Ciclos de potencia

Contenido

TERMODINÁMICA
AVANZADA

!
!

Ciclos termodinámicos
Ciclos de Potencia
!

Unidad I: Propiedades y Leyes de la
Termodinámica

!
!

Ciclo Rankine
Variantes del Ciclo Rankine
Ciclos estándar de aire
!

!

Ciclos de potencia
! Ciclo de refrigeración
!

Ciclos de combustión interna
!
!

!
8/27/10

Rafael Gamero

1

Ciclo Brayton y variantes

CicloOtto
Ciclo Diesel

Ciclos de refrigeración

8/27/10

Ciclos Termodinámicos

Rafael Gamero

2

Ciclos de Potencia
Ciclo Rankine simple

Los ciclos termodinámicos son una sucesión de procesos
que cumplen un ciclo en la cual una sustancia sufre una
serie de cambios de estado con la finalidad de hacer
disponible ciertos efectos energéticos útiles.

Caldera

Los ciclostermodinámicos se clasifican como:

• Ciclos de refrigeración
8/27/10

Rafael Gamero

4

2

Q =0

• Ciclos estándar de aire
• Turbina de gas
• De combustión interna

W

Turbina

P = cte

• Ciclos de vapor (Rankine)

• Ciclos de potencia

Q =0

3

P = cte

Condensador

1

Bomba
3

8/27/10

Rafael Gamero

4

Ciclos de Potencia

Ciclos de Potencia

Ciclo Rankinesimple

Ciclo Rankine con recalentamiento
"=

T
Eficiencia del
ciclo Rankine:

área 1# 2 # 2' #3 # 4 # 1
área a # 2 # 2' #3 # b # a

P = cte

Caldera

3’
2’!

Q =0

3

4

3
3’’

W

Turbina

2

W
"= N
QA

6
1

1’

4

4’

P = cte

5

2

Condensador

1
a

b

c

S

Bomba

Q =0

! 8/27/10

Rafael Gamero

5

8/27/10

RafaelGamero

Ciclos de Potencia

Ciclos de Potencia

Ciclo Rankine con recalentamiento

Ciclo Rankine ideal regenerativo

T

P = cte

Nótese la posicion
del punto 3’!!

3’
3

2’

6

Caldera

5

Q =0

4

W

Turbina

5

4

2

1

6

6’

Condensador

P = cte

3
2

a

8/27/10

b

Rafael Gamero

c

S

Bomba
7

8/27/10

Rafael Gamero

Q =01
8

Ciclos de Potencia

Ciclos de Potencia

Ciclo Rankine ideal regenerativo

Ciclo Rankine regenerativo con calentador abierto
P = cte

Q =0

5

T
Caldera
4

3

La forma del área del
trabajo denota una
equivalencia de
eficiencia de Carnot.

6

2

7
4
1’

1

5

P = cte

5’

2

Bomba 2
a

b

8/27/10

d

c

S

Rafael Gamero

Q =0
98/27/10

3

Condensador

Q =0
Bomba 1

1

Rafael Gamero

Ciclos de Potencia

10

Ciclos de Potencia

Ciclo Rankine regenerativo con calentador abierto

Ciclos de potencia estándar de aire
Consideraciones teóricas:

T

3’

•
•
•
•

Flujo de masa constante en el ciclo.
Funcionamiento con gases como gase ideales.
El calor se transfiere desde fuentes externas.
Elciclo se completa con la transferencia de calor a los alrededores
( o una fuente de baja temperatura).
• Todos los procesos son reversibles.
• Las capacidades caloríficas se consideran constantes.

5

4

6
3

2

7

1

a

8/27/10

W

Turbina

c

b

Rafael Gamero

S
11

8/27/10

Rafael Gamero

12

Ciclos de Potencia
Ciclo Brayton

Ciclos de Potencia
CicloBrayton

QA

Ciclo cerrado

QA

Combustible

Ciclo abierto
2

3

Intercambiador
de calor

Q =0

2

Q =0

Cámara de
combustión

Q =0

3

Q =0

W
Compresor

Turbina

Intercambiador
de calor

1

W
Turbina

Compresor

4

4

1
Aire

Gases

QB

QB
8/27/10

Rafael Gamero

13

8/27/10

Rafael Gamero

Ciclos de Potencia

Ciclos dePotencia

Ciclo Brayton

Ciclo Brayton

Diagramas P-V y T-S del Ciclo Brayton

P

Eficiencia del Ciclo Brayton
3

T
2

3

P = cte

S = cte

"=

S = cte

!

P = cte
V
8/27/10

S
Rafael Gamero

" = 1#

QB
Cˆ (T # T )
= 1# P 4 1
QA
Cˆ P (T3 # T2 )

!
T (T / T #1)
" = 1# 1 4 1
T2 (T3 / T2 #1)

1

4

WN
QA

4

2

1

14

15

8/27/10

!...