Post on 12-Nov-2018
Termodinamica: Segundo principio de latermodinamica
Parte 3: Maquinas termicas
Olivier Skurtys
Departamento de Ingenierıa MecanicaUniversidad Tecnica Federico Santa Marıa
Email: olivier.skurtys@usm.cl
Santiago, 8 de junio de 2012
Presentacion
1 Resumen
2 Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario
3 Ciclo de Carnot
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Resumen
1 ResumenCiclos motor o de potenciaCiclos inversos: ciclos frigorıficos o bombas de calorCorolarios del segundo principio para ciclosRendimiento maximo de las maquinas termicas
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Ciclos motor o de potencia
1 ResumenCiclos motor o de potenciaCiclos inversos: ciclos frigorıficos o bombas de calorCorolarios del segundo principio para ciclosRendimiento maximo de las maquinas termicas
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Ciclos motor o de potencia
Definicion
Los ciclos motores (o de potencia) son maquinas termicas cıclicas queproducen una cantidad neta positiva de trabajo.
Se define el rendimiento del ciclo, como la razon entre:
energıas obtenidas: trabajo neto.
energıas gastadas: calor comunicado.
η =obtenido
gasto=
Wneto
|∑k(Qk > 0)|
=Wneto
|Qentrada|(1)
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Ciclos motor o de potencia
Caso de una maquina ditermica
Si la maquina funciona entre dos temperaturas (ditermica):
Tenemos siempre:
η =Wneto
Qentrada=|Qc| − |Qf ||Qc|
= 1− |Qf ||Qc|
< 1 (2)
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Ciclos motor o de potencia
Comentarios
η =Wneto
Qentrada=|Qc| − |Qf ||Qc|
= 1− |Qf ||Qc|
< 1 (3)
En la relacion, los calores van con valor absoluto.
Para que el rendimiento termico sea η = 1:
se debe tener Qf = 0 es decir una maquina monoterma.
El segundo principio no autoriza la existencia de esta maquina(Enunciado de Kelvin).
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Ciclos inversos: ciclos frigorıficos o bombas de calor
1 ResumenCiclos motor o de potenciaCiclos inversos: ciclos frigorıficos o bombas de calorCorolarios del segundo principio para ciclosRendimiento maximo de las maquinas termicas
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Ciclos inversos: ciclos frigorıficos o bombas de calor
Los ciclos inversos son maquinas cıclicas que consumen una cantidadde trabajo neto y donde el objetivo es:
retirar calor: ciclo frigorıfico
aportar calor: bomba de calor
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Ciclos inversos: ciclos frigorıficos o bombas de calor
El rendimiento termico de las maquinas inversas se llama: coeficientede desempeno o de eficiencia (COP, coefficient of performance)
Caso de una maquina frigorıfica
COPrefrig =obtenido
gasto=
QfWneto
=Qf
Qc −Qf(4)
Caso de una bomba de calor
COPbdc =obtenido
gasto=
QcWneto
=Qc
Qc −Qf(5)
⇒ El COPrefrig y COPbdc pueden ser superior a 1.
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Corolarios del segundo principio para ciclos
1 ResumenCiclos motor o de potenciaCiclos inversos: ciclos frigorıficos o bombas de calorCorolarios del segundo principio para ciclosRendimiento maximo de las maquinas termicas
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Corolarios del segundo principio para ciclos
Coralario 1
El rendimiento termico de un ciclo motor irreversible es siempremenor que el rendimiento termico de un ciclo reversible, cuandoambos operan entre las mismas dos fuentes de calor.
Coralario 2
Todos los ciclos motores reversibles que operan entre las dos mismasfuentes tienen el mismo rendimiento.
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Corolarios del segundo principio para ciclos
Se demuestra que el ciclo de Carnot es un ciclo que tiene elrendimiento maximo
Ningun otro ciclo de una maquina termodinamica puede tener unrendimiento mas grande.
El ciclo de Carnot es un ciclo ideal.
es por esta razon que todos los otros ciclos reales son:
comparados al ciclo de Carnot que es ası una referencia.
Eficiencia del ciclo: e = ηηcarnot
con 0 < e < 1
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Rendimiento maximo de las maquinas termicas
1 ResumenCiclos motor o de potenciaCiclos inversos: ciclos frigorıficos o bombas de calorCorolarios del segundo principio para ciclosRendimiento maximo de las maquinas termicas
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Rendimiento maximo de las maquinas termicas
Ciclo motor
En un ciclo motor, el rendimiento maximo es:
el de la maquina diterma reversible,
en la que los flujos de calor son proporcionales a las temperaturasabsolutas de las fuentes.
