TERMODINÁMICA TÉCNICA

1. UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA INGENIERIA MECÁNICA Y ELECTROMCÁNICA TERMODINÁMICA TÉCNICA Ing. Carlos F. Cruz Mamani ORURO – BOLIVIA Abril, 2009 Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

2. C A P Í T U L O - 6PROCESOS CON GASES IDEALES 6.1 INTRODUCCIÓN Un ciclo termodinámico es un conjunto de procesos y por lo tanto es necesario conocer estos procesos termodinámicos o cambios de estado que se efectúa en diferentes condiciones. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

3. Ciclo termodinámico de producción de vapor Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

4. Ciclo Termodinámico de un sistema de Refrigeración Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

5. Ciclo termodinámico de un motor térmico Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

6. 6.2 Proceso a volumen constante • Es un cambio de estado a volumen constante, internamente reversible. Se llama también proceso isométrico o isocórico Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

7. 6.3 Proceso a presión constante • En la figura -2, aparece su representación en el diagrama p-v y t-s. En este caso el sistema intercambia trabajo con el medio. Llamado también proceso isobárico. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

8. 6.4 Proceso isotérmico • Consideremos ahora una transformación en la que la temperatura del gas permanezca constante: T=cte. • Se denomina proceso isotérmico. En este caso se cumplirá la Ley de Boyle – Mariotte es decir: P V = cte. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

9. 6.4 Proceso isotérmico • En el plano presión – volumen se representa mediante una curva correspondiente a una hipérbola equilátera. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

10. 6.4 Proceso isotérmico • El trabajo en un proceso isotérmico sin flujo será: • El calor en un proceso isotérmico sin flujo será Q = W • El trabajo en un proceso isotérmico con flujo será: Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

11. 6.5 Proceso isentrópico Un proceso isentrópico es una transformación adiabática internamente reversible. El sistema no intercambia calor con el medio en ningún momento de la misma. En consecuencia, para que una transformación sea adiabática, deberá cumplirse. Q = 0 ds = 0 Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

12. 6.5 Proceso isentrópico Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

13. Las relaciones entre presión, volumen y temperatura para una adiabática son: Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

14. El TRABAJO para un sistema sin flujo es: Trabajo para un proceso isentrópica con flujo es: Para una transformación adiabática deberá cumplirse que : Q= 0 En cuanto al calor específico de la adiabática, dado que la misma se produce variación de temperatura sin intercambio de calor, será nulo. C adiab= 0 Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

15. 6.6 Proceso Isoentálpico • En dispositivos de estrangulación puede conseguirse una reducción significativa de la presión de manera simple: introduciendo una resistencia en el conducto por el que fluye un gas o un líquido. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

16. 6.6 Proceso Isoentálpico Aunque las velocidades son relativamente altas en las proximidades de la restricción, las mediciones realizadas corrientes arriba y corrientes debajo de la sección del área reducida mostraran que la variación de la energía cinética específica del gas es despreciable. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

17. 6.6.1 Experimento de Joule-Thompson El gas cambió de estado, en 1 tenía una cierta presión p1 y en 2 tiene otra presión p2 diferente, pero no se modificó ni la temperatura ni la entalpía, por tanto se puede afirmar que para los gases perfectos la entalpía es función únicamente de la temperatura. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

18. 6.7 Proceso Politrópico • Una transformación politrópica es un cambio de estado en el que varía todas las propiedades (presión, volumen, temperatura, entropía, entalpía, etc). También en este proceso existe transmisión o transferencia de calor y para su análisis se lo considera a este proceso como internamente reversible. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

19. En las figuras siguientes mostramos los diagramas p-V y T-S, para un proceso politrópico. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

20. Las ecuaciones que rigen este proceso tienen un parecido con las ecuaciones isentrópicas donde el exponente “k” se reemplaza por el exponente “n” que se denomina exponente politrópico El trabajo para un proceso politrópico sin flujo será: Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

21. El trabajo para un proceso politrópico con flujo estacionario es: • El calor para un proceso politrópico con flujo es: Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

22. 6.8 PROBLEMAS Ejemplo 1.- Un ciclo de aire estándar trabaja con 0,9 kg de aire, que comienza a una presión de 2,75 kg/cm2abs. a una temperatura de 127 ºC y v1=0,42 m3/kg. El proceso inicia con una transformación isobárica de calentamiento, hasta una temperatura de 927 ºC, luego realiza un proceso de enfriamiento a volumen constante hasta la presión de 1 kg/cm2abs. v3= 1,25 m3/kg, continúa con un proceso de enfriamiento isobárico hasta la temperatura de 27 ºC. Finalmente el ciclo se cierra con un proceso de compresión isentrópica hasta el estado inicial. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

23. a) Dibuje los diagramas p-v y T- s del ciclo b) Determine la cantidad de calor suministrado y calor rechazado. c) Determine la producción de trabajo neto. d) Calcule el rendimiento térmico e) Calcule la variación de entropía en el proceso isométrico. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

24. SOLUCIÓN • Qsum= 723,6 [kJ] • Qced=616,8 [kJ] • Wneto= 106.8 [kJ] • = 14,7 • ΔS=-0,653 [kJ/ºK] Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

25. G R A C I A S Un hábito es como un cable, tejemos un hilo de él todos los días y al final no podemos romperlo. Horace Mann E N D Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani