Prueba de evaluación Geografía e Historia Comunidad de Madrid 2º de la ESO
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1. 1
TEMA 4.
TERMODINÁMICA APLICADA A
MÁQUINAS TÉRMICAS
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Si la información contenida en el documento es ilícita o lesiona bienes o derechos de un tercero háganoslo saber y será retirada.
2. 2
Índice
4.1. Definición y Clasificación de Máquinas Térmicas
4.5. Ciclos de Motores Alternativos
4.2. Ciclos de Motores Rotativos
4.6. Ciclos de Refrigeración
4.3. Modificaciones del ciclo Rankine
4.4. Modificaciones del ciclo Brayton
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3. 3
Índice
4.1. Definición y Clasificación de Máquinas Térmicas
4.5. Ciclos de Motores Alternativos
4.2. Ciclos de Motores Rotativos
4.6. Ciclos de Refrigeración
4.3. Modificaciones del ciclo Rankine
4.4. Modificaciones del ciclo Brayton
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4. 4
4.1 Definición de Máquinas Térmicas
FOCO
CALIENTE
FOCO
FRÍO
Ciclo W
Q1
Q2
T1
T2
FOCO
CALIENTE
FOCO
FRÍO
Ciclo W
Q1
Q2
T1
T2
Máquina Térmica: aquella capaz de transformar calor en trabajo o viceversa
Motor Térmico Máquina Frigorífica
Rendimiento Térmico del ciclo Coeficiente de Operación
ABSORBIDO
CONSUMIDO
PRODUCIDO
APORTADO
TOTAL
NETO
Q
W
W
Q
W
_
consumido
Trabajo
te
refrigeran
Efecto
C
E
W
Q
[4.1] [4.2]
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5. 5
4.1 Definición de Máquinas Térmicas
Motores térmicos: Tipos
En función del agente de transformación:
a) Máquinas de gas: el agente de transformación (gas) no cambia de estado durante el ciclo.
b) Máquinas de vapor: el agente de transformación (vapor) cambia de estado durante el ciclo.
En función del lugar de obtención del calor:
a) Máquinas de combustión externa.
b) Máquinas de combustión interna.
En función del tipo de movimiento obtenido:
a) Motores rotativos: giro de un eje.
b) Motores alternativos: cilindro-pistón.
TERMOTECNIA:
Turbinas de vapor: motor de combustión
externa, de vapor y rotativo.
Turbinas de gas: motor de combustión
interna, de gas y rotativo
Motores alternativos: motor de
combustión interna, de gas y cilindro-pistón
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Índice
4.1. Definición y Clasificación de Máquinas Térmicas
4.5. Ciclos de Motores Alternativos
4.2. Ciclos de Motores Rotativos
4.6. Ciclos de Refrigeración
4.3. Modificaciones del ciclo Rankine
4.4. Modificaciones del ciclo Brayton
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4.2 Ciclos de Motores Rotativos
Motor Rotativo:
• Generan movimiento de giro de un eje
• Aplicación: industria aeroespacial, plantas de generación de potencia
Turbinas de Vapor Turbinas de gas
• Combustión externa
• AT: agua
• Combustión interna
• AT: gases de combustión
Ciclo Rankine Ciclo Brayton
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8. 8
4.2 Ciclos de Motores Rotativos
4.2.1 Ciclo Rankine ideal
Esquema de una central térmica de vapor
Generador
eléctrico
Turbina
Caldera
Aire
Combustible
Vapor de
agua
Agua
líquida
Chimenea
Agua de refrigeración
Torre
de
refrigeración
A D
C
B
ZONA A: Ciclo termodinámico del AT.
Transformación de la entalpía del
vapor en energía cinética en del eje
de la turbina (W).
ZONA B: Foco caliente. Generación
de calor.
ZONA C: Foco frío. Condensación del
vapor saliente de la turbina.
ZONA D: Obtención de energía
eléctrica. Transformación del trabajo
mecánico producido en la turbina en
energía eléctrica mediante un
generador.
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9. 9
4.2 Ciclos de Motores Rotativos
4.2.1 Ciclo Rankine ideal
Esquema de una central térmica de vapor
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10. 10
4.2 Ciclos de Motores Rotativos
4.2.1 Ciclo Rankine ideal
Suposiciones:
• Todos los procesos son reversibles
• Sin pérdidas de presión en la circulación del AT
• Caldera y condensador a P = cte
• Turbina y bomba adiabáticos (+ reversible) isoentrópicos
1
2
3
4
a
QR
QC
WT
WB
P
v
P1
P2
T1
T2 3
4
WB
T
T1
T2
1
2
3
4
a
QR
QC
WT
WB
P
v
P1
P2
T1
T2
1
2
3
4
QR
QC
WT
WB
T
s
a
P1
P2
T1
T2
Diagrama de bloques ciclo Rankine
QC
QR
WB
WT
1
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4
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4.2 Ciclos de Motores Rotativos
4.2.1 Ciclo Rankine ideal
Rendimiento Térmico de Ciclo:
v
T1
T2
1
2
3
4
QR
QC
WT
WB
T
s
a
P1
P2
T1
T2
• Etapa 1→2: expansión del vapor en la turbina
Entrada a la turbina: vapor saturado seco
Salida de la turbina: vapor húmedo
Proceso: expansión isoentrópica con generación de trabajo WT
Principio de conservación de energía:
(J/kg)
2
0 2
1
2
2
2
1
2
1
z
z
g
V
V
h
h
W
Q
0)
(
2
1
h
h
WT [4.3]
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4.2 Ciclos de Motores Rotativos
4.2.1 Ciclo Rankine ideal
Rendimiento Térmico de Ciclo:
v
T1
T2
1
2
3
4
QR
QC
WT
WB
T
s
a
P1
P2
T1
T2
• Etapa 2→3: condensador del vapor húmedo en el condensador
Entrada al condensador: vapor húmedo
Salida del condensador: líquido saturado
Proceso: extracción de calor QR a presión constante
Principio de conservación de energía:
(J/kg)
2
0 3
2
2
3
2
2
3
2
z
z
g
V
V
h
h
W
Q
0)
(
2
3
h
h
QR [4.4]
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4.2 Ciclos de Motores Rotativos
4.2.1 Ciclo Rankine ideal
Rendimiento Térmico de Ciclo:
v
T1
T2
1
2
3
4
QR
QC
WT
WB
T
s
a
P1
P2
T1
T2
• Etapa 3→4: compresión del condensado en la bomba
Entrada a la bomba: líquido saturado
Salida de la bomba: líquido subenfriado a la presión de la caldera
Proceso: compresión isoentrópica con generación de trabajo por la
bomba WB
Principio de conservación de energía:
0)
(
4
3
h
h
WB [4.5]
3
4
3
4
3
p
p
v
vdp
WB
Considerando la compresión del líquido:
[4.6]
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14. 14
4.2 Ciclos de Motores Rotativos
4.2.1 Ciclo Rankine ideal
Rendimiento Térmico de Ciclo:
v
T1
T2
1
2
3
4
QR
QC
WT
WB
T
s
a
P1
P2
T1
T2
• Etapa 4→1: calentamiento en la caldera
Entrada a la caldera: líquido subenfriado
Salida de la caldera: vapor saturado seco
Proceso: aporte de calor QC a presión constante
Principio de conservación de energía:
0)
(
4
1
h
h
QC [4.7]
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15. 15
4.2 Ciclos de Motores Rotativos
4.2.1 Ciclo Rankine ideal
Rendimiento Térmico de Ciclo:
v
T1
T2
1
2
3
4
QR
QC
WT
WB
T
s
a
P1
P2
T1
T2
4
1
4
3
2
1
h
h
h
h
h
h
Q
W
W
C
B
T
RANKINE
[4.8]
Trabajo neto realizado en un ciclo
0
W
Q
E R
C
B
T Q
Q
W
W
4
1
2
3
1
1
h
h
h
h
Q
Q
Q
Q
Q
C
R
C
R
C
RANKINE
[4.9]
Relación de trabajos
2
1
4
3
h
h
h
h
W
W
RT
T
B
[4.11]
C
C
C
R
RANKINE
T
T
s
s
T
s
s
T
Q
Q 2
4
1
2
3
2
1
)
(
)
(
1
1
Aplicando 2º Principio de la Termodinámica
[4.10]
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16. 4.2 Ciclos de Motores Rotativos
4.2.1 Ciclo Rankine ideal
Comparación con el ciclo de Carnot
1
2
3
4
a
QR
QC
WT
v
T1
T2
1
2
3
4
QR
QC
WT
WB
T
s
a
P1
P2
T1
T2
Ciclo de Carnot: 2 procesos isotermos + 2 adiabáticos
3’
a
T
T
CARNOT
'
3
2
1
1
1
2
a
T
T
C
RANKINE
4
3
2
1
1 2
ηCARNOT > ηRANKINE
T1 > TC
16
Ciclo de Carnot:
1 - 2 - 3’ - a
Ciclo de Rankine:
1 - 2 – 3 - 4 - a
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17. 17
4.2 Ciclos de Motores Rotativos
4.2.1 Ciclo Rankine ideal
Irreversibilidades y Pérdidas:
Desviaciones del ciclo de Rankine ideal:
a) Pérdidas de energía en el condensador y la caldera por cesión de calor al exterior
b) Pérdidas de energía por rozamiento del fluido en el condensador, caldera y tuberías
c) Irreversibilidades en la turbina y en la bomba
o Procesos no adiabáticos
o Pérdidas de energía por rozamiento
1
2'
3
4
T
s
a
2
4'
2
1
'
2
1
h
h
h
h
W
W
S
T
T
TV
'
4
3
4
3
h
h
h
h
W
W
B
s
B
B
[4.12]
[4.13]
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18. 18
4.2 Ciclos de Motores Rotativos
4.2.2 Ciclo Brayton ideal
Turbinas de vapor (550 ºC)
Turbinas de gas (1000-1400 ºC)
Rendimiento máximo Rendimiento real
65 % 40-45 %
83 % 62 %
cámara de
combustión
Aire Productos
combustión
Combustible
Compresor T
urbina
WC WT
QC
WN
Intercambiador
de calor
WC WT
QC
QR
Intercambiador
de calor
WN
Ciclo abierto Ciclo cerrado
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19. 19
4.2 Ciclos de Motores Rotativos
4.2.2 Ciclo Brayton ideal
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20. 20
4.2 Ciclos de Motores Rotativos
4.2.2 Ciclo Brayton ideal
Ciclo abierto
Inconveniente: el agente de transformación cambia de composición
Análisis de aire estándar
El aire se comporta como gas ideal y sin cambio de composición
El calor de la combustión procede de una fuente externa caliente
El aire retorna al estado inicial por cesión de calor al ambiente
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21. 21
4.2 Ciclos de Motores Rotativos
4.2.2 Ciclo Brayton ideal
Intercambiador
de calor
WC WT
QC
QR
Intercambiador
de calor
WN
1
2 3
4
Suposiciones:
• Todos los procesos son reversibles
• Sin pérdidas de presión en la circulación del AT
• Cambiadores a P = cte
• Turbina y compresor adiabáticos isoentrópicos
1
2 3
4
s = s
1 2
s = s
3 4
p = p
1 4
p = p
2 3
QC
WT
WC
QR
p
v
1
2
s
WC
T
1
2 3
4
s = s
1 2
s = s
3 4
p = p
1 4
p = p
2 3
QC
WT
WC
QR
p
v
1
2
3
4
s = s
1 2
s = s
3 4
p = p
1 4
p = p
2 3
QC
WT
WC
QR
T
s
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22. 22
4.2 Ciclos de Motores Rotativos
4.2.2 Ciclo Brayton ideal
Rendimiento Térmico de Ciclo:
2
3
2
1
4
3
h
h
h
h
h
h
Q
W
W
C
C
T
BRAYTON
Relación de trabajos
(RT)
Turbinas de vapor
Turbinas de gas 40-80 %
1-3 %
4
3
2
1
h
h
h
h
W
W
RT
T
C
[4. 15]
Relación de Trabajos:
[4. 14]
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23. 23
4.2 Ciclos de Motores Rotativos
4.2.2 Ciclo Brayton ideal
Análisis de Aire Estándar Frío:
[4.16]
Se supone CP y CV= cte = cte
3
4
2
1
1
1
T
T
T
T
1
1
2
2
1
p
p
1
1
T
T
1
1
1
2
1
2
p
p
T
T
Compresión adiabática y reversible:
[4.17]
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24. 24
4.2 Ciclos de Motores Rotativos
4.2.2 Ciclo Brayton ideal
Irreversibilidades y Pérdidas:
Análogo a lo descrito para ciclos de Turbinas de Vapor
Irreversibilidades en turbina y
compresor
Irreversibilidades en turbina y
compresor + pérdidas de presión en
cambiadores de calor
1
2
3
4
T
s
p= cte
p= cte
s=
cte
2'
4'
1
2
3
4
T
s
s=
cte
2'
4'
3'
s=
cte
p= cte
p= cte
4
3
4
3
h
h
h
h
W
W
s
T
T
TG
'
2
1
2
1
h
h
h
h
W
W
C
s
C
C
[4.18]
[4.19]
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25. 25
Índice
4.1. Definición y Clasificación de Máquinas Térmicas
4.5. Ciclos de Motores Alternativos
4.2. Ciclos de Motores Rotativos
4.6. Ciclos de Refrigeración
4.3. Modificaciones del ciclo Rankine
4.4. Modificaciones del ciclo Brayton
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26. 26
4.3 Modificaciones del ciclo Rankine
Modificaciones para aumentar la eficiencia térmica del ciclo:
C
RANKINE
T
T2
1
[4.10]
C
B
T
RANKINE
Q
W
W
[4.8]
A. Aumento de P CALDERA
1'
2'
3
4'
T
s
a'
4
a
1
2 2'
3
4'
T
s
4
a 1
2
3’
B. Disminución de PCONDENSADOR
1'
2'
3
4'
T
s
a'
4
a
1
2 2'
3
4'
T
s
4
a 1
2
3’
Problema:
X 2’ < X2→ problemas de funcionamiento de la turbina
Requisito práctico:
X 2 > 90 %
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27. 27
4.3 Modificaciones del ciclo Rankine
Modificaciones para aumentar la potencia y/o eficiencia térmica del ciclo:
C
RANKINE
T
T2
1
[4.10]
Requisito práctico:
X 2 > 90 %
Aumento de η limitado mediante los
procedimientos a y b.
C. Sobrecalentamiento (o recalentamiento)
D. Recalentamiento intermedio
E. Regeneración
[4.8]
C
B
T
RANKINE
Q
W
W
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28. 28
4.3 Modificaciones del ciclo Rankine
C. Sobrecalentamiento (o
recalentamiento)
Obtención de vapor recalentado en la caldera a temperatura superior a la de
saturación.
2'
3
T
s
4
a
1'
2
1
x < 0,90 < x
2 2’
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29. 29
4.3 Modificaciones del ciclo Rankine
D. Recalentamiento intermedio
Vapor sobrecalentado se expande parcialmente en una primera etapa de la turbina, se recalienta
y se vuelve a expandir en una segunda etapa de la turbina.
