Como elegir un sistema termodinamico

1. 1
Carrera:
Ing. En Energías Renovables
Asignatura:
Termodinámica II
Título del trabajo:
Unidad 2. Actividad 1. ¿Como elegir un
sistema?
Nombre del estudiante:
Hugo Hernández Gómez
Matrícula:
ES172006022
Grupo:
ER-ETER1-1802-B2-001

2. Introducción
Es un proceso cuyo estado final es equivalente al estado inicial, su finalidad básicamente es convertir el
calor en trabajo.
Ahora bien, para un ciclo termodinámico, los procesos se devuelven a su estado original después de una
serie de fases, de tal manera que todas las variables termodinámicas vuelven a tomar sus valores
originales. En suma a lo anterior, en un ciclo completo, la energía interna de un sistema no puede cambiar,
puesto que sólo depende de dichas variables. Por lo tanto, el calor total neto transferido al sistema debe
ser igual al trabajo total neto realizado por el sistema.
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3. Ciclo de Carnot
Es un ciclo reversible, generalmente conocido como el ciclo de motor térmico más eficiente en el que
la máquina absorbe calor desde la fuente caliente T1 y cede calor a la fría T2 produciendo trabajo.
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Retomado de:
http://www.quimicafisica.com/sites/default/files/images/termodinamica/segundo-
principio/ciclo-carnot.png

4. Procesos termodinámicos que intervienen en
el ciclo de Carnot
Al permanecer la temperatura constante y estar aislado térmicamente se entiende que los procesos
termodinámicos que se dan son:
Dos procesos isotérmicos (T=cte)
 Dos procesos adiabáticos (Aislado térmicamente)
Explicación: Del estado 1 al 2 el gas se encuentra en su mínimo volumen del ciclo y a T1 de la fuente
caliente. En este estado se transfiere calor al cilindro desde la fuente de temperatura T1, permitiendo que
el gas se expanda. Ahora bien, al expandirse el gas, este tiende a enfriarse, pero absorbe calor de T1 y
mantener su temperatura constante.
Del estado 2-3 la expansión isotérmica termina en un punto tal que el resto de la expansión pueda
realizarse sin intercambio de calor, es decir se mantiene un sistema aislado en forma térmica.
Del estado 3-4 Una vez que se pone en contacto con el sistema la fuente de calor de temperatura T2, el
gas comienza a comprimirse, pero este no aumenta su temperatura porque va cediendo calor a la fuente
fría.
Del estado 4-1 Para este punto el sistema evoluciona comprimiéndose y aumentando su temperatura hasta
el estado inicial.
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Retomado de:
https://i.ytimg.com/vi/yHyeHdR1m5w/maxres
default.jpg

5. Ciclo de Otto 5
Ciclo que modela el comportamiento de un motor de explosión, este ciclo consiste de cuatro fases: La de
admisión, compresión, expansión dada por la combustión y finalmente el escape. Para este caso V=cte
Retomado de:
https://i.pinimg.com/originals/c0/d
9/83/c0d983e2e23594f562789bce93
80c4c5.jpg

6. Procesos termodinámicos que intervienen en el
ciclo de Otto
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Se da una expansión isoentrópica, así también llega determinado punto donde se dan cuestiones adiabáticas
para un proceso isocórico en el que el volumen permanece constante.
Explicación:
Es un ciclo de 4 tiempos para 6 procesos, entre los cuales destacan:
Del estado E al A Se da la admisión a presión constante o bien la renovación de la carga.
Del estado A-B Se da una compresión gaseosa de forma isoentrópica.
Del estado B-C Se aporta calor a un volumen constante (Proceso isocórico), de tal forma que se da un proceso
de combustión y a la misma vez la presión se eleva.
Del estado C-D Debido a la fuerza de las moléculas del gas se da una expansión isoentrópica y parte del ciclo
entrega trabajo.
Del estado D-A Se va a ceder el calor residual al ambiente y a V=k, por lo que comenzará a darse la fase de
escape.
Del estado A-E Por medio de un proceso isobárico comienza el vaciado de la cámara o escape del gas pero a una
presión constante.
Retomado de: https://bit.ly/2LEldf6

7. Ciclo de Diesel 7
Es muy similar al ciclo de Otto, sin embargo este ciclo omite las fases de renovación de la carga., y
se asume que el fluido termodinámico que evoluciona es un gas perfecto. Independientemente de
que se asume que todos los procesos son reversibles e ideales.
Sus fases: Admisión, combustión, explosión y escape.
Retomado de https://tatofisicatermodinamica.files.wordpress.com/2013/05/31.jpg

