Sección 1 - Introducción a Termodinámica II Flashcards
Conceptos, Clasificación de ciclos, Suposiciones de ciclos termodinámicos, Ciclo de Carnot, Suposiciones del aire y Máquinas reciprocantes.
¿Qué es la Termodinámica?
Termodinámica es la rama de la física que se ocupa del estudio de la energía y sus transformaciones en los sistemas.
¿Qué es la energía?
La capacidad para realizar un trabajo, cambio, movimiento, etc.
Escribir los 3 grupos de clasificación de los ciclos termodinámicos.
- Según la naturaleza del ciclo.
- Según la aplicación.
- Según el fluido de trabajo.
¿Como se clasifican los ciclos termodinámicos según la naturaleza del ciclo?
Ciclos abiertos (sistema abierto) y ciclos cerrados (sistema cerrado)
Escriba la diferencia entre los ciclos abiertos y los ciclos cerrados. Incluya 1 ejemplo para c/u.
En los ciclos abiertos el fluido de trabajo intercambia masa con el entorno, mientras que los ciclos cerrados no intercambian masa, solo energía.
Ciclo abierto: motores de combustión interna.
Ciclo cerrado: ciclo de Rankine, ciclo de Carnot.
¿Como se clasifican los ciclos termodinámicos según la aplicación? (3pts)
- Ciclos de potencia
- Ciclos de refrigeración
- Ciclos de bomba de calor
¿Para qué están diseñados los ciclos de potencia? Dé 2 ejemplos.
Están diseñados para producir trabajo a partir de calor.
Ejemplos: Ciclo de Brayton (turbinas de gas) y Ciclo de
Rankine (plantas termoeléctricas).
¿Qué sucede en los ciclos de refrigeración? Dé un ejemplo.
Se transfiere calor de una región fría a una región caliente.
Ejemplo: ciclo de refrigeración por compresión de vapor.
¿Cómo funcionan los ciclos de bomba de calor? Dé 1 ejemplo.
Están diseñados para calentar un espacio o un fluido transfiriendo calor desde una fuente fría.
Ejemplos: Bomba de calor de aire o geotérmica.
¿Como se clasifican los ciclos termodinámicos según el fluido de trabajo? (3pts)
- Ciclos de gas.
- Ciclos de vapor.
- Ciclos de mezcla.
¿Cómo es el fluido de trabajo en los siguientes ciclos: de gas, de vapor y de mezcla?
En los ciclos de gas, el fluido de trabajo es un gas durante TODO el ciclo.
En los ciclos de vapor, cambia de fase entre líquido y vapor.
En los ciclos de mezcla, se combinan gases y líquidos.
¿Cómo transformamos un ciclo real a un ciclo ideal?
Al ciclo real se le eliminan todas las irreversibilidades y complejidades internas, al realizar esto se consigue un ciclo con un gran parecido al real. Solamente que el ciclo ideal está formado totalmente de procesos internamente reversibles.
¿Para qué son las máquinas térmicas? ¿Cómo se evalúa su desempeño?
Las máquinas térmicas convierten la energía térmica en trabajo. Su desempeño se evalúa en términos de eficiencia térmica.
¿Qué es la eficiencia térmica y cuál es su fórmula?
La eficiencia térmica es la relación entre el trabajo neto producido (W_neto) y el calor total suministrado (Q_in).
En palabras simples, escriba las 4 simplificaciones importante en los ciclos de potencia.
- No hay fricción. El fluido de trabajo no experimenta caídas de presión en tuberías ni en intercambiadores de calor.
- Los procesos de expansión y compresión ocurren en
cuasiequilibrio. - Las tuberías que conectan los diversos componentes del sistema están bien aisladas y la transferencia de calor a través de ellas es insignificante.
- Se ignoran los cambios de energía cinética y potencial del fluido de trabajo.
¿Que significan los diagramas P-V y T-s?
Diagrama P-V: diagrama de presión contra volumen.
Diagrama T-s: diagrama de temperatura contra entropía específica.
En los diagramas P-V y T-s, ¿que representa el área encerrada por las curvas?
El área encerrada por las curvas del proceso de un ciclo representa el trabajo neto producido (W_neto) durante el ciclo. También, equivale a la transferencia de calor neta en ese ciclo específico.
¿Qué es el ciclo de Carnot?
El ciclo de Carnot es un ciclo ideal, siendo el ciclo más eficiente según la segunda ley de la termodinámica.
Nombre los 4 procesos totalmente reversibles del ciclo de Carnot.
- Adición de calor isotérmica (temperatura cte).
- Expansión isentrópica (entropía cte).
- Rechazo de calor isotérmico.
- Compresión isentrópica.
Escriba la fórmula de la eficiencia del ciclo de Carnot.
η_ter,carnot = 1 - (T_low / T_high)
¿Qué factor aumenta o disminuye la eficiencia térmica del ciclo de Carnot?
El cambio en la temperatura promedio del ciclo. Si incrementa, se le suministra calor al sistema y, si disminuye, el sistema rechaza el calor.
En ciclo de Carnot, ¿qué factores limitan a la temperatura más alta y a la temperatura más baja? (1 para c/u)
La temperatura más alta es limitada por la resistencia de los componentes de la máquina térmica a la máxima temperatura.
La temperatura más baja es limitada por la temperatura mínima del medio de enfriamiento empleado en el ciclo.
En palabras simples, ¿cuáles son las 4 suposición del aire estándar?
- El aire se comporta como un gas ideal. El fluido de trabajo es aire que circula de modo continuo en un circuito cerrado y siempre se comporta como un gas ideal.
- Todos los procesos que integran el ciclo son internamente reversibles.
- Adición de calor. Se sustituye el proceso de combustión por un proceso de adición de calor desde una fuente externa.
- Rechazo de calor. Se sustituye el proceso de escape por un proceso de rechazo de calor que regresa al aire a su estado inicial.
Dibuje una máquina reciprocante, un dispositivo de cilindro-émbolo, a pura memoria.
Debe incluir: la válvula de admisión y de escape, el calibre, la carrera, PMS y PMI.
