Termodinamica aplicada

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO



FACULTAD DE INGENIERÍA















APUNTES DE

TERMODINÁMICA APLICADA











ING. LEMUS SOTO EDUARDO













Hecho por y para alumnos de la Facultad de Ingeniería de la UNAM.











Apuntes tomados en el semestre 2009-2.

























INTRODUCCIÓN.



TEMARIO.

1. Análisis exergético.

2. Ciclos de potencia.

3. Ciclos derefrigeración.

4. Mezclas no reactivas.

5. Mezclas reactivas.



BIBLIOGRAFÍA BÁSICA.

Cengel –Yunus & Boles – Termodinámica.

Wark – Kenet – Termodinámica.

(En general, cualquier texto de termodinámica básica)



ELEMENTOS DIDÁCTICOS.

Exposición en general.

Tareas.

Ejercicios.

Series.

Investigaciones.

Visitas.



EVALUACIÓN.

Tareas (tareas simples, series, trabajo)

Exámenes parciales.Exámenes finales.

Participación en clase.



CALIFICACIÓN DEFINITIVA.

- 40 % EXAMEN FINAL.

- 60% CALIFICACIÓN SEMESTRAL.

- 40% 1° PARCIAL.

- 30 % TAREAS.

- 65 % EXÁMEN.

- 5% VISITA.

- 40% 2° PARCIAL.

- 30% TAREAS.

- 70% EXAMEN.

- 20% 3° PARCIAL.

- 30% TAREAS.

- 70% EXAMEN.



CICLO DE CARNOT.



(A) PROCESOS IDEALES.

1-2 Suministrode calor a temperatura constante.

2-3 Expansión isentrópica.

3-4 Rechazo de calor a temperatura constante.

4-1 Compresión isentrópica.



(B) REPRESENTACIÓN GRÁFICA.





[pic][pic]



(C) CALORES.

Q = T ds

QS = TA (S2 – S1); QR = TB (S4 – S3)

Qn = ΣQ = QS + QR = TA (S2 – S1) – TB (S3 – S4)

Si S2 = S3, S1 = S4

Qn = (TA – TB) (S2 – S1)





(D) EFICIENCIA TÉRMICA.



[pic]

[pic]

(2)CICLOS DE POTENCIA.

(2.1.1) CICLO RANKINE SIMPLE IDEAL.

(A) DIAGRAMA DE FLUJO.























































(B) PROCESOS IDEALES.



1-2 Expansión isentrópica.

2-3 Rechazo de calor (condensación) isobárico.

3-4 Compresión Isentrópica.

4-1 Suministro de calor (evaporación) isobárico.





(C) REPRESENTACIÓN GRÁFICA.

[pic]

(D) CALORES, TRABAJO Y EFICIENCIA TÉRMICA.

QS =h1 – h4

QR = h2 – h3

Qn = QS – QR = (h1 - h4) – (h2 - h3)

We = h1 – h2

Wc = h1 – h4

Wn = We – Wc = (h1-h4) – (h2-h3)

Wn = Qn

[pic]

[pic]



(E) CONDICIONES OPERATIVAS ÓPTIMAS.

(Para maximizar la eficiencia térmica).

1. Sobrecalentar el vapor al máximo posible.

2. Aumentar la presión de operación de la caldera.

3. Disminuir la presión absoluta en el condensador.

(2.1.2) CICLO RANKINECON RECALENTAMIENTO.



(A) DIAGRAMA DE FLUJO.



[pic]





(B) PROCESOS IDEALES.



1-2 Expansión isentrópica.

2-3 Suministro de calor (recalentamiento isobárico).

3-4 Expansión isentrópica.

4-5 Rechazo de calor (condensación) isobárico.

5-6 Compresión isentrópica.

6-1 Suministro de calor (evaporación) isobárico.



(C) REPRESENTACIÓN GRÁFICA.



[pic]





(D) CALORES, TRABAJOS YEFICIENCIA TÉRMICA.



QS = QS1 + QS2 = (h1 – h6) + (h3 – h2)

QR = (h4 – h5)

Qn = QS – QR = (h1 – h6) + (h3 – h2) - (h4 – h5)



We = We1 +We2 = (h1 – h2) + (h3 – h4)

Wc = (h6 – h5)

Wn = We – Wc = (h1 – h2) + (h3 – h4) – (h6 – h5)



[pic]




(2.1.3) CICLO RANKINE CON REGENERACIÓN.




(A) DIAGRAMA DE FLUJO.





(B) PROCESOS IDEALES.



(1-2) Expansión isotérmica.

(2-3) Expansión isotérmica.(2-12) Intercambio de calor a presión constante.

(3-9) Intercambio de calor a presión constante.

(3-4) Expansión isotérmica.

(4-5) Expansión isotérmica.

(4-14) Intercambio de calor a presión constante.

(5-6) Rechazo de calor isobárico.

(6-7) Compresión isentrópica.



(C) REPRESENTACIÓN GRÁFICA.



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(D) BALANCES TÉRMICOS EN CALENTADORES.

(a) Calentador cerrado de alta presión (AP).

[pic](b) Calentador abierto (Desgasificador).



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(c) Calentador cerrado de baja presión (BP).

[pic]

(E) CALORES Y TRABAJOS Y EFICIENCIA TÉRMICA.



QS = (1) (h1 – h11)

QR = QR1 + QR2 = (1 – m1 – m2 – m3) (h5 – h6) – m3(h15 – h6)

Qn = QS – QR



We = We1 + We2 + We3 + We4

We = (1) (h1– h2) + (1-m1) (h2 – h3) + (1 – m1 – m2) (h3 – h4) + (1 – m1 – m2 – m3) (h4 – h5)

WC = WC1 – WC2 = (1...