciclo Carnot
Carnot descri/i en 1A2(: en s% artc%lo MS%r la p%issance
motrice d% 8e%M: c%ando tena 2A aos: %n motor idealreversi/le $%e 8%nciona/a con el rendimiento mximo en %nciclo m%y sencillo: 8ormado por dos tramos isot.rmicos ydos adia/ticos: ciclo $%e hoy da se conoce como El Ciclode Carnot-
!esde el concepto de Ciclo de Carnot el matemtico y8sico alemn ;%do88 E- Cla%si%s 91A2241AAA) p%do pro/aren 1A*5 %n teorema 8%ndamental para el desarrollo posterior de laermodinmica: $%e permiti esta/lecer matemticamente el concepto deEntropa-
El Ciclo llamado de Carnot es %n ciclo reversi/le $%e consta de c%atro tramos6dos a temperat%ra constante 9dos procesos isot.rmicos): y otros dos sina/sorcin ni cesin de calor 9dos procesos adia/ticos)- Es decir: se trata de%na trans8ormacin /it.rmica 9entre dos temperat%ras)-
Es %n ciclo ideal comprendido por dos procesos isot.rmicos y dos procesosadia/ticos-
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Ciclo de C$rnot: '9 -9 /9 2
A,3roceso 1:2 9isot.rmico)6 Se a/sor/e calor del 8ococaliente y el "as se expande-
5, 3roceso 2:# 9adia/tico)6
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El ciclo ', -, /, 2, #e re"ite inde*inid$mente!
En cada ciclo la m$%ina realiza %n tra/a7o mecnico i"%al al calortrans8erido Q de T-a T'- Esto se ded%ce del primerprincipio de la termodinmica: pero tam/i.n lo
podemos compro/ar %sando las i"%aldadeso/tenidas en cada ciclo- En e8ecto:
Q ; Q'< Q/; '< /
donde la se"%nda i"%aldad se o/tiene de ',y /,- 3or otro lado: elestado del "as al terminar %n ciclo es el mismo $%e alcomenzarlo: por lo $%e el cam/io de s% ener"a interna de/eser cero: es decir6
U'< U-< U/< U2; %
!e esta =ltima i"%aldad y de ',9 -,9 /, 7 2,seded%ce $%e -< 2; %!3or lo tanto
Q ; '< /; '< -< /< 2; !
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'!- =
Q1
Q1
Q2
Q1
'!/
=1Q
2
Q1
;=U
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Pro'lema De La E*ciencia Del Ciclo Carnot
@na m$%ina t.rmica tra/a7a entre dos 8ocos a #55 NC y 155 NC- +/sor/iendo%na cantidad de calor K1 155 Ocal y cediendo %n tra/a7o de *5-OJ-
!eterminar6a) El rendimiento de la m$%ina t.rmica-/) El mximo rendimiento $%e podra lle"ar a tener esa m$%ina t.rmica-c) El calor cedido a la 8%ente 8ra
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Pro'lema Del Ciclo Carnot
@na m$%ina t.rmica $%e tra/a7a entre dos 8ocos t.rmicos a 155 O y *55 O:a/sor/e en cada ciclo 1555 J de calor del 8oco caliente- Si s% rendimiento esdel 25P: responder a las si"%ientes pre"%ntas6
+) Q
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Ciclo Ran+ine
El ciclo de ;anine es %n ciclo termodinmico$%e tiene como o/7etivo la
conversin de caloren tra/a7o: constit%yendo lo $%e se denomina %n ciclo de
potencia- @tiliza %n 8l%ido de tra/a7o $%e alternativamente evapora y condensa:
tpicamente a"%a-
Componentes6 Condensador: Bom/a: Caldera y %r/ina-
1- El vapor de /a7a presin $%e sale de la t%r/ina se introd%ce en %n
condensador y cam/ia s% estado a l$%ido-
2- 3osteriormente: %na /om/a se encar"a de a%mentar la presin del 8l%ido en
8ase l$%ida para volver a introd%cirlo en la caldera-
#- El vapor de a"%a $%e es prod%cido en %na caldera a alta presin y es llevado
a %na t%r/ina donde se expande para "enerar tra/a7o-
(- +l salir de la t%r/ina el vapor de /a7a presin es n%evamente introd%cido al
condensador cerrando de esta manera el ciclo-
El dia"rama 40 de %n ciclo ;anine est 8ormado por c%atro procesos6 dos
isoentrpicos y dos iso/ricos-
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operan se"=n procesos isoentrpicos 9adia/ticos e internamente reversi/les)-
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qentr=h3-h2
El tra/a7o isentrpico de la t%r/ina es6
Tt%r/h#4h(
El calor cedido en el condensador es6
$salh(4h1
El rendimiento t.rmico de %n ciclo de ;anine ideal p%ede escri/irse entonces
como6
Entonces el tra/a7o neto para el ciclo es6
Wneto=Wtur wbom
$i'lio,ra*a
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&1