Apuntes De Energia

Capítulo 1.- Introducción

Energía 2
Ciclos de Generación de Potencia
1 Introducción – Repaso de Termodinámica
Definición: Ciclo termodinámico Cuando un sistema termodinámico se ve sometido a una secuencia preestablecida de procesos de tal forma que al finalizar dicha secuencia el sistema vuelve al estado inicial, se dice que el sistema recorre o experimenta un ciclo termodinámico. 1.1Ciclos Termodinámicos Motores Ciclo motor o de generación de energía es aquel en que se transforma energía térmica en trabajo motor o mecánico1. Ta Q+ S QTb Por el primer principio y por la definición de ciclo, la energía interna del sistema S al principio de un ciclo vale lo mismo que al final, o sea, ∆Uciclo = 0 => 0 = Q+ – Q- – W => W = Q+ – QRendimiento del ciclo: W

η=

W Q+

=

Q+ −Q− Q+= 1−

Q− Q+

Esta expresión es genérica, y vale para todos los ciclos

En la definición dada por Keenan & Hatsopoulos, se entiende por trabajo mecánico aquella interacción en la frontera de un sistema tal que sus efectos sobre éste pueden replicarse mediante un proceso cuyo único efecto en el exterior del sistema resulte ser el cambio de nivel de un peso en un campo gravitatorio.

1Curso de “Energía 2” – Departamento de Termodinámica Aplicada, IIMPI

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Capítulo 1.- Introducción

Segundo Principio de la Termodinámica (Enunciado de Kelvin – Planck) Es imposible construir un sistema (máquina) que, funcionando en forma cíclica y continua, sea capaz de absorber calor de su exterior y convertirlo íntegramente en trabajo, sin introducir ningún otro efecto en lossistemas que toman parte en la operación. A un sistema como éste se lo llama “móvil perpetuo de segunda especie”, por lo tanto el enunciado de Kelvin – Planck del 2° principio simplemente consiste en postular la inexistencia del móvil perpetuo de 2ª especie. La característica distintiva de este móvil perpetuo es que, considerado como ciclo motor, su rendimiento termodinámico es igual a la unidad, por lotanto, la primera consecuencia de este enunciado del 2º principio es que el rendimiento de cualquier ciclo motor es menor estricto que 1. Este enunciado equivale a postular la existencia de procesos irreversibles. En efecto, si se intentara revertir el bien conocido experimento de Joule 2 sin dejar ningún otro efecto en el entorno que la absorción de calor desde el mismo, se obtendría un móvilperpetuo de segunda especie; en consecuencia, postular la inexistencia de éste implica postular que el experimento de Joule es un proceso irreversible. Ciclo de Carnot Un Ciclo de Carnot está conformado por 4 procesos reversibles, dos isotérmicos y dos adiabáticos, funcionando entre dos fuentes infinitas a temperatura constante. Esta definición requiere, a su vez, la postulación de la existencia delos procesos reversibles, los cuales no existen en la realidad, y sólo se conciben como un límite ideal. En efecto, los intercambios de calor sólo pueden llegar a ser reversibles si la diferencia de temperaturas entre los cuerpos que intercambian calor “tiende a cero”, y los procesos reversibles adiabáticos son aquellos en los que se eliminan todos procesos que involucran rozamientos o fricciones,y que implican disipación de trabajo en calor. Ta Q+c S Q-c Wc Siendo: Q+c = calor intercambiado con Ta en un ciclo Q-c = calor intercambiado con Tb en un ciclo Wc = trabajo neto obtenido en un ciclo

Tb

Se recordará que el experimento de Joule consiste en el calentamiento de una masa de agua en un recipiente por el movimiento de un empaletado movido por el descenso de un peso, y que fueusado para la determinación del equivalente mecánico del calor, base para el enunciado del 1er Principio.

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Curso de “Energía 2” – Departamento de Termodinámica Aplicada, IIMPI

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Capítulo 1.- Introducción En un diagrama de estado, p.ej. p – v, se vería así:
p 2 Isoterma Tb 4-1 Isoterma Ta 2-3 Adiab. 1-2 Adiab. 3-4

3 1

4 v

Como ya habíamos visto para los ciclos en...