Ing°Oscar Zelada Mosquera

CICLOSTERMODINÁMICOS

CICLO SIMPLE DE POTENCIA:

• La potencia de salida en el eje de la turbina ( ) se produce al expandirse vapor sobrecalentado a alta presión y temperatura correspondiente al estado 1, de forma adiabática hasta una presión baja (posiblemente menor que po) correspondiente al estado 2 donde la fase del fluido es una mezcla húmeda de alta calidad.

• A continuación el fluido pasa a presión constante por un intercambiador de calor denominado condensador. El calor cedido ( ) modifica el estado del fluido hasta líquido saturado en el estado 3.

turbW

condQ

CICLO SIMPLE DE POTENCIA:

• Mediante una bomba que recibe trabajo ( ), se comprime el fluido adiabáticamente hasta la presión de entrada de la turbina llegando hasta el estado 4. En este punto, el fluido se suele tomar como incompresible y el proceso adiabático como isotermo.

• Finalmente se utiliza una caldera (intercambiador de calor) para elevar la temperatura del fluido, a presión constante (p4 = p1) hasta el valor deseado de entrada en la turbina. El calor suministrado a la caldera ( ) se obtiene de la combustión de carbón, bagazo, gas natural o de una fuente nuclear.

• Eficiencia del ciclo: 30 a 40%.

bombaW

calderaQ

CICLO SIMPLE DE POTENCIA:

• 3-4 Compresión isentrópica en una bomba.

• 4-1 Adición de calor a presión constante en una caldera.

• 1-2 Expansión isentrópica en una turbina.

• 2-3 Rechazo de calor a presión constante en un condensador.

entrada

neto

Q

W

CICLO SIMPLE DE POTENCIA:

• En un ciclo simple de potencia entra vapor de agua a la turbina a 40 bar y 440°C y sale a 0,08 bar y una calidad del 88%. Del condensador sale líquido saturado a 0,08 bar y la variación de la temperatura en la bomba adiabática es despreciable. Determina:a) El trabajo de la turbina.b) El calor cedido en el condensador.c) El trabajo de la bomba en kJ/kg.d) El porcentaje de calor suministrado en la caldera que se convierte en trabajo neto a la salida.

CICLO SIMPLE DE POTENCIA:

• En un ciclo simple de potencia, cuya potencia de salida neta es de 9 MW, el vapor de agua entra a la turbina a 10 MPa, 560 °C y sale a 0,010 MPa y una calidad del 86%. Del condensador sale líquido saturado a 0,010 MPa y la variación de temperatura en la bomba adiabática es despreciable. Determina:a) El trabajo de la bomba y la turbina, ambos en kJ/kg.b) El porcentaje de calor suministrado en la caldera que se convierte en trabajo neto a la salida.c) El flujo de calor cedido en el condensador.

CICLO DE REFRIGERACIÓN PORCOMPRESIÓN DE VAPOR:• Como resultado del calor extraído de la región

fría ( ), el refrigerante se evapora al atravesar el intercambiador de calor. La evaporación se produce a temperatura y presión constantes desde el estado 4 hasta el estado 1, de vapor saturado, como se muestra en el diagrama p-v.

• Esta energía añadida al refrigerante en el evaporador debe cederse al entorno antes que se repita el ciclo. Se consigue comprimiendo el vapor saturado en el estado 1 hasta vapor sobrecalentado en el estado 2, de modo que T2 sea mucho mayor que la temperatura ambiente. Este proceso de compresión requiere aportar trabajo ( )

evapQ

compW

CICLO DE REFRIGERACIÓN PORCOMPRESIÓN DE VAPOR:• Mientras que el refrigerante pasa por el

condensador del estado 2 hasta el estado 3 en el que se convierte en líquido saturado, se cede energía transfiriendo calor al ambiente ( )

• Finalmente la presión se reduce a la del evaporador al pasar el refrigerante del estado 3 al estado 4 a través de una válvula de estrangulamiento, la cual provoca la evaporación de una parte del fluido, de modo que el refrigerante es una mezcla húmeda de baja calidad cuando entra al evaporador en el estado 4.

condQ

CICLO DE REFRIGERACIÓN PORCOMPRESIÓN DE VAPOR:• 1-2 Compresión isentrópica en un

compresor.• 2-3 Rechazo de calor a presión

constante en un condensador.• 3-4 Estrangulamiento en un

dispositivo de expansión.• 4-1 Absorción de calor a presión

constante en un evaporador.

entradaneto

evapfrig

W

QCOP

,

Re

CICLO DE REFRIGERACIÓN PORCOMPRESIÓN DE VAPOR:• El gasto másico del refrigerante R134a circulante por un ciclo de refrigeración de vapor es 0,07

kg/s que entra al compresor adiabático a 1,8 bar como vapor saturado y sale a 7 bar a 50ºC. El fluido es líquido saturado a la salida del condensador.a) La potencia de entrada al compresor en kW.b) El flujo de calor en el evaporador en kJ/s.c) El coeficiente adimensional definido como el calor transferido en el evaporador dividido

entre el trabajo del compresor.

CICLO DE REFRIGERACIÓN PORCOMPRESIÓN DE VAPOR:• Un ciclo de refrigeración cuyo compresor tiene una potencia de entrada de 3 kW funciona con

refrigerante R134a que entra al compresor adiabático a 2 bar como vapor saturado y sale a 8 bar y 50ºC. el fluido a la salida del condensador es líquido saturado a 8 bar. Determina:a) El flujo másico del fluido en kg/min.b) El coeficiente adimensional definido como el calor transferido en el evaporador dividido

entre el trabajo del compresor.c) El flujo de calor en el condensador en kJ/s.