8. Procesos termodinámicos que intervienen en el
ciclo de Diesel.
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En el ciclo se llegan a dar procesos como:
•Proceso isóbaro
•Proceso isocórico
Explicación:
Del estado 1-2 En este caso se da un proceso por compresión adiabática, puesto que no se intercambia calor
con el exterior, de esta manera la masa de gas esta bajo condiciones isoentrópicas.
Del estado 2-3 Aquí se da la fase de la combustión, respecto a la idealización en la que el aporte de calor se
simplifica por un proceso isobárico en el que el inyector pulveriza y atomiza el combustible, que, en contacto
con la atmósfera interior del cilindro, comienza a evaporarse.
Del estado 3-4 Para este punto se da la fase de explosión/expansión en la que se simplifica por una expansión
adiabática. La cual se produce a consecuencia del elevado estado termodinámico de los gases tras la
combustión. Por lo que se produce un trabajo.
Del estado 4-1En esta etapa se muestra un proceso isocórico puesto que el escape es a volumen constante. Lo
que permite el cambio de la presión final de expansión hasta la presión inicial de compresión, requiriendo
mucho trabajo por parte del gas ideal para efectuar la acción.
Retomado de: http://www.cie.unam.mx/~ojs/pub/Termodinamica/3_6_1_CicloIdealDiesel.gif

9. Ciclo de Brayton 9
Es un ciclo termodinámico que se lleva a cabo por medio de una etapa de compresión
adiabática, una etapa de calentamiento isobárico y una expansión adiabática de un fluido
termodinámico.
Retomado de:
http://www.cie.unam.mx/~ojs/pub/Termodinamica/3_7_1_CicloBrayton.gif

10. Procesos termodinámicos que intervienen en el
ciclo de Brayton.
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En este caso aunque el trabajo resulta negativo, se dan dos tipos de procesos el isobárico y el isocórico.
Explicación:
En la fase de admisión entra el aire frío a presión atmosférica por la boca de la turbina.
Durante la fase de compresión el aire es comprimido para y dirigido hacia la cámara de combustión mediante un
compresor que es movido por una turbina, básicamente se da una compresión adiabática de A-B.
Para la siguiente fase se lleva a cabo el proceso de combustión puesto que la cámara está abierta, es así que el
aire puede expandirse, por lo que el calentamiento se modela como un proceso isóbaro B-C.
Ahora bien, una vez calentada la turbina, esta comienza a moverse para que luego el aire se expanda y se enfríe
rápidamente, lo que se describe mediante una expansión adiabática C-D.
Finalmente se da la fase de escape que es muy similar a los ciclos anteriores, pero para este caso es un ciclo
abierto ya que el aire que escapa no es el mismo que entra por la boca de la turbina, pero dado que sí entra en la
misma cantidad y a la misma presión, se hace la aproximación de suponer una recirculación. Es importante
señalar que el enfriamiento se da a presión constante.
Retomado de: https://bit.ly/2Mf6jwS

11. Ciclo de Rankine
Es un ciclo que efectúa una conversión de calor en trabajo, constituyendo lo que se denomina
un ciclo de potencia y está muy limitado en comparación con el ciclo de Carnot.
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Retomado de: http://4.bp.blogspot.com/_oaIYp-
x2HD4/SaDU3TIU3YI/AAAAAAAAABQ/FQQUPpNTNb0/s320/D8.bmp

12. Procesos termodinámicos que intervienen en el
ciclo de Rankine
Está definido por dos pares de procesos, siendo cuatro procesos:
Dos isoentrópicos que tienden ser adiabáticos e internamente reversibles.
Dos isobáricos.
Explicación:
Del estado 1 al 2 En esta fase se da una expansión isoentrópica en la que se forma
trabajo en la turbina gracias al fluido, desde la presión de la caldera hasta la
presión del condensador.
Del estado 2 al 3 Aquí se da una transferencia de calor en la que la presión
permanece constante desde el fluido que ocasiona trabajo hacia el circuito de
refrigeración, de forma que el fluido alcanza el estado de líquido saturado.
Del estado 3 al 4 Para este punto se da una compresión isoentrópica del fluido en
fase líquida por medio de una bomba, lo cual implica un consumo de potencia.
Por lo tanto se tiende a aumentar la presión del fluido hasta el valor de presión
de caldera.
Del estado 4 al 1 En esta transición del proceso se da una transmisión de calor en la
que el vapor sobrecalentado de alta presión es el utilizado por la turbina para
generar la potencia del ciclo a una presión constante en la caldera.
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Retomado de
https://motorgiga.com/cargadatos/fotos2/dic
cionario/motores-ciclos-
tipos/800px/rankine-ciclo.jpg

13. Ciclo combinado de gas-vapor
Se le denomina ciclo combinado de gas-vapor a dos ciclos termodinámicos en un mismo sistema, dentro de
dicho sistema se incluye un fluido cuyo trabajo es en forma de vapor de agua y otro, gas producto de
una combustión o quema de materia.
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Retomado de: http://1.bp.blogspot.com/-
LezUcPmxE4Q/T6ZVKBfTFaI/AAAAAAAAAdE/s5rbcUi8vPA/s1600/Central+t%C3%A9rmica+ciclo+combinado.jpg