Por lo tanto, el rendimiento maximo de un ciclo motor se escribe:
ηmax =Wneto
QC
∣∣∣∣max
=Qc −QfQc
∣∣∣∣max
=Tc − TfTc
= 1− TfTc
< 1 (6)
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Rendimiento maximo de las maquinas termicas
Ciclo motor
Sea:
ηmax = 1− TfTc
< 1 (7)
Escribimos ahora el rendimiento en funcion de la temperaturaambiente y de la temperatura al cual trabaja el motor (temperaturacaliente):
temperatura ambiente: T0 = Tf
temperatura de trabajo: T = Tc
Sea x el ratio TT0
. Entonces tenemos:
ηmax = 1− TfTc
= 1− 1
x(8)
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Rendimiento maximo de las maquinas termicas
Ciclo frigorıficos
En un ciclo frigorıfico, el coeficiente de desempeno o de eficienciamaximo:
COPrefrigmax=
QfWneto
∣∣∣∣max
=Qf
Qc −Qf
∣∣∣∣max
=Tf
Tc − Tf(9)
Para los ciclos frigorıficos tenemos:
temperatura ambiente: T0 = Tc
temperatura de trabajo: T = Tf
Sea x el ratio TT0
. Entonces tenemos:
COPrefrigmax=
TfTc − Tf
=T
T0 − T=
x
1− x(10)
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Rendimiento maximo de las maquinas termicas
Ciclo bombas de calor
En un ciclo de bomba de calor, el coeficiente de desempeno o deeficiencia maximo:
COPbdcmax=
QcWneto
∣∣∣∣max
=Qc
Qc −Qf
∣∣∣∣max
=Tc
Tc − Tf(11)
Para los ciclos bombas de calor tenemos:
temperatura ambiente: T0 = Tf
temperatura de trabajo: T = Tc
Sea x el ratio TT0
. Entonces tenemos:
COPbdcmax =Tc
Tc − Tf=
T
T − T0=
x
x− 1(12)
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Rendimiento maximo de las maquinas termicas
Graficamos los 3 rendimientos maximo
x = TT0
y = ηmax
o y = COPbdcmax
o y = COPbdcmax
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario
2 Algunos dispositivos industriales de flujo estacionarioToberas y difusoresTurbinas, compresores y bombasValvulas de estrangulamientoIntercambiadores de calor
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Introduccion
Muchos sistemas industriales operan bajo las mismas condicionesdurante periodos largos. Por ejemplo:
las turbinas,
los compresores,
los intercambiadores de calor,
las bombas,
. . .
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Toberas y difusores
2 Algunos dispositivos industriales de flujo estacionarioToberas y difusoresTurbinas, compresores y bombasValvulas de estrangulamientoIntercambiadores de calor
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Toberas y difusores
Definicion
Las toberas y difusores son canales de seccion variable.
Una tobera aceleradora es un dispositivo que: incrementa lavelocidad de un fluido
Un difusor es un dispositivo que: incrementa la presion de unfluido al desacelerarlo
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Toberas y difusores
Propiedades
La tasa de transferencia de calor entre el fluido por una tobera (oun difusor) y su medio exterior es muy pequeno.
Las toberas aceleradoras y los difusores no generan o recebentrabajo.
El cambio de altura, es decir de energıa potencial es pequeno.
Q ≈ 0 W ≈ 0 ∆Ep ≈ 0 (13)
Para un sistema abierto, la ecuacion de la conservacion de la energıase escribe:
Q− Wa = ∆H + ∆Ec + ∆Ep (14)
Con las hipotesis abajo, le Ec. 17 se escribe:
∆H + ∆Ec = 0⇒ h2 +V 2
2
2= h1 +
V 21
2(15)
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Toberas y difusores
Propiedades
Ademas, en una tobera o un difusor, se complete la ecuacion deconservacion de la masa, el caudal masico es constante tenemos:
m = ρ1V1A1 = ρ2V2A2 (16)
Figura: Representacion de la tobera y de un difusor
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Toberas y difusores
Propiedades
Si tomamos un flujo incompresible (gas ideal y proceso reversible):
Caso tobera
si disminuye el diametro (o la seccion)aumenta la velocidad del fluido, V ↗entonces disminuye la entalpıa del fluido, h↘entonces disminuye la temperatura, T ↘entonces disminuye la presion, p↘ (proceso adiabatico reversiblepV γ =Cte)
Caso difusor
si crece el diametro (o la seccion)V ↘h↗T ↗p↗ (proceso adiabatico reversible pV γ =Cte)
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Toberas y difusores
Comentarios
A velocidad supersonico el fluido debe ser tomado compresible
entonces el efecto es inversos
Las toberas son canales divergentes (la seccion aumenta).los difusores son convergentes.
