Termodinámica II Unidad 2 Actividad 1. ¿Cómo elegir un sistema?

2. Unidad 2: Primera Ley de la
Termodinámica
CIENCIAS DE LA SALUD,
BIOLÓGICAS Y
AMBIENTALES
Termodinámica II
Unidad 2 Ciclo de Carnot
Es un ciclo que está compuesto por procesos
reversibles, dos procesos que conservan la
temperatura constante (Isotérmicos) y dos
procesos sin que haya intercambio de calor
con otros sistemas (adiabáticos).
El ciclo se compone de cuatro pasos:
C→D Absorción de calor Qc en un proceso
isotermo a temperatura Tc, que corresponde
a un segmento horizontal hacia la derecha.
D→A Enfriamiento adiabático hasta la
temperatura del foco frío, Tf, representable
por un segmento vertical hacia abajo.
A→B Cesión de calor | Qf | al foco frío a
temperatura Tf, que corresponde a un
segmento horizontal hacia la izquierda.
B→C Calentamiento adiabático desde la
temperatura del foco frío, Tf a la temperatura
del foco caliente, Tc. De nuevo obtenemos un
segmento vertical, ahora hacia arriba.
Imagen tomada de:
http://laplace.us.es/wiki/index.php/Diagrama_T-S

3. Unidad 2: Primera Ley de la
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Ciclo de Otto
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Está constituido por 4
transformaciones o
procesos, 2 adiabáticas
y 2 isocóricas. Puede
lograrse con motores de
4 tiempos o de dos
tiempos, es decir que
necesitan 4 o 2
movimientos del pistón
para completar el ciclo.
Aunque la mayoría de
los motores es de 4
tiempos, los motores de
2 tiempos son motores
de potencia reducida
que se utilizan
normalmente en motos,
cortadoras de césped,
motosierras y motores
náuticos pequeños.

4. Unidad 2: Primera Ley de la
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Ciclo de Diesel
Un ciclo Diesel ideal se compone también de
cuatro procesos:
B→C Absorción de calor Qc en un proceso a
presión constante, que se representa mediante
una exponencial recorrida hacia la derecha. Éste
es el único paso en que se diferencia del ciclo
Otto. Puesto que en ambos casos tenemos
exponenciales, es difícil distinguir ambos ciclos en
un diagrama TS (mientras que en uno PV es
evidente la diferencia) 2-3.
C→D Enfriamiento adiabático, al que
corresponde un segmento vertical hacia abajo 3-
4.
D→A Cesión de calor | Qf | al foco frío a volumen
constante, al que le corresponde otra
exponencial, ésta recorrida hacia la izquierda 4-1.
A→B Calentamiento adiabático desde el volumen
máximo al mínimo. De nuevo obtenemos un
segmento vertical, ahora hacia arriba 1-2.
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5. Unidad 2: Primera Ley de la
Termodinámica
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Ciclo de Brayton
Este ciclo esta
representado por la
turbinas de gas, las cuales
pueden ser de dos tipos, de
régimen abierto y de
régimen cerrado. Los de
régimen abierto son los
mayormente utilizados. El
ciclo cosnta de los
siguientes pasos:
1. Compresión adiabática
(o isentrópica), A→B
2. Suministro de calor a
presión constante (proceso
isobárico), B→C
3. Expansión adiabática (o
isentrópica), C→D
4. Liberación de calor a
presión constante (proceso
isobárico), D→A
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6. Unidad 2: Primera Ley de la
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Ciclo de Rankine
Corresponde a la descripción
de una planta de potencia de
vapor, que se resume en la
siguiente descripción del ciclo:
1. Compresión adiabática (y,
por lo tanto, isentrópica) del
líquido (agua), 1-2
2. Suministro isobárico de
calor para transformar el
líquido en vapor, 2-3
3. Expansión adiabática (e
isentrópica) del vapor a baja
presión, 3-4
4. Liberación isobárica de calor
para condensar el vapor, 4-1
También existen otras
variantes de este ciclo, como:
Ciclo de Rankine con
recalentamiento y Ciclo
regenerativo de Rankine.
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7. Unidad 2: Primera Ley de la
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Ciclo combinado de gas-vapor
Este ciclo utiliza dos fluidos
como sustancias de trabajo que
operan a distintos rangos de
temperatura y puede idealizarse
por medio del ciclo de Rankine
para ambas sustancias. La
ventaja de este ciclo combinado
es que los sistemas generadores
pueden mejorar su desempeño
que al trabajar por separado.
En este caso se acoplan dos
turbinas, una trabajando a gas,
cuya temperatura de escape
esta entre los 375oC y los
555oC y la otra trabajando a
vapor, cuya temperatura de
admisión está en el rango de los
400oC y los 585oC, Como se
observa el acoplamiento de
ambos sistemas resulta natural.
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8. Unidad 2: Primera Ley de la
Termodinámica
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¿Cuál es el mejor ciclo?
Creo que es una respuesta muy complicada de contestar, pues primero deberíamos de preguntarnos para que
necesitamos un sistema productor de potencia.
Si es para generar trabajo motriz, creo que el ciclo Diesel, al darnos más potencia sería el mejor. Si lo que
buscamos es una máquina para generar electricidad, las turbinas Brayton, son para mi la mejor opción.
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9. Unidad 2: Primera Ley de la
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¿Qué es un ciclo de
refrigeración?
Son ciclos que pueden ser analizados desde la misma perspectiva que las plantas de potencia. También utilizan
una sustancia de trabajo, cuyo propósito es remover calor continuamente desde un cuerpo a baja temperatura
con respecto a su entorno, con la finalidad de mantenerlo en ese estado “mantiene un cuerpo frio”.
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10. Unidad 2: Primera Ley de la
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¿Qué propiedades debe
tener un refrigerante?
Los principales criterios que deben tomarse en cuenta parten de hecho de se desea eliminar presiones
excesivamente bajas cuando se evapora, y presiones excesivamente altas cuando se condensa. Además, se
deben considerar los siguientes criterios para elegir el refrigerante:
1. La economía.
2. Efectos nocivos mínimos al medio ambiente.
3. Inflamabilidad.
4. Calor latente de condensación (hfg) a la temperatura de refrigeración (es deseable que sea alto).
5. Presión de saturación baja a la temperatura de operación (deseable que sea baja).
Termodinámicamente hablando, el criterio 4 es el más importante para elegir un refrigerante, porque un calor
latente de condensación es indicativo de una gran cantidad de calor necesaria para condensar una unidad de
masa del refrigerante. Esto implica que, al condensarse, absorba mucho calor del espacio que se desea
mantener frio.
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11. Unidad 2: Primera Ley de la
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Explica el ciclo de Carnot
inverso.
El ciclo de Carnot inverso es un sistema de refrigeración que consisten cuatro procesos:
1. Con la utilización de un compresor cuya tubería se encuentra aislada para evitar perdidas de calor, se hace pasar el
refrigerante en estado vapor – liquido, el compresor eleva la presión y la temperatura del refrigerante al efectuar una
compresión rápida, llevando al refrigerante a un estado de vapor saturado. Esto permite asumir que se trata de un proceso
adiabático.
2. El refrigerante comprimido se hace pasar por una fuente externa de calor a temperatura alta, liberando calor hacia la
fuente, ya que su temperatura es un poco menor. El refrigerante cambia su estado de vapor saturado a liquido saturado,
pues el proceso se lleva a temperatura constante.
3. Posteriormente, al refrigerante se le somete a una expansión súbita de forma regulada, provocando una disminución de la
temperatura y presión del refrigerante, quedando a una temperatura ligeramente mayor que la temperatura del espacio que
se quiere mantener frio, pasando de un liquido saturado a otro líquido – vapor.
4. Se hace pasar el refrigerante por un evaporador, recibiendo un suministro de calor desde una fuente fría provocando
provocado por una transición de fase, esta etapa se lleva a cabo a presión y temperatura constantes, por ser un cambio de
fase.
En esta descripción encontramos dos procesos isotérmicos y dos adiabáticos que nos remiten inmediatamente al ciclo de
Carnot.
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12. Unidad 2: Primera Ley de la
Termodinámica
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Explica el ciclo de Carnot
inverso.
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Imagen tomada de: http://termo2-1mi131.blogspot.com/2013/11/ciclo-de-
refrigeracion-de-ciclo-de.html

