reporte equipo 5 petrofisia

Upload: jhonny-gonzalez-salvador

Post on 02-Mar-2018

217 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    1/32

    PROYECTO:Exposicin de ciclos termodinmicos

    ALUMNOS:

    1) Johnny Gonzlez Salvador2) Ftima Cristell Bentez !el"ado#) Jac$%eline &artnez 'ernndez

    () mar sorio Fonoy*) +lan del ,n"el

    MAESTRO:

    !ra- +n".lica Ga/riela 0ital campo

    MATERIA:

    ermodinmica

    EQUIPO:

    *to

    AREA:

    n"- 3etrolero

    FECHA DE ENTREGA:

    1#4Septiem/re4251*

    Introduccin:

    Se denomina ciclo termodinmico al proceso $%e tiene l%"ar en6

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    2/32

    20

    !ispositivos destinados a la o/tencin de tra/a7o a partir de dos 8%entes de

    calor a distinta temperat%ra 9&$%inas .rmicas)o: de manera inversa: a

    prod%cir el paso de calor de la 8%ente de menor temperat%ra ala 8%ente de

    mayor temperat%ra mediante la aportacin de tra/a7o 9;e8ri"eradores y

    Bom/as de Calor)-

    El rendimiento es el principal parmetro $%e caracteriza a %n ciclo

    termodinmico y se de8ine como el tra/a7o o/tenido dividido por el calor

    "astado en el proceso: en %n mismo tiempo de ciclo completo si el proceso es

    contin%o-

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    3/32

    20

    ndice.............................................................................................................................3

    CICLOS DE POTENCIAS................................................................................................4

    Ciclo Termodinmico....................................................................................................

    Ciclo Otto......................................................................................................................!

    "endimiento Del Ciclo De Otto Ide#l...........................................................................$

    E%ercicio Ciclo Otto.....................................................................................................&&

    Ciclo Di'(el.................................................................................................................&3

    CICLO DE "E)"I*E"ACI+N......................................................................................&,

    Ciclo -r#ton /Tur0in#( De *#(1................................................................................&$

    Pro0lem# De L# Eicienci# Del Ciclo C#rnot.............................................................2

    Pro0lem# Del Ciclo C#rnot........................................................................................2!

    Ciclo "#nine..............................................................................................................2$

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    4/32

    20

    CICLOS DE POTENCIAS

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    5/32

    20

    Ciclo Termodinmico

    Se denomina ciclo termodinmicoa c%al$%ier serie de procesos

    termodinmicos tales $%e: al transc%rso de todos ellos: el sistema re"resa as% estado inicial> es decir: $%e la variacin de las ma"nit%destermodinmicas

    propias del sistema sea n%la-

    ?o o/stante: a varia/les como el caloro el tra/a7o no es aplica/le lo

    anteriormente dicho ya $%e .stas no son 8%nciones de estado del sistema: sino

    trans8erencias de ener"a entre .ste y s% entorno- @n hecho caracterstico de

    los ciclos termodinmicos es $%e la primera ley de la termodinmica dicta $%e6

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    6/32

    20

    Ciclo Otto

    &%chas de las m$%inas t.rmicas $%e se constr%yen en la act%alidad 9motoresde camiones: coches: ma$%inaria: etc) estn provistas de %n motor

    denominado motor de c%atro tiempos- El ciclo $%e descri/e el 8l%ido de tra/a7o

    de dichas m$%inas se denomina ciclo de tto-

    +$%ellos motores en los $%e la compresin se realiza mediante la mezcla aire4

    com/%sti/lereci/en el nom/re de motores de encendido provocado! En este

    tipo de motores el encendido se ha de provocar de manera

    arti8icial9"eneralmente con %na chispa)-

    El ciclo Ottoes el ciclo termodinmico $%e se aplica en los motores de

    com/%stin interna de encendido provocado 9motores de "asolina)- nventado

    por ?icola%s tto en 1A- Se caracteriza por$%e en %na primera aproximacin

    terica: todo el calor se aporta a vol%men constante-

    En el ciclo de Otto: el 8l%ido de tra/a7o es %na mezcla de aire y "asolina $%e

    experimenta %na serie de trans8ormaciones 9seis etapas: a%n$%e el tra/a7o

    realizado en dos de ellas se cancela) en el interior de %n cilindro provisto de %n

    pistn-

    'ay dos tipos de motores $%e se ri"en por el ciclo tto: los motores de dos

    tiempos y los motores de c%atro tiempos- Este =ltimo: 7%nto con el motor !iesel:es el ms %tilizado en los a%tomviles ya $%e tiene %n /%en rendimiento y

    contaminan m%cho menos $%e el motor de dos tiempos-

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    7/32

    20

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    8/32

    20

    El "roce#o con#t$ de #ei# et$"$#:

