turbomÁquinas tÉrmicas ct -3412 manual del ingeniero mecánico marks segunda ley de la...
TRANSCRIPT
TURBOMÁQUINAS TÉRMICASCT-3412CT-3412
2-Conceptos básicos 1
Prof. Nathaly Moreno SalasIng. Victor Trejo
Contenido
� Principios básicos de la termodinámica� Primera ley de la termodinámica� Segunda ley de la termodinámica� Propiedades de estancamiento� Ecuación de continuidad� Ecuación de continuidad� Trabajo específico en una turbomáquina� Notación y triángulos de velocidad� Principio de funcionamiento de una turbomáquina� Ecuación de Euler� Rotalpía
¿Qué es la termodinámica?
Es la ciencia que estudia las transformaciones energéticasEs la ciencia que estudia las transformaciones energéticas
Se expresa a travésde 4 principios
Conceptos básicos
Sistema
Es una región del espacio definida por
un observador
Propiedad Termodinámica
Variable que cuantifica
Ciclo
Proceso que inicia y termina en el mismo
Intensivas
FRONTERA
Variable que cuantifica la situación de un
sistema
Estado
Condición del sistema definida por sus propiedades
independientes
Proceso
Es la transformación de un estado a otro
termina en el mismo estado Extensivas
Isotérmico
Isocórico Adiabático
IsobáricoReversible Irreversible
Conceptos básicos
EQUILIBRIO
Un sistema está en equilibrio siempre y cuando no ocurran
cambios en sus propiedades sin un estímulo externo
Térmico
FASE
Cantidad homogénea y uniforme de materia
Térmico
Químico
Mecánico
De fase
Sólido
Líquido
Vapor
Propiedades Termodinámicas
PRESIÓN
TEMPERATURA
Propiedades Estáticas
� El estado termodinámico de una partícula de fluido se define por sus propiedades (p, T, u, h, s); pero desde el punto de vista de la mecánica, también se requiere saber la velocidad de la partícula y, posiblemente, su posición en un campo gravitatorio.
� Las propiedades termodinámicas se denominan � Las propiedades termodinámicas se denominan propiedades de estado; son los valores que se medirán con instrumentos que son estáticos respecto al fluido.
� Las propiedades estáticas representan la estructura molecular del fluido y obedecen a todas las ecuaciones de estado y otras leyes relacionadas con las propiedades y las ecuaciones termodinámicas. La velocidad de la partícula y la elevación se especifican aparte.
Propiedades de Estancamiento
� Estado de estancamiento o total: estado queobtendría un fluido en movimiento si sufriera unadesaceleración adiabática reversible hasta llegar avelocidad cero.
Presión de estancamiento: 21cPP ρ+=Presión de estancamiento:
Entalpía de estancamiento:
Temperatura de estancamiento:
Fuentes: Fundamentos de termodinámica – Van WylenGas Turbine Theory – Savaramuttoo et al.
20 2
1cPP ρ+=
20 2
1chh +=
20 2
1c
CTT
p
+=
Propiedades estáticas y de estancamiento
0… corriente no perturbada1… punto de estancamientoP1 = P0 + ½ρC2
Representación de las propiedades
Diagrama de Fase
M
RR
RTpv
=
=
Tablas de Propiedades
Ecuaciones de estado
Primera ley de la termodinámica
Para un proceso (entre dos estados):
Donde∫ −=−112 )( dWdQEE
mgzmcUE ++= 21
Para un volumen de control abierto en estado estable:
(1)
mgzmcUE ++= 2
2
( ) ( ) ( )
−+−+−=− 1221
2212 2
1zzgccmhhmWQ x &&&
Fuente: Fluid mechanics and thermodynamics of turbomachinery – Dixon S. y Hall C.
“La Energía del Universo se conserva”
Segunda ley de la termodinámica (1/3)
� La segunda ley establece la dirección de estastransformaciones (por ejemplo el calor fluyesiempre de un cuerpo a alta temperatura a uno demenor temperatura a menos que se realice trabajo)y su calidad (irreversibilidades en los procesos)y su calidad (irreversibilidades en los procesos)
Los procesos espontáneosno son reversibles
Segunda ley de la termodinámica (2/3)
� Para un ciclo reversible se tiene que:
� Esto es un indicio de la existencia de una propiedad
∫ = 0T
dQrev
� Esto es un indicio de la existencia de una propiedad(depende del estado y no de la trayectoria). A estaintegral evaluada entre dos estados se le llamacambio de entropía:
12
2
1SS
T
dQrev −=∫
Fuente: Manual del ingeniero mecánico Marks
Segunda ley de la termodinámica (3/3)
� Para un proceso no reversible:
� Esta expresión se puede reescribir en términos de una producción de entropía debido a irreversibilidades como fricción, procesos de mezclado o cualquier otra
12
2
1SS
T
dQ −≤∫
como fricción, procesos de mezclado o cualquier otra fuente de irreversibilidades:
irrevrev S
T
dQSS ∆+=− ∫
2
112
Fuente: Fluid mechanics and thermodynamics of turbomachinery – Dixon S. y Hall C.
Ciclo de Carnot
Máquina de CarnotRendimiento
• No puede existir una máquina térmica que funcionando entre dos fuentes térmicas dadas
tenga mayor rendimiento que una de Carnot
que funcione entre esas mismas fuentes
térmicas.
TEOREMAS DE CARNOT
• Dos máquinas reversibles operando entre las mismas fuentes térmicas tienen el mismo
rendimiento.