Actividad 1 ¿como elegir un sistema?

1. Lic. En Energías Renovables
Asignatura: Termodinámica II
Título del Trabajo: Actividad 1. ¿Cómo elegir un sistema?
Docente: Javier Hernández Pérez
Grupo: (ER-ETER2-1901-B1-001)
Estudiante: José Juan Correa Correa
Matricula: ES172004071
Semestre: 2019-1 Bloque 1
Fecha: 08 Febrero 2019

2. CICLO DE CARNOT
SE DEFINE CICLO DE CARNOT COMO UN PROCESO CÍCLICO REVERSIBLE QUE
UTILIZA UN GAS PERFECTO, Y QUE CONSTA DE DOS TRANSFORMACIONES
ISOTÉRMICAS Y DOS ADIABÁTICAS, TAL COMO SE MUESTRA EN LA FIGURA
EN CUALQUIER CICLO, TENEMOS QUE OBTENER A PARTIR DE LOS DATOS
INICIALES:
LA PRESIÓN, VOLUMEN DE CADA UNO DE LOS VÉRTICES.
EL TRABAJO, EL CALOR Y LA VARIACIÓN DE ENERGÍA INTERNA EN CADA UNO DE
LOS PROCESOS.
EL TRABAJO TOTAL, EL CALOR ABSORBIDO, EL CALOR CEDIDO, Y EL RENDIMIENTO
DEL CICLO.
LAS ETAPAS DEL CICLO
TRANSFORMACIÓN A->B (ISOTERMA)
TRANSFORMACIÓN B->C (ADIABÁTICA
TRANSFORMACIÓN C->D (ISOTERMA)
TRANSFORMACIÓN D-> A (ADIABÁTICA)

3. CICLO DE OTTO
EN UN CICLO OTTO, SE TOMA CALOR DEL PROCESO
DE COMBUSTIÓN (A VOLUMEN CONSTANTE) Y SE
CEDE CALOR A LA ATMÓSFERA. LAS
TRANSFORMACIONES DEL CICLO SON:
1-2 EXPANSIÓN ADIABÁTICA: SE REALIZA TRABAJO
SIN INTERCAMBIO DE CALOR, DISMINUYENDO SU
ENERGÍA INTERNA
2-3 EXPANSIÓN ISÓCORA: SE CEDE CALOR AL FOCO
FRÍO (Q2). NO SE REALIZA TRABAJO. LA ENTROPÍA
DISMINUYE
3-4 COMPRESIÓN ADIABÁTICA: SE CONSUME
TRABAJO SIN INTERCAMBIO DE CALOR Y AUMENTA
SU ENERGÍA INTERNA
4-1 COMPRESIÓN ISÓCORA: SE TOMA CALOR Q1. NO
SE REALIZA TRABAJO Y AUMENTA LA ENERGÍA
INTERNA

4. CICLO DE DIESEL
EN EL CICLO DIESEL LA COMBUSTIÓN SE
REALIZA TEÓRICAMENTE A PRESIÓN CONSTANTE
Y POR SUPERACIÓN DEL GRADO DE
AUTOINFLAMACIÓN DEL COMBUSTIBLE. LAS
TRANSFORMACIONES DEL CICLO SON:
1-2 EXPANSIÓN ADIABÁTICA: SE REALIZA
TRABAJO SIN INTERCAMBIO DE CALOR
2-3 EXPANSIÓN ISÓCORA: SE CEDE CALOR AL
FOCO FRÍO (Q2). NO SE REALIZA TRABAJO
3-4 COMPRESIÓN ADIABÁTICA: SE NECESITA
ABSORBER TRABAJO PARA LLEGAR A LA T DE
AUTOINFLAMACIÓN
4-1 EXPANSIÓN ISÓBARA: SE ABSORBE CALOR
Q1 Y SE REALIZA TRABAJO