    %&'4 Admi#i(n6

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    9/32

    20

    ener"a mecnica: ya $%e el tra/a7o d%rante esta trans8ormacin es

    positivo-

    !%rante esta etapa la presin dismin%ye y la mezcla se en8ra

    li/erndose calor al exterior-

    '&%4 E#c$"e6 la vlv%la de escape se a/re: exp%lsando al exterior losprod%ctos de la com/%stin- +l 8inalizar esta etapa el proceso v%elve acomenzar-

    El tra/a7o total realizado d%rante el ciclo es "o#iti1o9ya $%e .ste se recorre en

    sentido horario)- Como se o/serva en la parte iz$%ierda de la animacin: el

    tra/a7o realizado por el sistema d%rante las etapas 51 y 15 es i"%al en valor

    a/sol%to pero de si"no contrario: por lo $%e no contri/%yen al tra/a7o total-

    El movimiento del pistn se transmite a la .iel$y de .sta al ci"Deal-

    3osteriormente este movimiento se transmite a las r%edas-

    Rendimiento Del Ciclo De Otto Ideal

    El rendimiento del ciclo de tto: como el de c%al$%ier otra m$%ina t.rmica:

    viene dado por la relacin entre el tra/a7o total realizado d%rante el ciclo y elcalor s%ministrado al 8l%ido de tra/a7o6

    Fl%ido de tra/a7o6

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    10/32

    20

    S%poniendo $%e la mezcla de aire y "asolina se comporta como %n "as ideal:los calores $%e aparecen en la ec%acin anterior vienen dados por6

    S%stit%yendo en la expresin del rendimiento6

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    11/32

    20

    El rendimiento expresado en 8%ncin de la relacin de compresin es6

    Hcoe8iciente adia/tico

    El rendimiento de"ende del 3r$do de com"re#i(n : c%anto mayor sea:mayor ser el rendimiento del ciclo de tto-

    Ejercicio Ciclo Otto

    @n ciclo tto ideal monocilindrico de c%atro tiempos y 5 9mm) de dimetro de

    pistn esta limitados por los vol=menes v1=480cm3y v2=120cm

    3

    :y por las

    presiones a/sol%tas si"%ientes6

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    12/32

    20

    p1=0.1 (MPa) , p

    2=0.7 (MPa) , p

    3=3.5 (MPa )y p

    4=0.5 (MPa ) . Si consideramos

    $%e la s%stancia de tra/a7o es aire como "as ideal: determine6

    a) El dia"rama de la presin en 8%ncin del vol%men : p=f(V) y la relacin de

    compresin-

    /)

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    13/32

    20

    V1

    V2

    K1

    T2=T1

    S%stit%yendo los t.rminos6

    0.00048

    0.00012 .k1

    T2=(308.15 k)

    T2=536.52K

    C)

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    14/32

    20

    Ciclo Diel

    @n ciclo !i.sel ideal es %nmodelo simpli8icado de lo $%eoc%rre en %n motor di.sel- En%n motor de esta clase: a

    di8erencia de lo $%e oc%rre en%n motor de "asolina lacom/%stin no se prod%ce por lai"nicin de %na chispa en elinterior de la cmara- En s% l%"ar: aprovechando las propiedades $%micas del"asleo: el aire es comprimido hasta %na temperat%ra s%perior a la dea%toi"nicin del "asleo y el com/%sti/le es inyectado a presin en este airecaliente: prod%ci.ndose la com/%stin de la mezcla-

    3%esto $%e slo se comprime aire: la relacin de compresin 9cociente entre el

    vol%men en el p%nto ms /a7o y el ms alto del pistn) p%ede ser m%cho msalta $%e la de %n motor de "asolina 9$%e tiene %n lmite: por ser indesea/le laa%toi"nicin de la mezcla)-

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    15/32

    20

    Com.)#ti(n 54C

    @n poco antes de $%e el pistn lle"%e a s% p%nto ms alto y contin%ando

    hasta %n poco desp%.s de $%e empiece a /a7ar: el inyector introd%ce el

    com/%sti/le en la cmara- +l ser de mayor d%racin $%e la com/%stin

    en el ciclo tto: este paso se modela como %na adicin de calor a

    presin constante- ste es el =nico paso en el $%e el ciclo !ieselse di8erencia del tto-

    E6"$n#i(n C4D

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    16/32

    20

    Rendimiento en *)nci(n de l$# tem"er$t)r$#

    n ciclo di'(el contiene do( 5roce(o #di#0tico(6 A7- C7D6 en lo( 8ue

    no (e interc#m0i# c#lor. De lo( otro( do(6 en el c#lent#miento # 5re(in con(t#nte -7C6el 9#( reci0e un# c#ntid#d de c#lor Qc del e;terior i9u#l #

