CICLOS DE MCICLOS DE MQUINAS TQUINAS TRMICAS DE VAPORRMICAS DE VAPOR

Fuente Caliente

Fuente fra

MT

QFC

QFF

W NETO

FLUIDO DE TRABAJO: VAPOR

tCARNOT

FC

NETOt Q

WsumidaEnergacon

lEnergauti ==

1.

.

==

TOTAL

NETOt

W

WdatalinstalaPotenciato

ilPotenciatr

Rendimiento trmico:

Relacin de trabajo:

CICLOS DE MCICLOS DE MQUINAS TQUINAS TRMICAS DE VAPORRMICAS DE VAPOR

CICLO CARNOT : MXIMO RENDIMIENTO PARA T FC Y TFF DADAS

3

1

4

2

( )FC

FF

FC

FFFC

FC

FFFC

FC

NETOt T

T

T

TT

Q

QQ

Q

W=

=

== 1

TFC

TFF

3

4

1 2

34

CICLO CARNOT : INSTALACIN

DIFICULTADES QUE DETERMINAN LA MODIFICACIN DEL CICLO DE CARNOT

COMPRESIN ISOENTRPICA DE MEZCLA

LQUIDO-VAPOR

DIFICULTAD DE LOGRAR EL ESTADO DEL

FLUIDO A LA ENTRADA DEL COMPRESOR

CANTIDAD DE LQUIDO EN EL FLUIDO QUE

SALE DE LA TURBINA: EROSIN

LIMITACIN DE LA TEMPERATURA DE LA

FUENTE CALIENTE (TEMP. CRTICA BAJA: 374C)

BAJA RELACION DE TRABAJO

CT

NETO

WW

W

staladaPotenciain

ilPotenciatrt

+==

>>

CICLO RANKINE:

2

34

3

4

HIPTESIS PARA SU ESTUDIO TRMODINMICO:

FLUIDO DE TRABAJO: AGUA SUBSTANCIA PURA

PROCESOS O EVOLUCIONES: IDEALES INTERNAMENTEREVERSIBLES

LQUIDO INCOMPRESIBLE

CICLO RANKINE IDEALCICLO RANKINE IDEAL

SI CONSIDERAMOS LA PRIMERA LEY APLICADA A ESTE CICLO

ciclo

Qciclo

W

Q neto W neto

Q FC Q FF W neto

W neto W T W B

QFC m h3 h1( ) QFF m h4 h5( )W T m h 3 h 4( )

W B m h 5 h 1( ) W B m v 5 p B p C( )

WnetoQFC

h3 h4( ) h1 h5( )

h3 h1

Caldera Condensador

CARNOTt TFC

DISMINUIR LA TEMPERATURA

PROMEDIO A LA QUE SE ENTREGA CALOR

< TFF

DISMINUCIN DE LA PRESIN EN EL CONDENSADOR

AUMENTO DE LA TEMPERATURA FINAL EN EL SOBRECALENTADOR

AUMENTO DE LA PRESIN EN LA CALDERA

MEJORAS PARA INCREMENTAR LA EFICIENCIA DEL CICLO RANKINE CON SOBRECALENTAMIENTO

1.DISMINUCIN DE LA PRESIN EN EL CONDENSADOR

Temp. medio de enfriamiento

2. AUMENTO DE LA TEMPERATURA FINAL EN EL SOBRECALENTADOR

T3 < Tmax metalrgica

3. AUMENTO DE LA PRESIN EN LA CALDERA

CICLO RANKINE CON EXPANSIN MLTIPLE Y SOBRECALENTAMIENTO INTERMEDIO

Permite incrementar el Wneto sin humedad excesiva al f inal de la expansin

W T m 6 h 5 h 6( ) m 2 h 5 h 7( )+

CICLO RANKINE REGENERATIVO

CALENTADOR ABIERTO

Ver problema 2 del TP4

CICLO RANKINE REGENERATIVO

CALENTADOR ABIERTO

CICLO FRIGORCICLO FRIGORFICOFICO

Fuente Caliente

Fuente fra

MF

QFC

QFF

W N

FFFC

FF

N

FF

QQ

Q

W

Q

sumidaEnergacon

lEnergautiMF

COP

===

FFFC

FC

N

FC

QQ

Q

W

Q

sumidaEnergacon

lEnergautiBC

COP

===

(NO SE LLAMAN RENDIMIENTOS PORQUE SON >1)

