Presentación que expone los diversos ciclos termodinámicos tanto de potencia como de refrigeración.

1. 1
UNIVERSIDAD ABIERTA Y A DISTANCIA DE
MÉXICO.
LICENCIATURA: ENERGÍAS RENOVABLES.
ESTUDIANTE: NURIA MARIA BANDA HERNÁNDEZ.
DOCENTE: JAVIER HERNÁNDEZ PÉREZ. .
GRUPO: ER-ETER2-1901-B1-001:
TERMODINÁMICA II
FEBRERO 11, 2019.

2. U2
CICLOS TERMODINÁMICOS
ACTIVIDAD 1. ¿CÓMO ELEGIR UN SISTEMA?
2

3. CICLO DE CARNOT
• Es un ciclo termodinámico ideal
para una sustancia ideal. Establece
las características de una máquina
térmica para que su rendimiento
sea máximo.
• Consta de cuatro etapas, todas
reversibles.
3

4. DESCRIPCIÓN DEL CICLO DE CARNOT
4
Proces
o
Descripción
a→b El gas se expande
isotérmicamente a temperatura
TH absorbiendo calor QH.
b → c El gas se expande
adiabáticamente hasta que la
temperatura baja a TC.
c → d El gas se comprima
isotérmicamente a la
temperatura TC rechazando el
calor QC.
d → a El gas se comprime
adiabáticamente hasta que la
temperatura aumenta a TH.

5. • Tiene por eje de abscisas la entropía del
sistema y por eje de ordenadas la
temperatura de éste.
• En este diagrama el calor absorbido Qc es el
área del rectángulo delimitado por el lado
superior del ciclo y el eje de abscisas,
mientras que el calor cedido |Qf| es el área
del rectángulo definido por el lado inferior
del ciclo y el eje de abscisas. El calor
neto, |Qc| − |Qf| , que entra en el sistema es
el área del rectángulo delimitado por el ciclo.
Por el Primer Principio, este área equivale al
trabajo neto efectuado por el sistema, |W|. 5
Representación en un
diagrama T-S
REPRESENTACIÓN EN UN DIAGRAMA T-S

6. CICLO DE OTTO
6
El ciclo de Otto es un conjunto de procesos usado por los
motores de combustión interna. Estos motores admiten una
mezcla de combustible y aire, que es comprimida para que esta
pueda reaccionar con eficacia a la adición de calor, así que la
energía química de la mezcla se pueda transformar en energía
térmica, y mediante la expansión de los productos de la
combustión se produzca movimiento, y posteriormente los
gases exhaustos de la combustión se expulsan y posteriormente
se substituyen por una nueva mezcla de combustible y aire.

7. DESCRIPCIÓN DEL CICLO DE OTTO
Los diversos procesos se demuestran en la figura:
1. Admisión de la mezcla vapor de la gasolina y aire
dentro del motor (5-1).
2. Compresión de la mezcla, P y T se incrementa (1-
2).
3. Combustión (chispa), tiempo muy corto,
esencialmente el volumen permanece constante
(2-3). Modelo: el calor absorbido de una serie de
reservorios a temperaturas T2 a T3.
4. Expansión (3-4).
5. Válvula de escape: la válvula se abre, los gases
escapan.
6. (4-1) Modelo: calor expelido como una serie de
reservorios a temperaturas T4 a T1.
7. Los gases exhaustos productos de la combustión
son expulsados (1-5) 7

8. 8
Diagrama T – S del ciclo Otto.

9. CICLO DE DIÉSEL
9
• El ciclo de diésel es un motor
de encendido por compresión
(en lugar de encendido por
chispa). El combustible
atomizado se inyecta en el
cilindro en p2(alta presión)
cuando la compresión se
completa, y hay encendido sin
una chispa.

10. DESCRIPCIÓN DEL CICLO DE DIÉSEL
10
• Primer tiempo (0→1): Por la válvula de
admisión entra una carga de aire.
• Segundo tiempo (1→2): Con las válvulas
cerradas el aire se comprime
adiabáticamente alcanzando unos 800°C.
• Tercer tiempo (2→4): Comienza la
inyección del combustible líquido
finamente pulverizado, produciéndose la
combustión (2→3) por efecto de la elevada
temperatura a que se encuentra el aire.

11. • Cuarto tiempo (4 → 0): Se abre la válvula de escape y se produce un
descenso de presión (4→1) con el consiguiente enfriamiento isocórico en el
cual se ceden Qs (calor que sale), kiloJoules a la fuente fría. A continuación
el pistón avanza al PMS y expulsa los gases producto de la
combustión(escape). Ya en el PMS se abre la válvula de admisión y se vuelve
a introducir una nueva mezcla de aire y combustible en repitiéndose el ciclo.
Diagrama T – S del ciclo Diesel. 11

12. CICLO DE
BRAYTON
• Este es un ciclo con aire, que es
ampliamente utilizado en los motores
de reacción de los aviones, y en todas
aquellas centrales termoeléctricas
que no operan con vapor de agua.
Consiste en dar presión al aire para
luego calentarlo a base de quemar
combustible. Posteriormente este gas
a alta temperatura se hace pasar por
una turbina donde se extrae su
energía; una parte de esa energía se
emplea para impulsar el compresor, y
la energía restante se utiliza para
girar un generador eléctrico.
12

13. DESCRIPCIÓN DEL CICLO DE BRAYTON
13
Proceso Descripción
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. Ésta es la parte del
ciclo que hace el trabajo positivo.
4-1 Calor a presión constante es evacuado en el aire.