    En el en8riamiento a vol%men constante !I+ el sistema cede %na cantidad decalor al am/iente

    El rendimiento del ciclo ser entonces

    Con H cp c0 la proporcin entre las capacidades calor8icas-

    Rendimiento en *)nci(n de lo# 1ol8mene#

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    17/32

    20

    3ara la expansin a presin constante: aplicando la ec%acin de estado de los

    "ases ideales

    ntrod%ciendo ahora la relacin rc 0C 0B o/tenemos

    3or =ltimo: para la temperat%ra en ! aplicamos de n%evo la ley de 3oisson y el$%e el en8riamiento es a vol%men constante6

    &%ltiplicando y dividiendo por 0B y aplicando el valor de la temperat%ra en C

    Com/inado estos res%ltados nos $%eda

    S%stit%yendo esto en la expresin del rendimiento o/tenemos 8inalmente

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    18/32

    20

    CICLO DE RE!RI"ERACI#N

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    19/32

    20

    Ciclo $ra%ton &Tur'ina De "a()

    El ciclo de Brayton es %n proceso cclico "eneralmente asociado con la t%r/ina

    de "as- Como otros ciclos de potencia de com/%stin interna es %n sistemaa/ierto: a%n$%e para el anlisis termodinmico es %na s%posicin convenienteas%mir $%e los "ases de escape son re%tilizados en la aspiracin: lo $%eposi/ilita el anlisis como %n sistema cerrado- F%e nom/rado por Geor"eBrayton: y es tam/i.n conocido como ciclo de Jo%le-

    El modelo termodinmico de las t%r/inas de "as se 8%ndamenta en el ciclo deBrayton: a pesar de $%e se "eneraliza como ciclo termodinmico: en realidad el8l%ido de tra/a7o no c%mple %n ciclo completo en las t%r/inas de "as ya $%e.ste 8inaliza en %n estado di8erente al $%e tena c%ando inici los procesos: sepodra decir $%e es %n ciclo a/ierto-

    El o/7etivo de .sta m$%ina t.rmica es convertir ener"a calrica contenida enel com/%sti/le y %tilizarlo como ener"a mecnica en el e7e de la misma-

    El ciclo /sico de Brayton en condiciones ideales est comp%esto por c%atroprocesos6

    142- Compresin isentrpica en %n compresor-

    24#- +dicin de calor al 8l%ido de tra/a7o a presin constante en %n

    intercam/iador de calor o %na cmara de com/%stin-

    #4(- Expansin isentrpica en %na t%r/ina-

    (41- ;emocin de calor del 8l%ido de tra/a7o a presin constante en %nintercam/iador de calor o en la atms8era-

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    20/32

    20

    +plicado a la t%r/ina de "as> aire en condiciones am/iente se introd%ce dentrodel compresor donde s% temperat%ra y presin se eleva- El aire a alta presinva a la cmara de com/%stin donde el com/%sti/le se $%ema a presinconstante-

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    21/32

    20

    por %no de rechazo de calor a presin constante hacia el aire am/iente-

    El 8l%ido de tra/a7o en ciclo cerrado entra al intercam/iador de calor detemperat%ra elevada en el estado 2: donde se le a"re"a ener"a a %n procesode presin constante: hasta $%e alcanza la temperat%ra elevada del estado #-Entonces: el 8l%ido entra a la t%r/ina y tiene l%"ar %na expansin isentrpica:prod%ciendo cierto tra/a7o- El 8l%ido sale de la t%r/ina al estado ( y pasa a ser

    en8riado: en %n proceso a presin constante: en el intercam/iador de calor de/a7a temperat%ra: de donde sale al estado 1: listo para entrar al compresor: yel ciclo se repite-

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    22/32

    20

    Ciclo Carnot

    Carnot descri/i en 1A2(: en s% artc%lo MS%r la p%issance

    motrice d% 8e%M: c%ando tena 2A aos: %n motor idealreversi/le $%e 8%nciona/a con el rendimiento mximo en %nciclo m%y sencillo: 8ormado por dos tramos isot.rmicos ydos adia/ticos: ciclo $%e hoy da se conoce como El Ciclode Carnot-

    !esde el concepto de Ciclo de Carnot el matemtico y8sico alemn ;%do88 E- Cla%si%s 91A2241AAA) p%do pro/aren 1A*5 %n teorema 8%ndamental para el desarrollo posterior de laermodinmica: $%e permiti esta/lecer matemticamente el concepto deEntropa-

