Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 7
Proceso isentrópico:
donde P r es la presión relativa y v r es el volumen específico
relativo. La función s° sólo depende de la temperatura.
El trabajo de flujo estacionario para un proceso reversible
puede expresarse en términos de las propiedades del fluido
como
Para sustancias incompresibles (v constante) se simplifica a
El trabajo realizado durante un proceso de flujo estacionario
es proporcional al volumen específico, por consiguiente,
v debe mantenerse tan pequeño como sea posible durante un
proceso de compresión para minimizar la entrada de trabajo y
tan grande como sea posible durante un proceso de expansión
para aumentar al máximo la salida de trabajo.
Las entradas de trabajo reversibles de un compresor que
comprime un gas ideal de T 1 , P 1 a P 2 de manera isentrópica
(Pv k constante), politrópica (Pv n constante) o isotérmica
(Pv constante), se determina mediante la integración para
cada caso, de donde se obtienen los siguientes resultados:
Isentrópica:
Politrópica:
w comp,ent kR 1T 2 T 1 2
k 1
w comp,ent nR 1T 2 T 1 2
n 1
s° 2 s° 1 R ln
a P 2
b P r2
P 1 sconst P r1
a v 2
b v r2
v 1 sconst v r1
2
w rev v dP ¢ec ¢ep
1
P 2
P 1
w rev v (P 2 P 1 ) ¢ec ¢ep
kRT 1k12>k
1
k 1 caP 2
b 1 d
P 1
nRT 1n12>n
1
n 1 caP 2
b 1 d
P 1
Es posible reducir la entrada de trabajo a un compresor
usando la compresión de etapas múltiples con interenfriamiento.
Para lograr ahorros máximos en la entrada de trabajo,
las razones de presión por cada etapa del compresor deben ser
iguales.
La mayoría de los dispositivos de flujo estacionario operan
bajo condiciones adiabáticas, y el proceso ideal para estos
dispositivos es el isentrópico. El parámetro que describe qué
tanta eficiencia tiene un dispositivo para acercarse al dispositivo
isentrópico correspondiente se llama eficiencia isentrópica
o adiabática. Para las turbinas, compresores y toberas
aceleradoras, se expresa como sigue:
Trabajo real de la turbina
h T
Trabajo isentrópico de la turbina w a
h 1 h 2a
w s h 1 h 2s
Trabajo isentrópico del compresor
h C w s
h 2s h 1
Trabajo real del compresor w a h 2a h 1
hN
Energía cinética real a la
salida de la tobera
Energía cinética isentrópica
a la salida de la tobera
En las relaciones anteriores, h 2a y h 2s son los valores de la
entalpía en el estado de salida para los procesos real e isentrópico,
respectivamente.
El balance de entropía para cualquier sistema que experimenta
cualquier proceso puede expresarse en forma general
como
S
123
ent S sal S
123 gen ¢S
123 sistema
Transferencia neta
de entropía por calor
y masa
o, en forma de tasa, como
Generación
de entropía
Cambio de
entropía
S # 123
ent S # sal S # gen
123 dS
123 sistema >dt
Tasa de transferencia
neta de entropía por
calor y masa
Tasa de generación
de entropía
V 2
2a
h 1 h 2a
2
V 2s h 1 h 2s
Tasa de cambio de
entropía
Para un proceso general de flujo estacionario se simplifica a
Isotérmica: w comp,ent RT ln
P 2
P 1
S # gen a m# es e a m# Q # k
is i a
T k
REFERENCIAS Y LECTURAS RECOMENDADAS
1. A. Bejan, Advanced Engineering Thermodynamics, 2a.
ed., Nueva York, Wiley Interscience, 1997.
2. A. Bejan, Entropy Generation through Heat and Fluid
Flow, Nueva York, Wiley Interscience, 1982.
3. Y. A. Çengel y H. Kimmel, “Optimization of Expansion in
Natural Gas Liquefaction Processes”, LNG Journal, U.K.,
mayo-junio, 1998.
4. Y. Çerci, Y. A. Çengel y R. H. Turner, “Reducing the Cost
of Compressed Air in Industrial Facilities”, International
Mechanical Engineering Congress and Exposition, San
Francisco, California, 12-17 de noviembre, 1995.
5. W. F. E. Feller, Air Compressors: Their Installation,
Operation, and Maintenance, Nueva York, McGraw-Hill,
1944.
6. D. W. Nutter, A. J. Britton y W. M. Heffington, “Conserve
Energy to Cut Operating Costs”, Chemical Engineering,
septiembre de 1993, pp. 127-137.
7. J. Rifkin, Entropy, Nueva York, The Viking Press, 1980.