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MAQUINAS TERMICAS, REFRIGERADORES Y BOMBAS DE CALOR

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by

Juan Sebastian Orozco

on 12 June 2014

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Transcript of MAQUINAS TERMICAS, REFRIGERADORES Y BOMBAS DE CALOR

teórica y experimentalmente se sabe que :

(Maquina térmica)
Una planta eléctrica de carbono produce una potencia neta de 300MW con una eficiencia térmica total de 32%. La relación real gravimétrica aire-combustible en el horno se calcula que es 12 Kg aire / Kg de combustible. el poder calorífico del carbono es 28 000 KJ/Kg. determinar:

Segunda ley de la termodinámica
1° ley de la termodinámica
: principio de la conservación de la energía.

"la energía no se crea ni se destruye si no que se transforma."
REFRIGERANTES
MAQUINAS TÉRMICAS, REFRIGERADORES Y BOMBAS DE CALOR
( Bomba de calor)
Al condensador de una bomba de calor residencial entra refrigerante (134a) a una presión de 800 KPa y una temperatura de 35°C, y sale a si el comprensor consume 1.2 KW de potencia, determinar:
BOMBAS DE CALOR
2° ley de la termodinámica
: Orientación de la energía.

"los procesos de transferencia ocurren en un solo sentido y no en dirección contraria".
"un proceso puede ocurrir siempre y cuando se cumplan la 1° y 2° ley de la termodinámica".
naturalmente no es posible que halla transferencia en sentido inverso, pero teóricamente si es posible siempre y cuando se cumpla que :

E. (perdida un sistema) = E.(gana otro sistema)


La segunda ley de la termodinámica corrobora que la energía tiene cantidad y calidad.
La 1° ley estudia la cantidad y la transformacional que sufre la energía.
La 2° ley estudia la calidad y la degradación que sufre la energía en un procesos de transferencia.
Corolario:
DEPÓSITOS DE ENERGÍA TÉRMICA
Es un cuerpo hipotético que es capas de almacenar o ceder energía sin alterar su propia temperatura.

: deposito de energía que pose una temperatura alta.
: deposito de energía que pose una temperatura baja.
para que: Q (Energía)→W , se requiere un dispositivo especial llamado "maquina térmica".

MAQUINAS TÉRMICAS
Características
las maquinas térmicas cumple con la siguientes características:

Reciben calor de un de pósito de energía a alta temperatura.
Convierte una parte del calor (Q.in) en trabajo (W.out).
Siempre liberan calor (Q.out).
Trabajan con un "
fluido de trabajo
".
Principios de Funcionamiento
EFICIENCIA Y AHORRO DE Q
Una maquina térmica con una eficiencia alta , consume menos Q(in), transforma mas Q(in) en W(ou), y desecha menos Q(out)

n(ter) de un automóvil = 25%
n(ter) central eléctrica =60%
n(ter) motor diésel = 40%
ENUNCIADO DE KELVIN PLANCK
En referencia a la 2° ley de la termodinámica y a procesos cíclicos:

"es imposible que un dispositivo que opera en un ciclo, reciba calor de un solo deposito y produzca una cantidad neta de trabajo".
TIPOS DE MAQUINAS TÉRMICAS
(Energía)
Una Maquina térmica:
"
Es un dispositivo que opera en ciclos por medio de una fuente de energía en forma de calor, la cual se transforma en trabajo".
PRINCIPIOS UNA MAQUINA DE VAPOR :

Toda maquina térmica posee:

Un calor de entrada (Q(in))
Un trabajo neto de salida( W(neto, out).
Un calor despreciado Q(out).
EFICIENCIA TÉRMICA ( )
- El calor neto de salida W(neto, out), se puede calcular por otros componentes presentes en el sistema:

En sistemas abiertos donde ahí volumen de control por medio de : (m) de entrada y salida.
en sistemas cerrados, donde no entra ni sale energía, (dU=O).
como:
La Eficiencia térmica: "es la fracción de q(in) que se transforma en W(neto,out)".

lo cual mide el desempeño de una maquina térmica
Así, recíprocamente :
: es el calor que proviene de un deposito
: es el calor que se deposita en
¿Seria posible retirar el condensador de una central eléctrica con el fin de ahorrar la energía que sale en forma de calor?
Parte del Q(in) cumple la función de elevar el gas de 30°C a 90°C.
En condiciones ideales ( sin pesa y sin fricción pistón cilindro) igualmente libera energía)
¿ Es posible transferir de nuevo los 85 KJ que se encuentra a 90°C y que libera el sistema, a la fuente de energía T(H) ?
No, por que:
1. Q se transfiere de T° mayor a menor.
2. Q(out) debe de tener la misma calidad que Q(in).
3. toda maquina térmica debe de tener un Q(out).
CURIOSIDAD:
Maquina vapor
(Newcomen)
Maquina de vapor
( James Watt)
-De este enunciado se deduce:

