Modelizacin de procesos termodinmicos mediante el programa Cyclepad

Joaqun Zueco Jordnrea de Mquinas y Motores Trmicos UPCT

Direccin pgina webhttp://www.qrg.northwestern.edu/software/cyclepad/cyclesof.htm

Proceso de expansin politrpico reversible en un sistema cerrado

dv v2 v2 P1 w12 = Pdv = = ln = R ln = R ln v1 P2 v1 v1 v 1

2

v2

Igual v que el caso isotermo

Se obtiene menor trabajo de expansin que el caso isotermo (ver grfica final)

Comparacin: Trabajo de expansin y compresin 1 w12= ( P2v2 P1v1 ) Procesos politrpicos 1nP Trabajo extran=1 n= =1.4

v1 v2 Expansin

v

Interesa que el proceso se haga isotrmicamente

Proceso de compresin politrpico reversible en un sistema cerrado

Igual v que el caso isotermo

Se obtiene mayor trabajo de compresin que el caso isotermo (ver grfica final)

Comparacin: Trabajo de expansin y compresin 1 w12= ( P2v2 P1v1 ) Procesos politrpicos 1nP

Ahorro en consumon=1 n= =1.4

v1 v2 Compresin

v

Interesa que el proceso se haga isotrmicamente

CO CLUSI : Trabajo de expansin y compresin 1 w12= ( P2v2 P1v1 ) Procesos politrpicos 1nP Trabajo extran=1 n=

P

Ahorro en consumon=1 n=

v1 v2 Expansin

v

v1 v2 Compresin

v

Interesa que ambos procesos se hagan sin variacin de T

Proceso de expansin reversible en un sistema abierto

P1 dP P2 w12 = - v dP = - = - RT ln ---- = RT ln ---1/n p1 P2 v P 11

2

v2

(n=1)

Coincide SC

Proceso de expansin reversible en un sistema abierto

R dP ( T2 T1 ) w12 = - v dP = - = (11/n ) P v 11

2

v2

(n==1.4)

Proceso de expansin reversible en un sistema abierto

= 1.4 318.12

R dP ( T2 T1 ) = w12(SC) w12 = - v dP = - = 1/n (1 ) P v 11

v2

(n=)

Proceso de expansin reversible en un sistema abierto(comparacin con expansin reversible en SC con n=1.5)

(datos de expansin reversible en SC)

n w12= ( P2v2 P1v1 ) = n w12(SC) = 1.5 282 = 423 kJ/kg (1-n)

Proceso de expansin reversible en un sistema abierto(comparacin con expansin reversible en SC con n=1.3)

(datos de expansin reversible en SC)

n w12= ( P2v2 P1v1 ) = n w12(SC) = 1.3 364.2 = 473.4 kJ/kg (1-n)

Proceso de compresin reversible en un sistema abierto

Proceso isoentrpico posee mayor consumo energtico

P1 dP P2 w12 = - v dP = - = - RT ln ---- = RT ln ---1/n p1 P2 v P 11

2

v2

(n=1)

Coincide SC

Proceso de compresin reversible en un sistema abierto

n w12= ( P2v2 P1v1 ) = n w12(SC) = 1.5 -282 = -423 kJ/kg (1-n)

Proceso de compresin reversible en un sistema abierto(otra combinacin de datos de entrada)

n w12= ( P2v2 P1v1 ) = n w12(SC) = 1.5 -282 = -423 kJ/kg (1-n)

Proceso de compresin reversible en un sistema abierto

n w12= ( P2v2 P1v1 ) = n w12(SC) = 1.3 -364.2 = -473.4 kJ/kg (1-n)

Proceso de compresin reversible en un sistema abierto

Proceso isoentrpico posee mayor consumo energtico

Proceso de compresin reversible en un sistema abierto

Verificamos de nuevo que se obtiene mayor trabajo de compresin que el caso isotermo (ver grfica final)

Proceso de compresin reversible en un sistema abierto

Proceso de compresin reversible en un sistema abierto

Comparacin: Trabajo de expansin y compresin n w12= ( P2v2 P1v1 ) Procesos politrpicos 1-nP P1 P2n= n=

Trabajo extran=1

P P2 P1

Ahorro en consumon=1

v Expansin Compresin

v

Interesa que ambos procesos se hagan sin variacin de T, esto en la prctica es verdaderamente complicado

Ciclo de refrigeracin por compresin de vapor

Ciclo de refrigeracin por compresin de vapor

Proceso no isoentrpico en el compresor

Ciclo de Brayton

Ciclo de Brayton

Problemas a resolver: - Grupos de dos alumnos - Elegir uno de los siguientes problemas:

Ciclo de refrigeracin real

T 3 4

2s

2

5

6

1

s

SISTEMAS DE REFRIGERACI DE PROPSITO MLTIPLE CO U COMPRESORQC 3 Condensador 2

T3 4 7 5 6 1

2Compresor 4 Refrigerador 5 QFR 1 6

WC

s

7 Congelador QFC

SISTEMAS DE REFRIGERACI E CASCADAFuente caliente QC 7 Condensador 6

WCB

T7 3 8 4

Compresor

6 2 5 1Aumento del QFWCA 8 5 Evaporador Q 3 Condensador 2

Disminucin del Wc

s4 Evaporador QF Fuente fra

Compresor

1

SISTEMAS DE REFRIGERACI PARA LICUEFACCI DE GASESQC 3 Intercambiador de calor Compresor 8 2 1

T5 4

4

WC

3 1 25 7 Vapor recirculado Q Regenerador Gas compuesto

8 9 6 7

s

6

9

Lquido extrado

SISTEMAS DE REFRIGERACI MULTIETAPAFuente caliente QC 5 Condensador 4

WCB Compresor

T5 7 6 8

4 2 9 3 1

6 9 Cmara de mezcla 3

7

2 WCA Compresor

s

8 Evaporador QF Fuente fra

1

Esquema de la instalacin regenerativa

yRegenerador

&e Q4

2 C

CC x 3 T

& W t13

T

hx h2 reg = h4 h2

x 2s 2Regeneracin

4 4sPotencial de regeneracin

y 1

s

Turbina de gas con recalentamiento&e Q &e Q

CC 2 C 3 T1

Recalen

T2 4& W t

13 a 2 c 1 S 4

T

b

Turbina de gas con refrigeracin en la compresin&s QRefrigerador (intercooler)

d 2

c

C1

C2

&c W

1p P2 2 2` c Pi 1 T P2 2 2` d c Pi 1 P1

d

P1

s

Turbina de gas regenerativa con recalentamientoyRegenerador

&e Q

&e QRecalen

x CC 2 C 13 x 2 a 4 b

4

3 T1 T2& W t

T

1 S

Turbina de gas regenerativa, con refrigeracin en la compresin y recalentamiento intermedio10 2R e fr ig e r

3 4

In te r c (re g e n )

5

CC1

m & f

9

6 T1 7CC2m & f

C1

C2

8 T2

1

h6 8 4s 4 2s 2 3 10 5 7 7s 9s 9

& W t

1

s