2'
3
T
s
4
a
3'
2
1
x < 0,90 < x
2 4’
4'
Turbina 1
QC1
WT1
Turbina 2
WT2
Condensador
QR
Caldera
QC2
Bomba
WB
1
2’
3’ 2 4
3
5
4
6 5
6
Ventajas
• Aumento del título del vapor a la salida de la turbina
• Mayor diferencia de presiones entre la caldera y el condensador
Limitaciones
• Resistencia térmica y mecánica de los materiales de construcción
2
1
2
1
C
C
B
T
T
Q
Q
W
W
W
[4.20]
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30. 30
4.3 Modificaciones del ciclo Rankine
E. Regeneración
Aumento de la temperatura de trabajo de la caldera mediante precalentamiento del agua líquida
que se introduce en la misma con parte del vapor de la turbina.
E.1 Cambiadores abiertos
T
s
a
1 1
3
4
5
6
7
7'
1
2
3
4
5
6
7
a
7’
T
s
WB2
QC
QR
WT2
1
3
5
6
WB1
4
2
7
y 1-y
WT1
T
s
a
1 1
3
4
5
6
7
7'
1
2
3
4
5
6
7
a
7’
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s
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QC
QR
WT2
1
3
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6
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4
2
7
y 1-y
WT1
Contacto directo de las corrientes fría y caliente
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31. 31
4.3 Modificaciones del ciclo Rankine
E. Regeneración
Aumento de la temperatura de trabajo de la caldera mediante precalentamiento del agua líquida
que se introduce en la misma con parte del vapor de la turbina.
E.1 Cambiadores abiertos
T
s
a
1 1
3
4
5
6
7
7'
1
2
3
4
5
6
7
a
7’
T
s
WB2
QC
QR
WT2
1
3
5
6
WB1
4
2
7
y 1-y
WT1
5
2
6 h
)
y
1
(
m
h
y
m
h
m
2
1
1
T h
h
W
)
y
1
(
)
h
h
(
W 3
2
2
T
)
1
(
)
( 5
4
1 y
h
h
WB
)
( 7
6
2 h
h
WB
Balance de energía en calentador
Trabajos del ciclo
7
1
C h
h
Q
)
1
(
)
( 3
4 y
h
h
QR
Intercambios de calor
C
B
B
T
T
Q
W
W
W
W 2
1
2
1
[4.21]
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32. 32
4.3 Modificaciones del ciclo Rankine
E. Regeneración
E.2 Cambiadores cerrados
Sin contacto directo de las corrientes fría y caliente (cambiador de carcasa y tubos)
OPCIÓN 1. Bombeo a caldera
1
2
3
4
5
6
7
8
9
T
s
QR
1
T
QC
WT2
WB3
WB2
WT1
y
(1-y)
1
2
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4
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8
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WB1
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33. 33
4.3 Modificaciones del ciclo Rankine
E. Regeneración
E.2 Cambiadores cerrados
Sin contacto directo de las corrientes fría y caliente (cambiador de carcasa y tubos)
OPCIÓN 1. Bombeo a caldera
C
B
B
B
T
T
Q
W
W
W
W
W 3
2
1
2
1
2
1
1 h
h
WT
)
y
1
(
)
h
h
(
W 3
2
2
T
)
1
(
)
( 5
4
1 y
h
h
WB
)
1
(
)
( 7
6
2 y
h
h
WB
)
(
)
( 9
8
3 y
h
h
WB
y
h
y
h
h
QC
9
7
1 1
[4.22]
QR
1
T
QC
WT2
WB3
WB2
WT1
y
(1-y)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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34. 34
4.3 Modificaciones del ciclo Rankine
E. Regeneración
E.2 Cambiadores cerrados
Sin contacto directo de las corrientes fría y caliente (cambiador de carcasa y tubos)
OPCIÓN 2. Envío a condensador
1
2
3
4
5
6
7
8’
9’
T
1
T
QC
WT2
WB2
WT1
y
(1-y)
1
2
3
4
5
6
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QR
9’
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35. 35
4.3 Modificaciones del ciclo Rankine
E. Regeneración
E.2 Cambiadores cerrados
