Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CICLOS DE POTENCIA DE GAS
P
T
2 3
3
FIGURA 9-5
Tanto en el diagrama P-v como en el
T-s, el área encerrada por la curva del
proceso representa el trabajo neto
del ciclo.
1
w neto
4
v
1
2
w neto
4
s
P
T
T H
T L
1
Isentrópico
Isentrópico
4
q entrada
1 2
4
q entrada
TH = const.
q salida
2
Isentrópico
T L = const.
3
Isentrópico
3
v
análisis de ciclos de potencia ideales. Estos ciclos no implican cualquier irreversibilidad
interna, por lo tanto el único efecto que puede cambiar la entropía
del fluido de trabajo durante un proceso es la transferencia de calor.
En un diagrama T-s un proceso de adición de calor avanza en la dirección de
entropía creciente, uno de rechazo de calor avanza en la dirección de entropía
decreciente y uno isentrópico (internamente reversible, adiabático) avanza a
entropía constante. El área bajo la curva del proceso sobre un diagrama T-s
representa la transferencia de calor para ese proceso. El área bajo el proceso
de adición de calor sobre un diagrama T-s es una medida geométrica del calor
total suministrado durante el ciclo q entrada , y el área bajo el proceso de rechazo
de calor es una medida del calor total rechazado q salida . La diferencia entre estos
dos (el área encerrada por la curva cíclica) es la transferencia neta de calor, la
cual también es el trabajo neto producido durante el ciclo. Por lo tanto, sobre
un diagrama T-s, la relación entre el área encerrada por la curva cíclica y el área
bajo la curva del proceso de adición de calor representan la eficiencia térmica
del ciclo. Cualquier modificación que incremente la relación entre estas dos
áreas mejorará también la eficiencia térmica del ciclo.
Aunque el fluido de trabajo en un ciclo ideal de potencia opera en un circuito
cerrado, el tipo de procesos individuales que componen el ciclo dependen de los
dispositivos individuales utilizados para ejecutar el ciclo. En el ciclo Rankine,
el cual es el ciclo ideal para las centrales termoeléctricas que operan con vapor, el
fluido de trabajo circula por una serie de dispositivos de flujo estacionario, como
la turbina y el condensador; mientras en el ciclo de Otto, que es el ciclo ideal del
motor de automóvil de encendido por chispa, el fluido de trabajo se expande y
comprime alternativamente en un dispositivo de cilindro-émbolo. En consecuencia,
las ecuaciones correspondientes a los sistemas de flujo estacionario deben
utilizarse en el análisis del ciclo Rankine, mientras que las ecuaciones relativas a
sistemas cerrados deben emplearse en el análisis del ciclo de Otto.
q salida
FIGURA 9-6
Diagramas P-v y T-s de un ciclo de
Carnot.
s
9-2 ■ EL CICLO DE CARNOT Y SU VALOR
EN INGENIERÍA
El ciclo de Carnot se compone de cuatro procesos totalmente reversibles: adición
de calor isotérmica, expansión isentrópica, rechazo de calor isotérmico
y compresión isentrópica. Los diagramas P-v y T-s de un ciclo de Carnot se
vuelven a graficar en la figura 9-6. El ciclo de Carnot puede ser ejecutado en
un sistema cerrado (un dispositivo de cilindro-émbolo) o en un sistema de flujo
estacionario (usando dos turbinas y dos compresores, como se muestra en la
figura 9-7), y puede emplearse gas o vapor como el fluido de trabajo. El ciclo
de Carnot es el ciclo más eficiente que puede ejecutarse entre una fuente de