14. CICLO DE RANKINE
• El ciclo Rankine opera con vapor, y
es el utilizado en las centrales
termoeléctricas. Consiste en
calentar agua en una caldera hasta
evaporarla y elevar la presión del
vapor, que se hace incidir sobre los
álabes de una turbina, donde pierde
presión produciendo energía
cinética. Prosigue el ciclo hacia un
condensador donde el fluido se
licúa, para posteriormente
introducirlo en una bomba que de
nuevo aumentará la presión, y ser
de nuevo introducido en la caldera.14

15. DESCRIPCIÓN DEL CICLO DE
RANKINE
• En la transformación 1-2 aumenta la presión del líquido sin pérdidas de calor, por
medio de un compresor, con aportación de un trabajo mecánico externo.
• En la transformación 2-3 se aporta calor al fluido a presión constante en una caldera,
con lo que se evapora todo el líquido elevándose la temperatura del vapor al máximo.
• La transformación 3-4 es una expansión adiabática, con lo que el vapor a alta presión
realiza un trabajo en la turbina.
• La transformación 4-1consiste en refrigerar el fluido vaporizado a presión constante
en el condensador hasta volver a convertirlo en líquido, y comenzar de nuevo el ciclo.
15

16. Para optimizar el aprovechamiento del combustible, se somete al fluido a
ciertos procesos, para tratar de incrementar el área encerrada en el diagrama
p-V.
• Precalentamiento del agua comprimida 4-5 aprovechando el calor de los
gases que salen por la chimenea de la caldera. Con esto no se aumenta el
área del diagrama, pero se reduce el calor que hay que introducir al ciclo.
• Recalentamiento del vapor que ha pasado por la turbina 5-6 haciéndolo
pasar por la caldera y después por otra turbina de baja presión.
16

17. CICLO COMBINADO DE GAS-VAPOR
El proceso de generación de energía mediante el ciclo combinado se basa en
la utilización de una turbina de gas, una turbina de vapor y una caldera de
recuperación.
El ciclo térmico del circuito agua-vapor comienza con la aspiración del aire
desde el exterior, el cual es conducido al compresor de la turbina de gas a
través de unos filtros.
Posteriormente el aire se comprime y se combina con el combustible en una
cámara donde se realiza la combustión, produciendo un flujo de gases
calientes que al expandirse hacen girar la turbina de gas. Mediante el
generador acoplado al eje común se convierte este trabajo en energía
eléctrica.
17

18. Los gases que salen de la turbina de gas pasan a la caldera de recuperación
de calor. En esta se extrae el calor de los gases produciendo vapor de agua a
presión para la turbina de vapor. Para finalmente devolver los gases a la
atmósfera.
El vapor que sale de la turbina de vapor, pasa por un condensador donde se
transforma en agua. Posteriormente el agua producida por el condensador es
bombeada a alta presión hasta la caldera de recuperación para iniciar
nuevamente el ciclo.
En la siguiente imagen se muestra el diagrama básico del ciclo combinado:
18

19. ¿CUÁL ES EL MEJOR CICLO?
• Considero que el mejor es el ciclo combinado de gas-vapor
porque es el que ofrece mayores rendimientos como tecnología
de generación y además ofrece las menores emisiones de
gases de efecto invernadero.
• Por otro lado, la combinación de su funcionamiento con dos
turbinas de vapor (gas y vapor) y el recuperador de calor ofrece
rendimientos de hasta un 60% permitiendo así un mejor
aprovechamiento de la energía del combustible.
19

20. ¿QUÉ ES UN CICLO DE REFRIGERACIÓN?
20
Ciclo de refrigeración: Utilizando un refrigerante,
busca transferir calor de una fuente de menor
temperatura a una de mayor temperatura. Consta de
4 pasos: evaporador, compresor, condensador,
válvula.
1. Evaporador: Provoca una absorción de calor por
parte del refrigerante, por lo que cambia de estado,
es decir, se evapora.
2. Compresor. Aumenta la presión del refrigerante a
través de la compresión, lo que provoca un aumento
en la temperatura.
3. Condensador: Provoca un rechazo de calor hacia
los alrededores por parte del refrigerante, por lo que
cambia de estado, es decir, se condensa.
4. Válvula: Estrangula al refrigerante, provocando
una disminución en la temperatura.