14. 14
Este ciclo generalmente se auxilia de los ciclos termodinámicos Rankine y Brayton
respectivamente. El ciclo consiste básicamente en la entrada de combustible que se mezcla
con aire desde el compresor hasta la turbina donde se van a expandir y hacer rotar al
generador. De esta manera, los gases de escape de la turbina van a pasar por el bypass hasta
llegar a la caldera donde se recupera todo el calor, el vapor de agua comienza a mover la
turbina que esta conectada a un generador, una vez ejecutando la tarea, la turbina lleva el
vapor que sale hasta un condensador hasta disminuirse la temperatura y convertirla en vapor
para volver a iniciar el ciclo. Generalmente este tipo de ciclo de potencia se emplea en las
centrales hidroeléctricas.
Retomado de
https://sites.google.com/site/ctermicaciclocombinadoir/_/rsrc/1468739841201/home/2-
funcionamiento/ciclo_combinado.jpg

15. El mejor ciclo desde mi perspectiva
Me inclinaría por el ciclo de Brayton y el de Otto, al menos dentro de la
industria de las energías renovables, pues siempre que se genera gas
natural o bioetanol se emplea un trabajo mecánico que va a dar origen
a electricidad a base de fuentes renovables con estos dos recursos; es
así que es imprescindible saber que la base del motor de las plantas
cogeneradoras de energía trabajan por fuerza del fluido, permitiendo
que el proceso de producción de energía eléctrica se dé por medio de
dos procesos isobáricos con la entrada de aire a la planta que tiene un
volumen definido, lo que permite que el fluido reciba una expansión
adiabática y se ejerza un trabajo que de origen a la creación de energía
eléctrica.
Sin embargo, dentro de la producción de energía eléctrica el mejor sería
el ciclo combinado de gas y vapor, sobre todo en la mega producción de
electricidad en el funcionamiento de las centrales termoeléctricas.
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Retomado de https://i1.wp.com/www.energiaestrategica.com/wp-content/uploads/2016/06/nota-
414.jpg?fit=422%2C225

16. Ciclo de refrigeración
Ciclo totalmente opuesto al de Carnot, en este se extrae calor del objeto considerado y se
lleva a otro lugar capaz de admitir esa energía térmica sin problemas. Los fluidos utilizados
para llevar la energía calorífica de un espacio a otro y poder efectuar este ciclo son
llamados refrigerantes.
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Retomado de https://tuaireacondicionado.net/wp-content/uploads/ciclo-
refrigeracion.gif

17. Propiedades de los refrigerantes
 El punto de congelación debe ser inferior a cualquier temperatura que
exista en el sistema.
 El calor latente de vaporización deberá ser mucho mayor para que el
líquido absorba determinada cantidad de calor.
 El volumen específico debe ser lo más pequeño posible.
 La densidad debe ser alta.
 Las presiones de condensaciones deben estar altas.
 No son inflamables, corrosivos o tóxicos.
 Químicamente se integran de elementos como el hidrógeno, cloro, flúor
y carbono.
Retomado de http://www.dincorsa.com/blog/wp-content/uploads/2016/10/dincorsa-gases-
refrigerantes.jpg
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18. Ciclo inverso de Carnot
 1-2 Se transfiere una absorción de calor reversiblemente desde la región
fría de forma isoterma donde el refrigerante experimenta cambios de
fase.
 2-3 Se comprime el refrigerante isoentrópicamente, hasta que alcanza
la temperatura máxima.
 3-4 Se transfiere calor reversiblemente a la región caliente, de forma
isoterma, donde el refrigerante tiende a experimentar cambios de fase
de vapor a líquido.
 4-1 Se expande el refrigerante isoentrópicamente hasta alcanzar la
temperatura mínima.
Retomado de http://1.bp.blogspot.com/-emXIo_aXx_g/UoBJzYZ_FfI/AAAAAAAAAXs/Qa8SbmbNrvw/w1200-
h630-p-k-no-nu/refrigeracion+de+gas+1.jpg
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19. Ciclo de refrigeración de Brayton.
Es el ciclo inverso de Brayton sus fases son:
 (1-2) Se da una compresión isoentrópica
 (2-3) Se produce la fase del enfriamiento.
 (3-4) Se lleva a cabo la expansión isoentrópica.
 (4-1) Sucede el calentamiento a un proceso abiabático.
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Retomado de
https://slideplayer.es/10552344/34/images/14/Ciclo+Brayton+con+Enfriamiento+en+Etapas+de+Compresi%C3%B3n
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20. Bomba de calor
Básicamente es una tecnología que toma calor de un espacio frío y lo
transfiere a otro más caliente gracias a un trabajo aportado desde el
exterior.
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Retomado de https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/13/Diagrama_Bomba_de_Calor.jpg