Sin contacto directo de las corrientes fría y caliente (cambiador de carcasa y tubos)
OPCIÓN 2. Envío a condensador
2
1
1 h
h
WT
)
1
(
)
( 3
2
2 y
h
h
WT
)
( 5
4
1 h
h
WB
)
( 7
6
2 h
h
WB
7
1 h
h
QC
[4.23]
C
B
B
T
T
Q
W
W
W
W 2
1
2
1
1
T
QC
WT2
WB2
WT1
y
(1-y)
1
2
3
4
5
6
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QR
9’
WB1
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36. 36
4.3 Modificaciones del ciclo Rankine
E. Regeneración
E.2 Cambiadores cerrados
Sin contacto directo de las corrientes fría y caliente (cambiador de carcasa y tubos)
Balance de energía en calentador
8
2
5
6
6
8
5
2
h
h
h
h
y
h
m
h
y
m
h
m
h
y
m
[4.24]
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37. 37
4.3 Modificaciones del ciclo Rankine
Cambiadores múltiples
QR
QC1
QC2
p1
p2
p3 p4
p5
p6
p >p >p >p >p >p >p
1 2 3 4 5 6 7
p7
p5
p6
p5
p5
p1
p1 p3
p7
1
2 3
4 5
6 7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
T
1
2
3 5
16
18
20
21
p1
p2
p3 p4
QR
p7
p5
p6
p5
p5
p1
p1 p3
p7
2 3
6 7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
T
s
1
2
3
4
5
6
7
8
17
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10
11
12
13
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15
16
18
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20
21
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38. 38
Índice
4.1. Definición y Clasificación de Máquinas Térmicas
4.5. Ciclos de Motores Alternativos
4.2. Ciclos de Motores Rotativos
4.6. Ciclos de Refrigeración
4.3. Modificaciones del ciclo Rankine
4.4. Modificaciones del ciclo Brayton
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39. 39
4.4 Modificaciones del ciclo Brayton
A. Regeneración
Objetivo: disminuir QC Requisito: T4 > T2
x
c h
h
Q
3
2
4
2
h
h
h
hx
reg
REG ~ 75%
T
s
1
2
x
y
3
4
[4.25]
QC
QR
WC WT
1
2
x
3
4
y
(a)
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40. 40
4.4 Modificaciones del ciclo Brayton
B. Recalentamiento
Objetivo: Aumentar WT
1
1
1
1
C
C
C
T
T
Q
Q
W
W
W
• no necesariamente aumenta
• Mayor potencial de regeneración
T
s
1
2
a
b
3
4
[4.26]
QC1
QR
WC
WT2
1
2 a
3
4
b
(a)
QC2
WT2
T
2
a
b
3
4
(b)
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41. 41
4.4 Modificaciones del ciclo Brayton
C. Compresión con refrigeración
QR1
QR2
WC1
WT
1
c 2
d
4
3
QC
WC2
Objetivo: Disminir WC (aunque aumenta QC)
T
1
2
3
4
d
c
W m vdp
C z1
2
1
c
d
2'
2
W m vdp
C
1
2
p
v
T
• no necesariamente aumenta
• Mayor potencial de regeneración
C
C
C
T
T
Q
W
W
W 2
1
[4.27]
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42. 42
Índice
4.1. Definición y Clasificación de Máquinas Térmicas
4.5. Ciclos de Motores Alternativos
4.2. Ciclos de Motores Rotativos
4.6. Ciclos de Refrigeración
4.3. Modificaciones del ciclo Rankine
4.4. Modificaciones del ciclo Brayton
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43. 43
4.5 Ciclos de Motores Alternativos
Motor Alternativo:
• Generan movimiento cilindro-pistón
• Combustión interna
• Agente de Transformación (AT): gases de combustión
• Aplicación: automoción, plantas de generación de potencia (cogeneración)
4.5.1 Ciclo Otto 4.5.2 Ciclo Diesel
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44. 44
4.5 Ciclos de Motores Alternativos
4.5.1 Ciclo Otto
V. Admisión V. Escape
Bujía
Mezcla
Gases de combustión
(A.T.)
