Ciclos termodinamicos

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Física Térmica

MAQUINAS TÉRMICAS CICLOS TERMODINÁMICOS

CICLOS DE POTENCIA

CICLOS DE REGRIGERACIÓN

Máquina Térmica

Refrigerador, Bomba de calor

Ciclo de gas: La sustancia que lo realiza queda durante el ciclo en estado gas Ciclo de Vapor: Recorre parte del ciclo en estado vapor y otra parte en estado líquido Ciclo cerrado: El fluido de trabajo regresa a su estado inicial al finaldel ciclo (ej. Vapor en una central Térmica) Ciclo abierto: El fluido de trabajo se renueva en cada ciclo. (ej. automovil)

Máquinas Térmicas

Combustión interna: Se quema el combustible dentro de la frontera del sistema Combustión externa: Uso de calderas, pozo geotérmico, reactor nuclear, sol.. (Centrales eléctricas)

Los ciclos reales se aproximan a ciclos ideales, suponiendo: El ciclono implica ninguna fricción Procesos de expansión y compresión son cuasiestáticos Tuberías que conectan las diferentes partes del sistema están bien aisladas Se ignoran los cambios de energía cinética y potencial del fluido de trabajo (excepto en toberas)

Tema 7 Ciclos de Potencia. Refrigeración

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Física Térmica EL CICLO DE CARNOT Y SU VALOR EN INGENIERÍA

W NETO TL η =---------------------------------- = 1 – -----Q ABSORBIDO TH

El ciclo de carnot es el ciclo reversible que tiene mayor rendimiento. Todos los ciclos reversibles que operen con las mimas dos fuentes térmicas tienen el mismo rendimiento. Rendimiento aumenta con la diferencia de temperatura entre las dos fuentes Existen límites físicos para TH y TL

El ciclo de Carnot podría llevarse a cabo en un sistemacerrado (cilindro-pintón) o bien en un sistema de flujo permanente (dos turbinas y dos compresores)

INCONVENIENTES PARA SU EXACTA REALIZACIÓN PRÁTICA:

En ciclos de gas: La transferencia de calor isotérma reversible es dificil de llevar a cabo en la realidad ya que requeriría tiempos muy largos En ciclos de vapor: Es difícil de encontrar la composición exacta de líquido que cierre el ciclo.Tema 7 Ciclos de Potencia. Refrigeración

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CICLO DE OTTO Máquina de Combustión Interna Ciclo ideal para las máquinas de encendido de chispa. Motor de Ignición

REAL
3

REAL
4 b a 1 5

2

Vmin

Vmax

IDEAL

Física Térmica

IDEAL
Expansión

Vmin

Vmax

Tema 7 Ciclos de Potencia. Refrigeración

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Física Térmica

CICLO DE OTTO

a - 1 Se abre la válvula deadmisión, el pistón baja absorbiendo la mezcla fresca aire-gasolina. P aprox cte= 1atm 1 - 2 El pistón sube y comprime la mezcla adiabáticamente. 2 En Vmin de la mezcla, la chispa produce la combustión instantáneamente. 2 - 3 Aumenta la temperatura y la presión a v=cte 3 - 4 Expansión adiabática con realización de trabajo. Fase de Potencia 4 - 5 Se abre la válvua de escape, la presión cae a 1 atm.V=cte. 5 - b El pistón empuja los gases de combustión fuera a P=cte=1atm a - 1 Se abre la válvula........comienza el ciclo de nuevo 1) Combustible no reutilizable No es exactamente un ciclo 2) 5 - b y a - 1 no totalmente coincidentes

Suposición para considerarlo ideal: Se realiza un ciclo 1 -2- 3- 4. Dos Isócoras y dos adiabáticas. Ciclo cerrado γ → Índice adiabático 1 η = 1 – ----------γ–1 r v maxr = ----------v min

Relación de compresión

Tema 7 Ciclos de Potencia. Refrigeración

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Física Térmica DIAGRAMA TS PARA EL CICLO DE OTTO

Q abs = ∆U 2 → 3 = nc v ( T 3 – T 2 ) Q ced = ∆U 4 → 1 = nc v ( T 4 – T 1 )

Eficiencia Térmica de un ciclo de Otto ideal como función de la relación de compresión (γ=1.4)

La eficiencia térmica aumenta con la relación de compresión Si larelación de compresión es excesivamente grande puede perjudicar la motor ya que se produce el autoencendido. (Durante la compresión se elevaría en exceso la temperatura)

Tema 7 Ciclos de Potencia. Refrigeración

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Física Térmica

MOTOR DE DOS TIEMPOS

Idealmente sigue el mismo ciclo de Otto que el motor de cuatro tiempos. En el ciclo REAL durante la expansión adiabática (Tiempo de...
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