5. CICLO DE BRAYTON
EL CICLO BRAYTON ES UN PROCESO CÍCLICO
ASOCIADO GENERALMENTE A UNA TURBINA A GAS.
AL IGUAL QUE OTROS CICLOS DE POTENCIA DE
COMBUSTIÓN INTERNA, EL CICLO BRAYTON ES UN
SISTEMA ABIERTO, AUNQUE PARA UN ANÁLISIS
TERMODINÁMICO ES CONVENIENTE ASUMIR QUE LOS
GASES DE ESCAPE SON REUTILIZADOS EN EL
INGRESO, PERMITIENDO EL ANÁLISIS COMO SISTEMA
CERRADO
UN MOTOR BRAYTON ESTA COMPUESTO POR TRES
COMPONENTES:
· UN COMPRESOR
· UN QUEMADOR (O CÁMARA DE COMBUSTIÓN)
· UNA TURBINA
1-2 COMPRESIÓN ISENTRÓPICA: DEL AIRE QUE SE
INTRODUCE A LA CÁMARA DE COMBUSTIÓN DEL
MOTOR
2-3 COMBUSTIÓN A PRESIÓN CONSTANTE: DEL
COMBUSTIBLE INYECTADO EN LA CÁMARA DE
COMBUSTIÓN
3-4 EXPANSIÓN ISENTRÓPICA: EN LA SECCIÓN DE LA
TURBINA ESTÁ EN LA PARED DEL CICLO QUE HACE
UN TRABAJO PASIVO
4-1 CALOR A PRESIÓN CONSTANTE ES EVACUADO EN
EL AIRE

6. CICLO DE RANKINE
EL CICLO RANKINE ES UN CICLO QUE OPERA CON
VAPOR, Y ES EL QUE SE UTILIZA EN LAS CENTRALES
TERMOELÉCTRICAS. CONSISTE EN CALENTAR AGUA
EN UNA CALDERA HASTA EVAPORARLA Y ELEVAR LA
PRESIÓN DEL VAPOR. ÉSTE SERÁ LLEVADO A UNA
TURBINA DONDE PRODUCE ENERGÍA CINÉTICA A
COSTA DE PERDER PRESIÓN. SU CAMINO CONTINÚA
AL SEGUIR HACIA UN CONDENSADOR DONDE LO QUE
QUEDA DE VAPOR PASA A ESTADO LÍQUIDO PARA
PODER ENTRAR A UNA BOMBA QUE LE SUBIRÁ LA
PRESIÓN PARA NUEVAMENTE PODER INTRODUCIRLO
A LA CALDERA.
- EN EL PROCESO 1-2 SE AUMENTA LA PRESIÓN DEL
LÍQUIDO SIN PÉRDIDAS DE CALOR MEDIANTE UN
COMPRESOR O BOMBA, AL QUE SE APORTA UN
PEQUEÑO TRABAJO.
- EL PROCESO 2-3 ES UNA TRANSMISIÓN DE CALOR
HACIA EL FLUIDO DE TRABAJO A PRESIÓN
CONSTANTE EN LA CALDERA. CON ESTE CALOR SE
EVAPORA TODO EL LÍQUIDO Y SE CALIENTA EL
VAPOR HASTA LA TEMPERATURA MÁXIMA.
- LA EXPANSIÓN DEL PROCESO 3-4 SE REALIZA DE
FORMA ADIABÁTICA. EL VAPOR REALIZA UN
TRABAJO EN LA TURBINA DESDE LA PRESIÓN DE LA
CALDERA HASTA UN VALOR BAJO DE PRESIÓN AL
CUAL SE TRANSFIERE EL VAPOR AL CONDENSADOR.
- EL PROCESO 4-1 CONSISTE EN REFRIGERAR EL
VAPOR DE TRABAJO A PRESIÓN CONSTANTE EN EL
CONDENSADOR HASTA EL ESTADO DE LÍQUIDO,
PARA INICIAR DE NUEVO EL CICLO