CICLO INVERSO DE CARNOT : MXIMA EFICIENCIA

We

TU

RB

INA

IS

OE

NT

R

PIC

A

3

4

CICLO INVERSO DE CARNOT

FFFC

FF

FFFC

FF

FFFC

FF

TT

T

STST

ST

QQ

QMFCarnot

COP

=

=

=

FFFC

FC

FFFC

FC

FFFC

FC

TT

T

STST

ST

QQ

QBCCarnot

COP

=

=

=

EJ: Si TFF=0C=273K Y T FC=30C=303K ; COP MFC=9,1 ; CPFBCC=10,1

S

DIFICULTADES PARA MATERIALIZAR EL CICLO DE CARNOT EN UNA MQUINA REAL

EXPANSIN ISOENTRPICA DE VAPOR HMEDO:

EXPANSIN CON ALTO PORCENTAJE DE HUMEDAD

WE ES PEQUEO FRENTE A LOS COSTOS DE INVERSIN Y OPERACIN DE LA TUBINA

PARA DISMINUIR LA PRESIN DESDE P CON HASTA PEVAP SIMPLEMENTE SE COLOCA UN DISPOSITIVO QUE GENERE PRDIDA DE CARGA:

VLVULA REDUCTORA O TUBO CAPILAR

CICLO FRIGORFICO A COMPRESIN DE VAPOR EN RGIMEN HMEDO

ISOENTLPICA IRREVERSIBLE!!

4

Disminucin en Q FF respecto de Carnot

3

4

INCONVENIENTE: EL COMPRESOR DEBE MANEJAR DOS FASES

CICLO FRIGORFICO A COMPRESIN DE VAPOR EN RGIMEN SECO

HELADERA DOMSTICA

CICLO CON DOBLE EXPANSIN: DOS FROS

CICLO REAL : IRREVERSIBILIDADES

CICLO REAL : IRREVERSIBILIDADES EN EL COMPRESOR

12

12

hh

hh

w

w

lTrabajorea

alTrabajoide s

C

sC

===Rendimiento isoentrpico del compresor

Temp CF

Tamb

SELECCIN DEL REFRIGERANTE:

PEVAP > PATM

PCOND < 20 bar

TEVAP: 5 A 10 C MENOR A LA REQUERIDA EN LA CMARA A REFRIGERAR

TCOND: 5 A 10 C MAYOR QUE LA TFC (AMBIENTE, AGUA SUPERFICIAL O SUBTERRNEA)

NO TXICO

NO CORROSIVO

ALTO PUNTO CRTICO

CALOR LATENTE DE EVAPORACIN ALTO

BAJO COSTO

NO DAAR EL AMBIENTE

AUMENTAR EL EFECTO FRIGORFICO

MINIMIZAR EL TRABAJO DE COMPRESIN

EN EL PRIMER CASO SE RECURRE AL SUBENFRIAMIENTO DEL LQUIDO SATURADO A LA SALIDA DEL CONDENSADOR

EN EL SEGUNDO CASO SE RECURRE A LA COMPRESIN MULTIETAPA CON REFRIGERACIN INTERMEDIA.

MEJORAS PARA INCREMENTAR EL COP

N

FF

W

Q

sumidaEnergacon

lEnergautiMF

COP ==

SUBENFRIAMIENTO DEL LQUIDO SATURADO

N

FF

W

QMF

COP =

COMPRESIN EN DOS ETAPAS Y SUBENFRIAMIENTO DEL LQUIDO SATURADO

COMPRESIN EN DOS ETAPAS Y ENFRIAMIENTO INTERMEDIO POR REINYECCIN

12

34

8

7

6 5

8

ACONDICIONADOR DE AIRE: BOMBA DE CALOR / MQUINA FRIGORFICA

Aire caliente

Aire fro

SISTEMAS DE REFRIGERACIN POR ABSORCIN

ABSORBEDOR

FINFINFINFIN