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Turbinas, compresores y bombas
2 Algunos dispositivos industriales de flujo estacionarioToberas y difusoresTurbinas, compresores y bombasValvulas de estrangulamientoIntercambiadores de calor
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Turbinas, compresores y bombas
Definicion
Las turbinas producen un trabajo
el fluido genera presion sobre las alabes o aspas para hacer girarla turbina y producir electricidad.
Los compresores y bombas necesitan entrada de potencia paragenerar un trabajo:
compresor: comprime un gasbombas: dar energıa necesaria para desplazar/transportar lıquidosy gases entre dos puntos de niveles diferentes en un circuito o unared.
Bombas de circulacion en circuito cerrado,Bombas para alimentar caldera, reactores nucleares,Alimentacion de agua de las ciudades,Irrigacion,industrias (quımica, alimentaria, minerıa,. . . )Central hidroelectrica,. . .
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Turbinas, compresores y bombas
Turbinas
Un ejemplo de turbina de accion: La turbina Pelton de la centralhidroelectrica de Grand-Maison
4 Peltons
D = 2, 7m
ω = 430t/min
Numero de cucharas 20
Longitud de las cucharas 0, 7m
Q = 20m3.s−1 cada una
Potencia: 156MW cada una
Altura de caıda del aguaH = 915m
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Turbinas, compresores y bombas
Un ejemplo de turbina de reaccion: La turbina Francis de la centralhidroelectrica de Itaipu (Brazil)
18 Francis
D = 9m
P = 740MW
ω = 90t/min
Numero de alabe = 13
Q = 677m3.s−1
H=119m
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Turbinas, compresores y bombas
Un ejemplo de turbina de reaccion: La turbina Kaplan de la centralhidroelectrica Gezhouba (China)
19 Kaplan
D = 11m
P = 176MW
ω = 55t/min
Numero de alabe = 4
Q = 1130m3.s−1
H = 19
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Turbinas, compresores y bombas
Bomba de embolo de efecto simple
Una bombas de desplazamientos positivo poca usada.
Esquema Ciclo
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Turbinas, compresores y bombas
Bomba de embolo de efecto doble
Una bombas de desplazamientos positivo:
Esquema Ciclo
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Turbinas, compresores y bombas
Bomba de engranajes
Una bombas de desplazamientos positivo.
Esquema
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Turbinas, compresores y bombas
Bomba lobulares
Una bombas de desplazamientos positivo.
Esquema
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Turbinas, compresores y bombas
Bombas peristalticas
Una bombas de desplazamientos positivo usada masivamente enlaboratorio.
Esquema
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Turbinas, compresores y bombas
Esquema de la bomba centrifuga radial
El fluido entra por la tuberıa de aspiracion, para ser impulsadapor los alabes del rodete el cual esta girando debido al parproporcionado por un motor electrico.
El aumento de energıa se refleja a la salida del rodete como unaumento del momento cinetico.
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Turbinas, compresores y bombas
Esquema de la bomba centrifuga radial
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Turbinas, compresores y bombas
Esquema de la bomba centrifuga radial
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Turbinas, compresores y bombas
Turbinas
La ecuacion de conservacion de la energıa se escribe:
Q− Wa = ∆H + ∆Ec + ∆Ep (17)
Con las hipotesis abajo, le Ec. 17 se escribe:
−Wa = ∆H + ∆Ec + ∆Ep (18)
Es decir:
Wa = m
(h1 +
V 21
2+ gz1
)− m
(h2 +
V 22
2+ gz2
)(19)
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Turbinas, compresores y bombas
Caso de una turbina a gas o a vaporLa cambio de entalpıa es preponderante sobre el cambio develocidad y de energıa potencialLas transferencia de calor es insignificante.
