termodinamica

Termodinámica
y
Máquinas
Térmicas

Tema
05.
Ciclos
de
Potencia


Inmaculada
Fernández
Diego

Severiano
F.
Pérez
Remesal

Carlos
J.
Renedo
Estébanez

DPTO.
DE
INGENIERÍA
ELÉCTRICA
Y
ENERGÉTICA

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tema
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3.0


TERMODINÁMICA Y MÁQUINAS TÉRMICAS

T 05.- Ciclos de Potencia

Objetivos:
Este tema es el más extenso, en él se estudianlos ciclos termodinámicos,
destinados a la obtención de potencia o trabajo. En primer lugar se abordan
los ciclos de vapor, para finalizar con los ciclos de gas. Se estudiarán tanto los
ciclos simples como los mejorados con recalentamiento, regeneración,
extracción, o refrigeración intermedia
El tema se complementa con una práctica de laboratorio sobre la simulación
por ordenador de ciclostermodinámicos de potencia

2

T 05.- 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 Rankine con regeneración y recalentamiento
2.6.- Ciclo Rankine supercrítico
2.7.- Pérdidas en el ciclo Rankine

3.- Ciclos de Aire
3.1.- Compresores
3.2.- Ciclode 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.- Ciclo Brayton regenerativo con recalentamiento y refrigeración

4.- Máquinas Térmicas
4.1.- Turbinas de vapor
4.2.- Motores de combustión
4.3.- Turbinas de gas4.4.- Motor Stirling

3

T 05.- CICLOS DE POTENCIA
1.- Introducción (I)
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, …)

Secumple la condición de equilibrio de la energía:
[T2] Sist. Ab.

4

Turbina
WT

T 05.- CICLOS DE POTENCIA
2

2.- Ciclos de vapor (I)

1

Qc

4
Caldera

QF

3

WB
Humos

Bomba

Condensador

Turbina
Chimenea

Vapor de
agua

Generador

Identificación
de puntos

2
1

Qc
Aire

4

Combustible

B.
Condensador

Caldera
WB
Bomba

3

Torre deRefrigeración

5

T 05.- CICLOS DE POTENCIA
2.- Ciclos de vapor (II)
Turbina

Identificación
de puntos

WT

2
1

Qc

4
Caldera

QF

3

WB
Bomba

Por unidad
de masa

Condensador

6

T 05.- 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 diferentesvariantes

2.1.- Ciclo de Carnot (I)

p

Es el ideal
Limitado por dos isotermas y dos adiabáticas (s cte)

TC
TF

1

4
S3

[T4]

3

S1

TC
TF

2

v

El foco frío es el medio ambiente, su
temperatura es conocida, y Wmax es:
El calor cedido al medio ambiente en ciclos
reales es superior al 55%, y se expresa:

7

T 05.- CICLOS DE POTENCIA
2.- Ciclos de vapor (IV)
2.1.-Ciclo de Carnot (II)
Los elementos esenciales del ciclo son:
•  la turbina de vapor, (1-2) el vapor se
expande con s cte, obteniendo W
•  un condensador, (2-3) condensa el vapor
saliente de la turbina a T (y p) ctes
•  una bomba, (3-4) en la que se eleva la
presión isoentrópicamente

p

TC
TF

1

4
S3

3

S1

TC
TF

2

•  una caldera, (4-1) a T (y p) ctes se
vaporizael agua

v

El trabajo absorbido en la bomba, en primera aproximación, se desprecia, ya
que el obtenido en la turbina es mucho mayor
8

T 05.- 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 realiza en la zona de vapor saturado corren peligro los...