Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CICLOS DE POTENCIA DE GAS
ideal es donde r es la relación de compresión y k es la relación
de calores específicos c P /c v .
El ciclo Diesel es el ciclo ideal para las máquinas reciprocantes
de encendido por compresión. Este ciclo es muy similar
al de Otto, excepto en que el proceso de adición de calor a
volumen constante se reemplaza por un proceso de adición de
calor a presión constante. Su eficiencia térmica bajo las suposiciones
de aire estándar frío es
donde r c es la relación de corte de admisión, definida como la
relación de los volúmenes de cilindro después y antes del proceso
de combustión.
Los ciclos Stirling y Ericsson son dos ciclos totalmente
reversibles que incluyen un proceso de adición de calor isotérmico
a T H y un proceso de rechazo de calor isotérmico a T L .
Difieren del ciclo de Carnot en que los dos procesos isentrópicos
son sustituidos por dos de regeneración a volumen constante
en el ciclo Stirling y por dos de regeneración a presión
constante en el ciclo Ericsson. Ambos ciclos utilizan regeneración,
un proceso durante el cual se transfiere calor a un dispositivo
de almacenamiento de energía térmica (denominado
regenerador) durante una parte del ciclo y después se transfiere
de nuevo al fluido de trabajo durante otra parte del ciclo.
El ciclo ideal para las máquinas modernas de turbinas de gas
es el ciclo Brayton, que está compuesto por cuatro procesos
internamente reversibles: compresión isentrópica (en un compresor),
adición de calor a presión constante, expansión isentrópica
(en una turbina) y rechazo de calor a presión constante. Bajo las
suposiciones de aire estándar frío, su eficiencia térmica es
1
h tér,Brayton 1
1k 12>k
r p
donde r p P máx /P mín es la relación de presión y k es la relación
de calores específicos. La eficiencia térmica de un ciclo
Brayton simple aumenta con la relación de presión.
La desviación del compresor y de la turbina reales respecto de
los isentrópicos idealizados puede tomarse en cuenta con exactitud
si se utilizan sus eficiencias isentrópicas, definidas como
y
h tér,Otto 1
1
r k 1
1
h tér,Diesel 1
r c
c 1
k 1 k 1r c 12 d
C
w a
h 3 h 4a
T
w s h 3 h 4s
donde los estados 1 y 3 son los estados de entrada, 2a y 4a son
los estados reales de salida, y 2s y 4s son los estados isentrópicos
de salida.
En las máquinas de turbina de gas, la temperatura de los
gases de escape que salen de la turbina a menudo es considerablemente
más alta que la temperatura del aire a la salida
del compresor. Por lo tanto, el aire de alta presión que sale del
compresor se puede calentar transfiriéndole calor de los gases
calientes de escape de turbina en un intercambiador de calor a
contraflujo, que también se conoce como regenerador. El grado
en el que un regenerador se acerca a un regenerador ideal se
llama la eficacia o efectividad P y se define como
P q regen,real
q regen,máx
r k
h 2a h 1
w s h 2s h 1
w a
Bajo suposiciones de aire estándar frío, la eficiencia térmica
de un ciclo Brayton ideal con regeneración se vuelve
h tér,regen 1 a T 1
b1r
T p 2 1k12>k
3
donde T 1 y T 3 son las temperaturas mínima y máxima, respectivamente,
en el ciclo.
La eficiencia térmica del ciclo Brayton se puede también
aumentar utilizando compresión en etapas múltiples con interenfriamiento,
y expansión en etapas múltiples con recalentamiento.
El consumo de trabajo por el compresor se minimiza
cuando se mantienen relaciones de presión iguales a través de
cada etapa. Este procedimiento también maximiza la producción
de trabajo por la turbina.
Los motores de turbina de gas se usan de manera extensa
para accionar aviones porque son ligeros y compactos y tienen
una alta relación de potencia a peso. El ciclo de propulsión
por reacción ideal se distingue del ciclo Brayton ideal simple
en que los gases se expanden parcialmente en la turbina. Los
gases que salen de la turbina a una presión relativamente alta
se aceleran posteriormente en una tobera para proporcionar el
empuje necesario para propulsar el avión.
El empuje neto que desarrolla el motor es
donde m . F m # 1V salida V entrada2
es el flujo másico de los gases, V salida es la velocidad
de salida de los gases de escape y V entrada es la velocidad de
entrada del aire, ambas relativas al avión.
La potencia desarrollada por el empuje del avión se llama la
potencia de propulsión W . P , y está dada por
W # P m # 1V salida V entrada 2V avión
La eficiencia de propulsión es una medida de la eficiencia con
la que se convierte la energía liberada durante el proceso de
combustión en energía de propulsión, y se define como
h P
Potencia de propulsión
Razón de suninistro de energía
Para un ciclo ideal que incluye transferencia de calor sólo con
una fuente a T H y un sumidero a T L , la destrucción de exergía es
q salida
T L
REFERENCIAS Y xLECTURAS destr T 0
RECOMENDADAS q entrada
a
b
T H
W# P
Q # entrada