Q
Q
V. Admisión V. Escape
Bujía
Mezcla
Gases de combustión
(A.T.)
Gases de combustión
(A.T.)
Q
Q Q
Q
Q
P
v
0 1
2
3
4
P
v
0 1
2
3
4
T
s
0
1
2
3
4
T
s
0
1
2
3
4
01
12 23 34 41 10
01. Carrera de aspiración
12. Carrera de compresión
23. Calentamiento instantáneo
34. Carrera de expansión
41. Disipación de calor residual
10. Carrera de expulsión
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45. 45
4.5 Ciclos de Motores Alternativos
4.5.1 Ciclo Otto T
s
0
1
2
3
4
T
s
0
1
2
3
4
ABSORBIDO
CONSUMIDO
PRODUCIDO
APORTADO
TOTAL
NETO
Q
W
W
Q
W
_
Rendimiento Térmico del ciclo
Suposiciones:
• AT no cambia de composición en todo el ciclo y es un gas ideal (aire)
• Etapas de aspiración y expulsión: a presión atmosférica y en sentidos opuestos se anulan
• Etapas de compresión y expansión adiabáticas y reversibles isoentrópicas
• Etapas de aporte y eliminación de calor isocoras
[4.28]
ABS
CED
ABS
CED
ABS
ABS
COMP
EXP
OTTO
Q
Q
Q
Q
Q
Q
W
W
1
W
Q
W
Q
E
0
[4.29]
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46. 46
4.5 Ciclos de Motores Alternativos
4.5.1 Ciclo Otto
Rendimiento Térmico del ciclo
ABS
CED
OTTO
Q
Q
1
[4.3]
kg)
/
(J
0)
(
)
( 2
3
T
T
C
Q V
ABS
kg)
/
(J
0)
(
)
( 4
1
T
T
C
Q V
CED
[4.30]
[4.31
]
Etapas de compresión y expansión adiabáticas:
1
2
2
1
1
1
V
T
V
T
1
3
3
1
4
4
V
T
V
T
Etapas de calentamiento y disipación de calor isocoras:
2
3
1
4 V
V
V
V
2
3
1
4
2
3
4
1
1
1
T
T
T
T
T
T
T
T
OTTO
[4.32]
2
1
1
T
T
OTTO
1
1
1
1
2 1
1
1
V
V
OTTO
2
1
compresión
de
Relación
V
V
[4.33]
[4.34]
[4.35]
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47. 47
4.5 Ciclos de Motores Alternativos
4.5.2 Ciclo Diesel
v
0 1
2 3
4
P
Aire
Inyector
Gases de
combustión
(A.T.)
Q
01 12 23 34 41 10
Aire
Aire
Inyector
Inyector
Gases de
combustión
(A.T.)
Gases de
combustión
(A.T.)