1.ninguna maquina térmica puede tener una eficiencia de 100%.
2. en una maquina térmica, el flujo de trabajo debe intercambiar calor con el ambiente.
Teórica y experimentalmente se sabe que :

La energía en forma calor se trasmite
donde,
"para realizar un proceso de transferencia en sentido contrario, se requiere de un " refrigerador".
Un Refrigerador :
"es un dispositivo que hace transferencias de calor de forma descendente, de menor a mayor".
características :

Son dispositivos cíclicos
Tienen como flujo de trabajo un refrigerante.
el ciclo de refrigeración se denomina: " refrigeración por compresión de vapor".
Operan bajo un Trabajo neto de entrada.
FUNCIONAMIENTO
proceso:

Compresión: el refrigerante entra al Comprensor donde sale a T° y P. alta
Condensación: el refrigerante entra a T° y P. alta al condensador de donde disminuye T°.
estrangulamiento: el refrigerante pasa por la válvula de expansión, donde disminuye T° y P. de esta forma el refrigerante sale en gas.
Evaporador.
Comprensor.
Condensador.
Válvula de expansión.
COEFICIENTE DE DESEMPEÑO:
El Coeficiente de desempeño ( COP): " es la eficiencia que tiene un refrigerador al momento de eliminar calor de un espacio o deposito".

Para que un refrigerante retire calor de un sistema (Q(L)), requiere un W(neto,In).
como :
Los refrigeradores y las bombas de calor tienen los mismo proceso y ciclos, difieren en su objetivos.
un refrigerador: mantiene un espacio a una temperatura baja, retirando calor de este.
una bomba de calor: mantiene un espacio a temperatura altas, bombeado calor a este.
FUNCIONAMIENTO:
toma calor de un deposito T(L), para bombear a un espacio que se desea mantener a temperatura alta.
Fuentes de T(L):
aire de un exterior.
Agua de un pozo.
Objetivos de T(H):
espacios cerrados como:
casas en invierno.
muestras de laboratorio

COEFICIENTE DE DESEMPEÑO (COP)
el coeficiente de desempeño (COP) para bombas de calor tiene la misma significado de el COP para refrigeradores:
Pero como en bombas de calor, su objetivo es el Q(h), su expresión cambia:
se dice que , por lo tanto, en los peores de los casos,( no funcionara la bomba de calor), esta funcionara.
Si, el desempeño es deficiente probablemente por que la diferencia de T(L) y T(h) es muy grande.
Si, , significa que esta en óptimo rendimiento.
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
COMBUSTIÓN INTERNA
COMBUSTIÓN EXTERNA
BOMBA
ANÁLISIS DE DESEMPEÑO
Como:
Como:
Generalmente trabajan con un flujo de trabajo que tiene un poder calorífico alto.
El calor se produce adentro del sistema por medio de combustión o explosión.
Generalmente requiere un trabajo de entrada.
La fuente de calor se encuentra retirada.
Generalmente parte del trabajo neto de salida producido se vuelve a integrar al sistema.
EJEMPLOS:
(Combustión Externa)
Se transfiere calor a una maquina térmica desde un horno a una tasa de 80 MW. Si la tasa de rechazo de calor hacia un río cercano es 50 MW, determinar la salida de potencia neta y la eficiencia térmica.
Un motor de automóvil con una salida de potencia de 65 hp tienen una eficiencia térmica de 24%. determine la tasa de consumo de combustible de este automóvil.
Se libera 19 000 Btu/ de energía por cada lbm de combustible quemado.
(Combustión interna)
como :
< 1
1.
2.
Por ejemplo:
Datos:
como :
Como:
Datos:
La tasa de masa debe ser:
Ejemplos de Bombas calor:
Curiosidad:
Resumen de formulas :
MAQUINAS TÉRMICAS :
Trabajo neto de salida:
Con respecto a Depósitos de energía:
Eficiencia térmica:
REFRIGERADORES:
Respecto a deposito de energía:
Trabajo:
Poseen:
Trabajo neto de entrada
Calor absorbido
Calor retirado
= Calor expulsado del dispositivo
= Calor retirado del espacio refrigerado.
= A donde va el calor expulsado.
= Espacio refrigerado.
Coeficiente de desempeño de refrigeración:
BOMBAS DE CALOR:
Respecto a deposito de energía:
(deseado)
= Calor expulsado del dispositivo
= Calor retirado del deposito frío.
= A donde va el calor expulsado.
= De donde se obtiene
(deseado)
Coeficiente de desempeño de refrigeración:
Trabajo:
Ejercicios:
a). La cantidad de carbono que se consume durante el periodo de 24 horas.
b). El flujo másico del aire que fluye por el horno.

a). el COP de la bomba de calor.
b). la tasa de absorción de calor del aire exterior.
Válvula de inversión
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