7. Ciclo combinado de gas-vapor
Termodinámicamente, esto implica la unión de un ciclo Brayton de gas a alta temperatura con un ciclo Rankine de moderada
temperatura; el calor residual del escape del ciclo Brayton sirve como calor de aporte al ciclo Rankine. La unión termodinámica de
estos ciclos conduce generalmente a la obtención de un rendimiento global superior al rendimiento alcanzado por los ciclos
termodinámicos individuales que lo componen
Los ciclos termodinámicos operan con un fluido de trabajo, en el caso del ciclo Brayton este corresponde a aire-gas.
Compresión (1) – (2): Evolución isentrópica del fluido en el compresor etapa requiere de potencia.
Aporte de Calor (2) – (3): Evolución a presión constante del fluido en caldera elevación de temperatura del fluido.
Expansión (3) – (4): Evolución isentrópica del fluido en turbina a gas etapa entrega de potencia.
Cesión de calor (4) – (1): Etapa a presión constante disminución de temperatura hasta temperatura ambiente.
Por otro lado, el fluido de trabajo del ciclo Rankine corresponde a agua-vapor.
Elevación de presión (1) – (2): Agua en estado líquido eleva presión mediante bombas etapa requiere de potencia.
Aporte de Calor (2) – (3): Se realiza en sucesivas etapas en la caldera elevación de temperatura del fluido en tres etapas
(2) – (3.1) A presión constante agua en estado líquido recibe calor del economizador.
(3.1) – (3.2) A temperatura de cambio de fase Fluido recibe calor del evaporador.
(3.2) – (3) Vapor sobrecalentado recibe calor del recalentador.
Expansión (3) – (4): Evolución isentrópica del fluido en turbina a vapor etapa entrega de potencia.
Cesión de calor (4) – (1): Etapa a presión constante en el condensador vapor vuelve a estado líquido.

8. Ciclo combinado de gas-vapor

9. ¿QUÉ ES UN CICLO DE REFRIGERACIÓN?
LA REFRIGERACIÓN ES UN PROCESO QUE
CONSISTE EN BAJAR O MANTENER EL NIVEL DE
CALOR DE UN CUERPO O UN ESPACIO.
REFRIGERAR ES UN PROCESO TERMODINÁMICO
EN EL QUE SE EXTRAE CALOR DEL OBJETO
CONSIDERADO (REDUCIENDO SU NIVEL
TÉRMICO), Y SE LLEVA A OTRO LUGAR CAPAZ DE
ADMITIR ESA ENERGÍA TÉRMICA SIN PROBLEMAS
O CON MUY POCOS PROBLEMAS
CICLO IDEAL DE REFRIGERACIÓN POR
COMPRESIÓN
EN ESTE CICLO DE REFRIGERACIÓN EL
REFRIGERANTE SE EVAPORA Y SE CONDENSA,
COMPRIMIÉNDOLO, ALTERNATIVAMENTE PARA
LUEGO VOLVER A LA FASE DE VAPOR. ESTÁ
COMPUESTO POR 4 PROCESOS:
• COMPRESIÓN ISENTRÓPICA EN UN
COMPRESOR.
• DISIPACIÓN DE CALOR A PRESIÓN
CONSTANTE EN UN CONDENSADOR.
• ESTRANGULAMIENTO EN UN DISPOSITIVO
DE EXPANSIÓN Y CONSIGUIENTE EVAPORACIÓN.
• ABSORCIÓN DE CALOR A PRESIÓN
CONSTANTE EN UN EVAPORADOR.