Q
Q
01 12 23 34 41 10
s
0
1
2
3
4
p
=
cte
v
=
c
t
e
T 01. Carrera de aspiración
12. Carrera de compresión
23. Calentamiento instantáneo
34. Carrera de expansión
41. Disipación de calor residual
10. Carrera de expulsión
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4.5 Ciclos de Motores Alternativos
4.5.2 Ciclo Diesel
Suposiciones:
• AT no cambia de composición en todo el ciclo y es un gas ideal (aire)
• Etapas de aspiración y expulsión: a presión atmosférica y en sentidos opuestos se anulan
• Etapas de compresión y expansión adiabáticas y reversibles isoentrópicas
• Etapas de aporte y eliminación de calor isobara e isocora, respectivamente
Rendimiento Térmico del ciclo
W
Q
W
Q
E
0
[4.1]
s
0
1
2
3
4
p
=
cte
v
=
c
t
e
T
ABSORBIDO
CONSUMIDO
PRODUCIDO
APORTADO
TOTAL
NETO
Q
W
W
Q
W
_
ABS
CED
ABS
CED
ABS
ABS
COMP
EXP
DIESEL
Q
Q
Q
Q
Q
Q
W
W
1
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4.5 Ciclos de Motores Alternativos
4.5.2 Ciclo Diesel
Rendimiento Térmico del ciclo
kg)
/
(J
0)
(
)
( 4
1
T
T
C
Q V
CED
[4.36]
[4.31]
kg)
/
(J
0)
(
)
( 2
3
T
T
C
Q P
ABS
2
3
1
4
2
3
1
4
1
1
T
T
T
T
T
T
C
T
T
C
P
V
DIESEL
[4.37]
1
1
1
1
1
DIESEL
2
1
V
V
V
P
C
C
2
3
V
V
Relación de combustión:
Relación de compresión:
[4.38]
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Índice
4.1. Definición y Clasificación de Máquinas Térmicas
4.5. Ciclos de Motores Alternativos
4.2. Ciclos de Motores Rotativos
4.6. Ciclos de Refrigeración
4.3. Modificaciones del ciclo Rankine
4.4. Modificaciones del ciclo Brayton
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51. 51
4.6 Ciclos de Refrigeración
4.6.1 Ciclo de Refrigeración por Compresión de Vapor
1
2
3
4
T
s
TF
TC
2’
QS
WC
4
Evaporador
Condensador
Válvula de
expansión
3 2
1
Ciclo ideal: 1-2-3-4
Irreversibilidades en compresor: 1-2’-3-4
Ciclo ideal
• Etapa 1 2. Compresión isoentrópica del refrigerante
• Etapa 2 3. Condensación y enfriamiento del refrigerante a presión constante
• Etapa 3 4. Estrangulación o expansión isoentálpica en la válvula
• Etapa 4 1. Evaporación del refrigerante a presión constante
QE
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4.6 Ciclos de Refrigeración
4.6.1 Ciclo de Refrigeración por Compresión de Vapor
1
2
3
4
T
s
TF
TC
2’
Ciclo ideal: 1-2-3-4
Irreversibilidades en compresor: 1-2’-3-4
Coeficiente de Operación
1
2
4
1
2
1
4
1
consumido
Trabajo
te
refrigeran
Efecto
h
h
h
h
h
h
h
h
W
Q
C
E
[4.39]
2'
1
2
1
h
-
h
h
-
h
C
S
C
C
W
W
Irreversibilidades en Compresor
[4.40]
Refrigerante: derivados halogenados de hidrocarburos (CFCs, FCs, etc.)
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4.6 Ciclos de Refrigeración
4.6.2 Ciclo de Refrigeración por Absorción
Refrigerante Disolvente
Amoníaco Agua
Agua Bromuro de litio
QS
Condensador
Bomba
WB
Evaporador
QE
Válvula
Válvula
Región refrigerada
Agua de
refrigeración
Absorbedor
Fuente de alta
temperatura
QG
Generador
Solución
rica
Solución
pobre
1
4
3
2
a
b
c
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4.6 Ciclos de Refrigeración
4.6.3 Ciclo de Brayton Invertido
T
s
1
2
3
4
TF
TC
4
3
2
1
4
1 h
-
h
h
h
h
h
W
W
Q
T
C
E
Coeficiente de Operación
[4.41
]
Refrigerante: aire
FOCO FRÍO
TF
FOCO CALIENTE
TC
QS
QE
WC
WT
1
2
3
4
T 2
3
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Bibliografía
1.- Fundamentos de termodinámica técnica. M. J. Morán y H. N. Shapiro.
Editorial Reverté, Barcelona, 1998-1999.
2.- Termotecnia básica para ingenieros químicos. A. de Lucas. Ediciones
de la Universidad de Castilla La Mancha, 2004-2007
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