CICLOS TERMODINAMICOS

Termotecnia y Mecánica de Fluidos (DMN)
Mecánica de Fluidos y Termodinámica (ITN)

TD. T5.- Ciclos de Potencia
Las trasparencias son el material de apoyo del profesor
para impartir la clase. No son apuntes de la asignatura.
Al alumno le pueden servir como guía para recopilar
información (libros, …) y elaborar sus propios apuntes

Departamento:
Area:

Ingeniería Eléctrica y EnergéticaMáquinas y Motores Térmicos

CARLOS J RENEDO renedoc@unican.es
Despachos: ETSN 236 / ETSIIT S-3 26
http://www.diee.unican.es/cjre.htm
Tlfn: ETSN 942 20 13 44 / ETSIIT 942 20 13 82

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T5.- CICLOS DE POTENCIA
1.- Introducción
2.- Ciclos de Vapor
2.1.- Ciclo de Carnot
2.2.- Ciclo Rankine
2.3.- Ciclo Rankine con recalentamiento
2.4.- Ciclo Rankine con regeneración
2.5.- Ciclo Rankinecon regeneración y recalentamiento
2.6.- Ciclo Rankine supercrítico
2.7.- Pérdidas en el ciclo Rankine

3.- Ciclos de Aire
3.1.- Compresores
3.2.- Ciclo de aire estándar
3.3.- Ciclo de Carnot
3.4.- Ciclo Otto
3.5.- Ciclo Diesel
3.6.- Ciclo Dual
3.7.- Ciclos Ericson y Stirling
3.8.- Ciclo Brayton
3.9.- Ciclo Brayton regenerativo
3.10.-Ciclo Brayton con recalentamiento
3.11.- CicloBrayton regenerativo con recalentamiento y refrigeración

4.- Ciclo Combinado
5.- Cogeneración
6.- Máquinas Térmicas
6.1.- Turbinas de vapor
6.2.- Motores de combustión
6.3.- Turbinas de gas
6.4.- Motor Stirling

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T5.- CICLOS DE POTENCIA
1.- Introducción
Los ciclos termodinámicos son la base de la utilización energética
En los ciclos de potencia:
• Se extrae calor (combustible),QFC, de un foco a alta temperatura, TFC
• Se obtiene trabajo útil, W
• Se cede calor residual QFF, a un foco a baja temperatura, TFF
(aire ambiente, o agua de mar, de un río, …)

Se cumple la condición de equilibrio de la energía:
[T 2]

QFC = W + QFF

2
2 ⎞
⎛
⎜ h2 − h1 + c 2 − c 1 ⎟ + Wt
Q
=
m
P.P.T Sist. Ab.
⎜
⎟
2
⎝
⎠

Turbinas son sistemas abiertos sin Q ni variación deEcin ⇒ Wt = m (h1 − h 2 )
c=

dQ + Wr
dT

gas perfecto

h2 − h1 = c p (T2 − T1 )

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T5.- CICLOS DE POTENCIA
2.- Ciclos de vapor (I)

Identificación
de puntos

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T5.- CICLOS DE POTENCIA
2.- Ciclos de vapor (II)
Identificación
de puntos

WTurb = h1 − h 2
Wbomb = v 1 (p 4 − p 3 )
QFC = Q cald = h1´ − h 4

Por unidad
de masa

QFF = Q cond = h 2´ − h3

W = WTurbina− WBomba ≈ WTurbina

η=

(h1 − h 2 ) − (h 4 − h3 ) (h1 − h 2 )
Q
W
≈
=
= 1− FF
QFC
QFC
h1 − h 4
h1 − h 4

= 1−

h 2 − h3
h − h4
≈ 1− 2
h1 − h 4
h1 − h 4

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T5.- CICLOS DE POTENCIA
2.- Ciclos de vapor (III)
Dos ciclos termodinámicos básicos de vapor, el ciclo de Carnot (ideal), y
el ciclo de Rankine (real), que tiene diferentes variantes

2.1.- Ciclo de Carnot (I)
Esel ideal
Limitado por dos isotermas y dos adiabáticas (s cte)
;

Q
η = 1− FF
QFC

Q=

∫

b

a

η = 1−

Tds
T =cte

= T (sb − s a )

[T4]

El foco frío es el medio ambiente, su
temperatura es conocida, y Wmax es:

TFF (s 2 − s 3 )
TFC (s1 − s 4 )

η C = 1−

TFF
TFC

⎛ T
W = η CQFC = ⎜⎜1 − amb
TFC
⎝

El calor cedido al medio ambiente en ciclos
T
QFF = QFCamb
reales es superior al 55%, y se expresa:
TFC

⎞
⎟ QFC
⎟
⎠

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T5.- CICLOS DE POTENCIA
2.- Ciclos de vapor (IV)
2.1.- Ciclo de Carnot (II)
Los elementos esenciales del ciclo son:
• la turbina de vapor, el vapor se expande
con s cte, obteniendo W (1-2)
• un condensador, condensa el
saliente de la turbina a p cte (2-3)

vapor

• Una bomba, (3-4) en la que se eleva la
presiónisoentrópicamente
• una caldera, (4-1) a p cte se vaporiza el
agua
El trabajo absorbido en la bomba, en primera aproximación, se desprecia, ya
que el obtenido en la turbina es mucho mayor
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T5.- CICLOS DE POTENCIA
2.- Ciclos de vapor (V)
2.2.- Ciclo Rankine (I)
El ciclo de Carnot presenta dos problemas prácticos:
La bomba trabaja mal si lo hace con vapor
Si la expansión se...