10. ¿Qué propiedades debe tener un refrigerante?
• El punto de congelación debe de ser inferior a cualquier temperatura que existe en el sistema para evitar
congelaciones en el evaporado
• El calor latente de evaporación debe de ser lo mas alto posible para que una pequeña cantidad de liquido
adsorba una gran cantidad de calor
• El volumen especifico debe de ser lo mas bajo posible para evitar grandes tamaños en las líneas de
aspiración y compresión
• La densidad debe de ser elevada para usar líneas de líquidos pequeñas
• Las presiones de condensación deben elevarse, para evitar fugas y reducir la temperatura de
condensación
• No son líquidos inflamables, corrosivos, ni tóxicos, además deben de tener una baja conductividad
eléctrica

11. Explica el ciclo de Carnot inverso.
El ciclo reversible más eficiente es el ciclo de Carnot y puesto que es un ciclo reversible, los cuatro procesos
que comprende el ciclo de Carnot pueden invertirse. Por lo que se invertirán las direcciones de los procesos
de transferencia de calor y trabajo. Dando como resultado el ciclo invertido de Carnot.
Procesos que comprende el ciclo invertido de Carnot:
Proceso 1-2: El refrigerante absorbe calor isotérmicamente de una fuente a baja temperatura a TL en la
cantidad QL.
Proceso 2-3: Se comprime isoentrópicamente hasta el estado 3 (la temperatura se eleva hasta TH).
Proceso 3-4: Rechazo de calor isotérmicamente en un sumidero de alta temperatura a TH en la cantidad QH.
Proceso 4-1: Se expande isoentrópicamente hasta el estado 1 (la temperatura desciende hasta TL)

12. Explica el ciclo de refrigeración de Brayton.
Si se considera el ciclo de refrigeración de gas que se muestra en la siguiente figura. Los alrededores están a
una temperatura T0 y el espacio refrigerado se va a mantener a una temperatura TL.
• El gas es comprimido durante el proceso efectuado de 1-2.
• El gas a presión y temperatura altas en el estado 2 se enfría después a presión constante hasta T0 al
rechazar calor hacia los alrededores.
• luego se efectúa una expansión en una turbina, durante el cual la temperatura del gas disminuye hasta
T4.
• Por último, el gas frío absorbe calor del espacio refrigerado hasta que su temperatura se eleva hasta T1

13. ¿QUÉ ES UNA BOMBA DE CALOR?
LA BOMBA DE CALOR ES UNA
MÁQUINA TÉRMICA QUE, UTILIZANDO
UN GAS REFRIGERANTE EN UN CICLO
TERMODINÁMICO CERRADO,
TRANSFIERE CALOR DEL ENTORNO
NATURAL, AIRE, AGUA O TIERRA, A UN
EDIFICIO O A APLICACIONES
INDUSTRIALES INVIRTIENDO EL FLUJO
NATURAL DEL CALOR, DE MODO QUE
FLUYA DE UNA TEMPERATURA MÁS
BAJA A UNA MÁS ALTA

14. Referencias
A, Ç., Yunus, & A, B., Michael. (2015). Termodinámica (8a. ed.). McGraw Hill Mexico.
Bomba de calor : principios termodinámicos y modos de funcionamiento | AFEC. (s. f.). Recuperado 8 de febrero de
2019, de http://www.bombadecalor.org/noticias/principios-termodinamicos
Lardizábal, P. de M., Tel, D.-S. S., & Gómez-Acebo, T. (s. f.). CAMPUS TECNOLÓGICO DE LA UNIVERSIDAD DE
NAVARRA. NAFARROAKO UNIBERTSITATEKO CAMPUS TEKNOLOGIKOA, 26.
Los Refrigerantes y sus Propiedades -. (2007, febrero 15). Recuperado 8 de febrero de 2019, de
https://www.mundohvacr.com.mx/2007/02/los-refrigerantes-y-sus-propiedades/
Repuestos, B. (s. f.). Fundamentos de Termodinamica Tecnica (Shapiro Moran) 2° Edición (2). Recuperado de
http://www.academia.edu/28426234/Fundamentos_de_Termodinamica_Tecnica_Shapiro_Moran_2_Edici%C3%B3n_2_
(UnADM 2019) U2Ciclostermodinamicos.pdf. (s. f.). Recuperado de
https://unadmexico.blackboard.com/bbcswebdav/institution/DCSBA/Bloque%201/ER/03/ETER2_300518/U2/U2Ciclost
ermodinamicos.pdf