Wa = m (h1 − h2) (20)
Caso de una turbina hidraulica, las propiedades del fluido(entalpıa) son practicamente constantes:
Wa = m
(V 2
1
2+ gz1
)− m
(V 2
2
2+ gz2
)(21)
Figura: Representacion de una turbina
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Turbinas, compresores y bombas
Bombas y compresores
Las transferencia de calor no es insignificante para loscompresores y bombas,
Wa = m
(h1 +
V 21
2+ gz1
)− m
(h2 +
V 22
2+ gz2
)+ Q (22)
Figura: Representacion de un compresor y una bomba
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Valvulas de estrangulamiento
2 Algunos dispositivos industriales de flujo estacionarioToberas y difusoresTurbinas, compresores y bombasValvulas de estrangulamientoIntercambiadores de calor
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Valvulas de estrangulamiento
Las valvulas de estrangulamiento son dispositivos que restringe elflujo. En el caso de valvula no cerrada completamente:
generan un caıda de presion segun un proceso irreversible,
no genera trabajo y no a intercambio de calor,
cerca de la valvula las propiedades del flujo puede cambiar (flujoturbulento).
Si aplicamos la ecuacion de la energıa entre 2 puntos:
h1 = h2 (23)
Es un dispositivo isentalpico (Ver la segunda experiencia de Joule)
Figura: Representacion de valvulas de estrangulamiento
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Intercambiadores de calor
2 Algunos dispositivos industriales de flujo estacionarioToberas y difusoresTurbinas, compresores y bombasValvulas de estrangulamientoIntercambiadores de calor
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Intercambiadores de calor
Definicion
Los intercambiadores de calor son dispositivos donde 2 corrientes defluido en movimiento intercambian calor sin mezclado.
La transferencia de calor del fluido caliente (c) al fluido frio (f) sehace a traves la pared que constituye el tubo interior.
Un intercambiador tubular simple es constituido de 2 tuboscilındricos coaxiales
un fluido (generalmente caliente) circula en el tubo interiorel otro en el espacio libre entre los dos tubos.
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Intercambiadores de calor
Propiedades
Los intercambiadores de calor no intercambian trabajo,
Los cambios de energıa cinetica y potencial son insignificantes.
El flujo masico de cada corriente de fluido que fluye por unintercambiador de calor permanece constante.
En general mf 6= mc
Q = mf (hs − hf )f = mc (he − hs)c (24)
Figura: Representacion de intercambiadores de calor
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Ciclo de Carnot
3 Ciclo de CarnotCiclo de Carnot con gas ideal en un sistema cerradoCiclo de Carnot con gas ideal en un sistema abiertoCiclo de Carnot con cambio de fase en un sistema abiertoDiagrama entropico T -S
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Tiene:
Dos procesos isotermos reversible: calentamiento o enfriamiento
Dos procesos adiabaticos reversibles: el fluido pasa de una a otrotemperatura
No tiene:
irreversibilidad interna: los 4 procesos son internamentereversibles
irreversibilidad externa: los procesos isotermos de intercambio decalor se hacen a la misma temperatura que las fuentes.
Es un ciclo irrealizable y de maximo rendimiento entre las dos fuentesde calor. Existe ciclo de Carnot en sistema abierto o cerrado con ungas, un liquido.
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Ciclo de Carnot con gas ideal en un sistema cerrado
3 Ciclo de CarnotCiclo de Carnot con gas ideal en un sistema cerradoCiclo de Carnot con gas ideal en un sistema abiertoCiclo de Carnot con cambio de fase en un sistema abiertoDiagrama entropico T -S
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Ciclo de Carnot con gas ideal en un sistema cerrado
En este caso el rendimiento del ciclo es:
η =Wneto
QC=QnetoQc
=Q12 −Q34
Q34= 1 +
Q12
Q34= 1− Qf
Qc(25)
Las magnitudes Q12 y Q34 tiene signos.
Qc y Qf son considerados en valorabsoluto.
El area bajo cada curva es el trabajo decada etapa
El area encerrada por el ciclo es eltrabajo neto, igual al calor neto.
El rendimiento termico vale:
η = 1− TfTc
(26)
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Ciclo de Carnot con gas ideal en un sistema abierto
3 Ciclo de CarnotCiclo de Carnot con gas ideal en un sistema cerradoCiclo de Carnot con gas ideal en un sistema abiertoCiclo de Carnot con cambio de fase en un sistema abiertoDiagrama entropico T -S
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Ciclo de Carnot con gas ideal en un sistema abierto
Expresion integral del trabajo en sistemas abiertos
Sabemos que la interaccion de trabajo de un sistema cerrado por unproceso reversible con su entorno se puede evaluar como:
δW = pdV ⇒W =
∫ final
inicial
pdV (27)
por unidad de masa tenemos:
δw = pdν ⇒ w =
∫ final
inicial
pdν [kJ.kg−1] (28)
Esta expresion permite el calculo del trabajo si se conoce la relacionentre p y ν a lo largo del proceso.
