Objetivos especficos:4.1 al 4.2TermodinmicaTema 4: Mquinas Trmicas

Definicin Mquina TrmicaMquina trmica: Sistema que recibe calor y desarrolla trabajo mientras realiza un ciclo termodinmico.Ejemplo: Planta de generacin de vapor.Estrictamente hablando el motor de combustin interna no es una mquina trmica pues no opera en un ciclo pero muchas veces se asume como tal para fines de ingeniera.

Mquina TrmicaCalderaTurbinaBombaCondensadorWsalidaWentradaQsalidaFuente de EnergaAtmsferaFrontera del Sistema...

Regin de Baja (Low)Temperatura, TH(Atmsfera, Ro, Lago, presa)Representacin de una mquina trmicaRegin de Alta (High)Temperatura, TH(Quemador, Horno)QentradaQsalida...Mquina Trmica(Deseada)(Requerida)

Wsalida = Potencia desarrollada por la turbina por la expansin del vapor Definicin Mquina Trmica

Qentrada = calor/tiempo suministrado a la caldera (bolier) desde una regin de alta temperatura (quemador)..Qsalida = calor/tiempo cedido por el condensador a una regin de baja temperatura (atmsfera, ro, lagoetc.)Wentrada = Potencia requerida por la bomba para comprimir el agua hasta la presin en que opera la caldera

Wneta =Wsalida- Wentrada

.....

Definicin Mquina Trmica, cont.Recordando para un sistema cerrado:

Trabajo neto Calor neto desarrollado suministrado

Wneto= Qentrada- Qsalida

=...

Eficiencia Trmica La eficiencia trmica del ciclo esta dada por la relacin entre el trabajo neto desarrollado entre el calor suministrado

Ejemplo 4.1: Mquina TrmicaUna central elctrica de vapor que produce 800MW de potencia neta y es enfriada por un ro cercano tiene una eficiencia trmica de 40%. Determine la transferencia de calor al agua del ro en MW.Wneta= 800 MWCalderaTurbinaBombaCondensadorWEntradaQsalida < 0Qentrada > 0.....

Solucin Ejemplo 4.1

Ejemplo 4.2: Planta de generacin de vaporCalderaTurbinaBombaCondensadorWsalidaWentradaQsalida...Qsalida.P2=3 MPaT2=400Ch2=3231 kJ/kg

P3=7.5 kPaT3=40.29Ch3=2165.77 kJ/kg

P4=7.5 kPaV4=1.008x10 m /kgh4=168.74 kJ/kg

-33P1=3 kPa

Solucin ejemplo 4.2Turbina

Condensador

Solucin ejemplo 4.2, cont.Por otro lado

Solucin ejemplo 4.2, cont.

Solucin ejemplo 4.2, cont.

Si utilizamos diesel como combustible

Poder Calorfico

Solucin ejemplo 4.2, cont.

Solucin ejemplo 4.2, cont.

De enfriamiento condensador Solucin ejemplo 4.2, cont.

Ejemplo 4.3: Mquina trmicaUna mquina trmica tiene una eficiencia del 15%. Los estados termodinmicos del ciclo estn determinados por las propiedades que se muestran en la tabla:

Estado1234P (kPa)15001500250250X 0.810.9T (C)H (kJ/kg)

Ejemplo 4.3: Mquina trmica, cont.Llene los datos faltantes de la tabla y calcule:

El calor/masa suministrado por la caldera, en kJ/kg,El trabajo/masa neto desarrollado por la mquina, en kJ/kgEl calor/masa cedido por el condensador, en kJ/kg,El ttulo del vapor en el estado 4. Haga el diagrama P v del ciclo termodinmico

Solucin ejemplo 4.3Caldera

Estados1234P(kPa)150015000.250250X0.810.90.7482T(C)198.29198.29127.41127.41h (kJ/kg) 2401.627912498.432167.42

Turbina

Solucin ejemplo 4.3, cont.

Condensador

Sabemos que

Solucin ejemplo 4.3, cont.

Tambin sabemos queSolucin ejemplo 4.3, cont.

Bomba

Solucin ejemplo 4.3, cont.

Pv198.29 C 127.41 C Solucin ejemplo 4.3, cont.

Definicin de RefrigeradorUn refrigerador es un sistema que toma calor de una regin de baja temperatura y cede a otra de mayor temperatura mientras se le suministra trabajo en un ciclo termodinmico.

Refrigerador CondensadorCompresorVlvula deExpansinQ = 0W = 0EvaporadorQentradaQsalidaFrontera del SistemaWneto.....

Regin de BajaTemperatura, TL(Espacio refrigerado)Representacin de un refrigeradorRegin de AltaTemperatura, TH (Atmsfera)QsalidaQentrada...Refrigerador(Requerida)(Deseado)

Coeficiente de funcionamiento de un refrigeradorEl coeficiente de funcionamiento de un refrigerador COPR ( t), Coefficient of Performance, est dado por:

Ejemplo 4.4: Refrigerador Refrig.134-ACondensadorComp.Vlvula de expansinEvaporadorQentradaQsalidaWnetoP1=1130 kPaT1=50Ch1=298 kJ/kg

Compresor:

.

.

Condensador:

Vlvula de Expansin:

Solucin ejemplo 4.4

Solucin ejemplo 4.4, cont.Evaporador:

Coeficiente de funcionamiento:

Definicin Bomba de CalorUna bomba de calor es un refrigerador que opera reversiblemente en el invierno, tomando calor de una regin de baja temperatura (aire atmosfrico) y cediendo a otra regin de mayor temperatura (aire en una habitacin).

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