13. Unidad 2: Primera Ley de la
Termodinámica
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Explica el ciclo de
refrigeración de Brayton.
Se considera como un ciclo de
refrigeración de gas. Los alrededores
del espacio refrigerado 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.
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14. Unidad 2: Primera Ley de la
Termodinámica
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¿Qué es una bomba de
calor?.
Es un sistema con el cual se inyecta
calor desde los alrededores hacia un
cuerpo o sistema a temperatura
mayor o proveer un flujo de calor a
ciertos procesos industriales que
tienen lugar a temperaturas
elevadas, como la fundición. Las
bombas de calor de compresión de
vapor son ampliamente utilizadas en
el calentamiento de espacios
habitacionales o laborales, mientras
que las bombas de calor por
absorción son mayormente utilizadas
en aplicaciones industriales.
Estas bombas de calor funcionan de
la misma forma en que lo hacen los
sistemas refrigerantes, y solo varían
las temperaturas a las que se realiza
el proceso.
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15. Unidad 2: Primera Ley de la
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BIOLÓGICAS Y
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Referencias
Referencias
Revista Ingeniería Mecánica. (9 de 2017). Obtenido de Sociedad Mexicana de Ingeniería Mecánica:
http://revistasomim.net/congreso2017/articulos/A4_41.pdf
UNADM División de Ciencias de la Salud, B. y. (s.f.). UNADM. Recuperado el 16 de 1 de 2019, de
https://unadmexico.blackboard.com/bbcswebdav/institution/DCSBA/Bloque%201/ER/03/ETER2_300518/U2/U2C
iclostermodinamicos.pdf
Ciclo Brayton. (s. f.). Recuperado 6 de febrero de 2019, de http://eribera_bo.tripod.com/ciclo_brayton.html
Diagrama T-S. (s. f.). Recuperado 6 de febrero de 2019, de http://laplace.us.es/wiki/index.php/Diagrama_T-S
GRUPO 1MI131 TERMODINÁMICA II: CICLO BRAYTON INVERTIDO. (s. f.). Recuperado 7 de febrero de 2019, de
http://termo2-1mi131.blogspot.com/2013/11/ciclo-brayton-invertido.html
Termodinámica II
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