    El Ciclo llamado de Carnot es %n ciclo reversi/le $%e consta de c%atro tramos6dos a temperat%ra constante 9dos procesos isot.rmicos): y otros dos sina/sorcin ni cesin de calor 9dos procesos adia/ticos)- Es decir: se trata de%na trans8ormacin /it.rmica 9entre dos temperat%ras)-

    Es %n ciclo ideal comprendido por dos procesos isot.rmicos y dos procesosadia/ticos-

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    23/32

    20

    Ciclo de C$rnot: '9 -9 /9 2

    A,3roceso 1:2 9isot.rmico)6 Se a/sor/e calor del 8ococaliente y el "as se expande-

    5, 3roceso 2:# 9adia/tico)6

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    24/32

    20

    El ciclo ', -, /, 2, #e re"ite inde*inid$mente!

    En cada ciclo la m$%ina realiza %n tra/a7o mecnico i"%al al calortrans8erido Q de T-a T'- Esto se ded%ce del primerprincipio de la termodinmica: pero tam/i.n lo

    podemos compro/ar %sando las i"%aldadeso/tenidas en cada ciclo- En e8ecto:

    Q ; Q'< Q/; '< /

    donde la se"%nda i"%aldad se o/tiene de ',y /,- 3or otro lado: elestado del "as al terminar %n ciclo es el mismo $%e alcomenzarlo: por lo $%e el cam/io de s% ener"a interna de/eser cero: es decir6

    U'< U-< U/< U2; %

    !e esta =ltima i"%aldad y de ',9 -,9 /, 7 2,seded%ce $%e -< 2; %!3or lo tanto

    Q ; '< /; '< -< /< 2; !

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    25/32

    20

    '!- =

    Q1

    Q1

    Q2

    Q1

    '!/

    =1Q

    2

    Q1

    ;=U

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    26/32

    20

    Pro'lema De La E*ciencia Del Ciclo Carnot

    @na m$%ina t.rmica tra/a7a entre dos 8ocos a #55 NC y 155 NC- +/sor/iendo%na cantidad de calor K1 155 Ocal y cediendo %n tra/a7o de *5-OJ-

    !eterminar6a) El rendimiento de la m$%ina t.rmica-/) El mximo rendimiento $%e podra lle"ar a tener esa m$%ina t.rmica-c) El calor cedido a la 8%ente 8ra

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    27/32

    20

    Pro'lema Del Ciclo Carnot

    @na m$%ina t.rmica $%e tra/a7a entre dos 8ocos t.rmicos a 155 O y *55 O:a/sor/e en cada ciclo 1555 J de calor del 8oco caliente- Si s% rendimiento esdel 25P: responder a las si"%ientes pre"%ntas6

    +) Q

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    28/32

    20

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    29/32

    20

    Ciclo Ran+ine

    El ciclo de ;anine es %n ciclo termodinmico$%e tiene como o/7etivo la

    conversin de caloren tra/a7o: constit%yendo lo $%e se denomina %n ciclo de

    potencia- @tiliza %n 8l%ido de tra/a7o $%e alternativamente evapora y condensa:

    tpicamente a"%a-

    Componentes6 Condensador: Bom/a: Caldera y %r/ina-

    1- El vapor de /a7a presin $%e sale de la t%r/ina se introd%ce en %n

    condensador y cam/ia s% estado a l$%ido-

    2- 3osteriormente: %na /om/a se encar"a de a%mentar la presin del 8l%ido en

    8ase l$%ida para volver a introd%cirlo en la caldera-

    #- El vapor de a"%a $%e es prod%cido en %na caldera a alta presin y es llevado

    a %na t%r/ina donde se expande para "enerar tra/a7o-

    (- +l salir de la t%r/ina el vapor de /a7a presin es n%evamente introd%cido al

    condensador cerrando de esta manera el ciclo-

    El dia"rama 40 de %n ciclo ;anine est 8ormado por c%atro procesos6 dos

    isoentrpicos y dos iso/ricos-

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    30/32

    20

    operan se"=n procesos isoentrpicos 9adia/ticos e internamente reversi/les)-

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    31/32

    20

    qentr=h3-h2

    El tra/a7o isentrpico de la t%r/ina es6

    Tt%r/h#4h(

    El calor cedido en el condensador es6

    $salh(4h1

    El rendimiento t.rmico de %n ciclo de ;anine ideal p%ede escri/irse entonces

    como6

    Entonces el tra/a7o neto para el ciclo es6

    Wneto=Wtur wbom

    $i'lio,ra*a

  • 7/26/2019 Reporte Equipo 5 petrofisia

    32/32

    &1