21. • ¿QUÉ PROPIEDADES DEBE TENER UN
REFRIGERANTE?
• Refrigerante es una sustancia que actúa como agente de
enfriamiento, con propiedades especiales de punto de evaporación y
condensación. Mediante cambios de presión y temperatura absorben
calor en un lugar y lo disipa en otro mediante un cambio de líquido a
gas y viceversa.
• Características de los refrigerantes:
• El punto de congelación debe ser inferior a cualquier temperatura que
existe en el sistema para evitar congelaciones en el evaporador.
• El calor latente de evaporación debe ser lo más alto posible para que una
pequeña cantidad de líquido absorba una gran cantidad de calor.
21

22. • El volumen específico deber ser lo más bajo posible para evitar grandes
tamaños en las líneas de aspiración y compresión.
• La densidad debe 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 tener una
baja conductividad eléctrica.
Nota: Un refrigerante ideal posee características físicas y térmicas que
permiten la máxima capacidad de refrigeración con la mínima demanda de
potencia. La temperatura de descarga deberá ser la más baja posible para
alargar la vida del compresor.
22

23. CICLO DE CARNOT INVERSO
• El ciclo de Carnot es totalmente reversible, permitiendo que los cuatro
procesos que comprenden el ciclo puedan invertirse. El resultado es un ciclo
que opera en dirección contraria a las manecillas del reloj, que se llama ciclo
invertido de Carnot. Un refrigerador o bomba de calor que opera en este
ciclo recibe el nombre de refrigerador o bomba de calor de Carnot.
• El ciclo es exactamente el mismo excepto que las direcciones de las
interacciones de calor y trabajo están invertidas: el calor en la cantidad QL se
absorbe de un depósito a baja temperatura, el calor en la cantidad QH se
rechaza hacia un depósito a alta temperatura, y se requiere una cantidad de
trabajo Wneto,entrada para completar todo esto.
23

24. • El diagrama P-V del ciclo de Carnot invertido es el mismo que corresponde
al ciclo de Carnot, excepto que se invierten las direcciones de los procesos,
como se muestra en la figura 6-39.
24

25. CICLO DE REFRIGERACIÓN DE BRAYTON
• El ciclo de refrigeración de gas, mejor conocido como ciclo
invertido brayton; es aquel en el cual, el refrigerante
permanece todo el tiempo en fase gaseosa.
25

26. Ciclo Invertido Brayton
• Si se considera el ciclo de refrigeración de gas que se muestra en la figura
anterior. 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.
26

27. • ¿QUÉ ES UNA BOMBA DE CALOR?
• La bomba de calor es una máquina térmica que consigue la temperatura perfecta en
cualquier tipo de local o recinto, tanto en invierno, como en verano y pudiendo
también producir agua caliente de una forma sencilla, económica y respetuosa con el
medio ambiente.
27
Aplicaciones de la bomba de
calor

28. • La bomba de calor toma la energía
del entorno natural (el aire, el agua
o la tierra) y la transporta al interior
de los recintos, calentándolos.
• También actúa a la inversa,
llevando el calor del interior de los
recintos hacia el exterior,
refrescándolos.
• Y todo ello de una forma
muy eficiente, ya que la bomba de
calor es capaz de transportar más
calorque la energía eléctrica que
consume. 28
• ¿CÓMO FUNCIONA LA BOMBA DE CALOR?

29. REFERENCIAS
• Asociación de Fabricantes de Equipos de Climatización. (s.f.). BOMBA DE CALOR. Obtenido de
http://www.bombadecalor.org/
• Boles, M. A., & Cengel, Y. A. (2011). Termodinámica. Delegación Álvaro Obregón, D.F., México: McGRAW-
HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V.
• Departamento de Física Aplicada III. (15 de mayo de 2009). Wiki Universidad de Sevilla. Obtenido de Entrar Discusión
Historial Go to the site toolbox: http://laplace.us.es/wiki/index.php/Categor%C3%ADa:Segundo_Principio
• educativa. (25 de octubre de 2016). DEMO E-DUCATIVA CATEDU. Obtenido de 6. Ciclos termodinámicos: http://e-
ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/4750/4931/html/6_ciclos_termodinmicos.html
• GRUPO EDITORIAL PUNTUAL MEDIA. (2018). MUNDO HVACR. Obtenido de Los refrigerantes y sus propiedades:
https://www.mundohvacr.com.mx/2007/02/los-refrigerantes-y-sus-propiedades/
• Inostroza, C. A. (Dirección). (2017). Ciclo de Refrigeracion || Grupo 03 || Termodinamica UC [Película]. Obtenido de
https://www.youtube.com/watch?v=DFt8ejyKHwE
• Jaramillo, O. (03 de mayo de 2007). NOTAS DEL CURSO TERMODINÁMICA. Obtenido de El motor de combustión
interna (ciclo de Otto): http://www.cie.unam.mx/~ojs/pub/Termodinamica/node45.html
• Rivera Chávez, E. (s.f.). Termodinámica Técnica. Obtenido de Departamento de Ingeniería Mecánica de la Facultad
Nacional de Ingeniería -Universidad Técnica de Oruro-: http://eribera_bo.tripod.com/index.html
• Universidad de Guanajuato. (s.f.). Física II: Termodinámica, ondas y fluidos. Obtenido de Departamento de
Astronomia: http://www.astro.ugto.mx/cursos/FisII/FisicaII_cap4.pdf
29