Se puede deducir una expresion analoga para los sistemas abiertos.
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Ciclo de Carnot con gas ideal en un sistema abierto
Si el proceso es cuasiestatico
y sin disipacion (es decir reversible) a lo largo del volumen decontrol en flujo unidimensional:
WV C = Wa −∑e
Pemeνe +∑s
Psmsνs ⇒ wV C = wa − Peνe + Psνs
(29)ademas:
δw = δwa+d(pν)⇒ δwa = δw−d(pν) = pdν−pdν−νdp = −νdp (30)
δwa = −νdp⇒ wa = −∫ salida
entrada
νdp (31)
Esta expresion es valida solamente para sistemas abiertos enregimen estacionario, proceso cuasiestatico y sin disipacion (esdecir reversible).
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Ciclo de Carnot con gas ideal en un sistema abierto
Diagrama del ciclo de Carnot en sistemas abiertos
El diagrama termodinamico del proceso es identico al del sistemacerrado.
solo que en este caso los trabajos son lasareas proyectadas sobre el eje depresiones
el trabajo neto sigue siendo el areaencerrada
Figura: Esquema
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Ciclo de Carnot con gas ideal en un sistema abierto
Rendimiento del ciclo de Carnot en sistemas abiertos
ηabierto =Wneto
QC=Qneto
Qc=Q12 − Q34
Q34
= 1 +Q12
Q34
= 1− Qf
Qc(32)
Aplicando el principio de conservacion de la masa para sistemasabiertos en regimen estacionario y proceso isotermo:
Q12 = W12 Q34 = W34 (33)
Por un proceso reversible:
W12 = −∫ 2
1
νdP (34)
por un gas ideal:
ν =RT
P(35)
Asi, tenemos:
W12 = −RTf lnP2
P1(36)
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Ciclo de Carnot con gas ideal en un sistema abierto
Rendimiento del ciclo de Carnot en sistemas abiertos
De la misma manera tenemos:
W34 = −RTc lnP4
P3(37)
Sustituyendo en la expresion del rendimiento:
ηabierto = 1 +Q12
Q34
= 1 +RTf ln P2
P1
RTc ln P4
P3
(38)
Mostramos el otro vez que:
P2
P1=P3
P4(39)
Entonces el rendimiento termico vale:
ηabierto = 1− TfTC
(40)
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Ciclo de Carnot con cambio de fase en un sistema abierto
3 Ciclo de CarnotCiclo de Carnot con gas ideal en un sistema cerradoCiclo de Carnot con gas ideal en un sistema abiertoCiclo de Carnot con cambio de fase en un sistema abiertoDiagrama entropico T -S
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Ciclo de Carnot con cambio de fase en un sistema abierto
La ultima manera para realizar cuatro etapas totalmente reversiblesque siguen un cilo de Carnot es:
usando un fluido que puede cambiar de fase
En efecto, es posible:
un proceso de calentamiento isobarico de una sustancia pura;
ademas se puede obtener un enfriamiento isotermo en unacondensacion isobara.
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Ciclo de Carnot con cambio de fase en un sistema abierto
Figura: Esquema
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Diagrama entropico T -S
3 Ciclo de CarnotCiclo de Carnot con gas ideal en un sistema cerradoCiclo de Carnot con gas ideal en un sistema abiertoCiclo de Carnot con cambio de fase en un sistema abiertoDiagrama entropico T -S
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Diagrama entropico T -S
El diagrama entropico es un diagrama donde:
la entropıa es en abscisa,
la temperatura es en ordenada.
Propiedad
El calor intercambiado por el sistemadurante un proceso AB es representado porel area bajo la curva en el diagrama T -S:
QAB =
∫ B
A
TdS (41)
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Diagrama entropico T -S
Representacion del ciclo de Carnot
En el diagrama entropico el ciclo de Carnot es representado por unrectangulo:
AB isoterma: T1
BC adiabatica de T1 a T2
CD isoterma: T2
DA adiabatica de T2 a T1
Para un ciclo W +Q = 0 entonces el aire gris representa el calortransformado en trabajo.
Resumen Algunos dispositivos industriales de flujo estacionario Ciclo de Carnot
Diagrama entropico T -S