Curso 2010-11Esc. Tcn. Sup. de Ingenieros de Montes Francisco Marcos MartnCURSO DE TERMODINMICA PARA INGENIEROS DE MONTES. TERMODINMICA CLSICAMQUINAS TRMICAS Y RENDIMIENTO TRMICO

7. Mquinas trmicas y rendimiento trmico

Mquinas trmicas.

1.1. Concepto.1.2. Representacin esquemtica.1.3. Focos trmicos: foco caliente o manantial trmico y foco fro o sumidero trmico.

2. Rendimiento trmico.

2.1. Definciones de rendimiento trmico.2.2. Clculos de rendimiento trmico.

3. Ejemplos de rendimiento trmico.

3. Rendimiento trmico

Mquinas trmicas.

1.1. Concepto: Una mquina trmica es un dispositivo mecnico que realiza un trabajo intercambiando calor con unos manantiales.

1.2. Representacin esquemtica.

1.3. Focos o manantiales trmicos:

1.- Foco caliente: es el foco trmico que cede calor a la mquina trmica, recibe el nombre de manantial trmico.Puede haber uno o haber ms de uno.

2.- Foco fro: es el foco trmico al que cede calor la mquina trmica, recibe el nombre de sumidero trmico. Puede haber uno o haber ms de uno.

2.1. Definciones de rendimiento trmico.

Trabajo realizado Calor absorbido + Calor cedidoR = ------------------------ = ---------------------------------------------- = Calor absorbido Calor absorbido

Calor absorbido [Calor cedido]= ------------------------------------------------------------ Calor absorbido

Energa elctrica producida EsR = ----------------------------------------------------------------------------- = -------- Energa desprendida en la combustin del combustible Ee

2.2. Clculo de algunos rendimientos trmicos.

En el caso de una central trmica de biomasa, de una central trmica de carbn , fuel oil o gas natural el rendimiento trmico global de la central trmica, utilizado en problemas de planificacin energtica se puede evaluar con la frmula siguiente:

Energa elctrica producida EsR = ------------------------------------------------------------------------------ = -------- Energa desprendida en la combustin del biocombustible Ee

Es lo que sealamos con ms detalle en el ejemplo 3.

3. Ejemplos de clculo del rendimiento trmico.

Ejemplo 1. El de una caldera que calienta agua:

Energa calorfica producida EaR = -------------------------------------------------------------------------------- = -------- Energa desprendida en la combustin del biocombustible Ec

Ea = m agua Ce (Ts Te )

Ec = mc PCI

3. Ejemplos de clculo del rendimiento trmico.

Ejemplo 2. El de una caldera de vapor:

Energa calorfica producida EaR = -------------------------------------------------------------------------------- = -------- Energa desprendida en la combustin del biocombustible Ec

Ea = magua (hs he)

Ec = mc PCI

3. Ejemplos de clculo del rendimiento trmico.

Ejemplo 3. El de una central trmica de biomasa

Energa elctica producida EsR = -------------------------------------------------------------------------------- = -------- Energa desprendida en la combustin del biocombustible Ed

Donde:

- Es = Potencia elctrica tiempo

- Ed = Ee = m PCI

3. Ejemplos de clculo del rendimiento trmico.

Ejemplo 4. El de una central elctrica de energa nuclear

Energa elctica producida EoRend = ----------------------------------------------------------------------- = --------- Energa desprendida en la reaccin nuclear Ed

Donde:

- Eo = Energa obtenida = Potencia elctrica tiempo

- Ed = m c2

3. Ejemplos de clculo del rendimiento trmico.

Ejemplo 5. El de un ciclo de Carnot (ciclo compuesto por una expansin isoterma reversible, una expansin adiabtica reversible, una compresin isoterma reversible y una compresin adiabtica reversible):.

Trabajo del ciclo Qc Calor absorbido [Q ced ]R = -------------------------- = ----------------------- = ----------------------------------- Calor absorbido Calor absorbido Calor absorbido

T2 T1= ------------- T2

Donde:

Qc = Calor del ciclo = Trabajo del ciclo

Qced = Calor cedido

3. Ejemplos de clculo del rendimiento trmico.

Ejemplo 6. El de un motor de ciclo Otto o de encendido por chispa y el de un motor de ciclo Diesel o de encendido por compresin.

Trabajo del ciclo Q c Calor absorbido [Qc ed]R = -------------------------- = ------------------------- = -------------------------------------- Calor absorbido Calor absorbido Calor absorbido

Q c = Calor del ciclo = Trabajo del cicloQ ced = Calor cedido

Bibliografa recomendada.

Aguilar Peris. 1986. Curso de Termodinmica. Alhambra. Madrid.2. Carretero Carrero., Garca Andrs T., Elvira Martn L.M y Marcos Martn F. 1984. Problemas de Termodinmica. Esc. Tcn. Superior de Ingenieros de Montes. Madrid.3. Colino A. 2004. Historia, energa, hidrgeno. Real Academa de Ingeniera de Espaa. Madrid.

4. Dvila C. 1987. La energa en Europa. Salvat. Pamplona. 5. Marcos Martn F. 1989. Problemas de energtica. Ed.: FMA. Madrid.6. Rock P.A. 1989. Termodinmica Qumica. Vicens-Vives. Madrid.

7. Sears F.W. 1973. Termodinmica. Revert. Madrid.