Fundamentos de la Termodinámica aplicados a la generación térmica

Definiciones

Energía interna específica, u: es la energía almacenada en una sustancia debido al movimiento molecular así como a sus fuerzas intermoleculares. Se mide en el SI en kJ/kg.

Entalpía específica, h: es la suma de la energía interna específica u y el producto de la presión P por el volumen específico v. En el SI se mide en kJ/kg.

h = u + Pv

Definiciones

Energía cinética, KE: es la energía que un sistema o una masa m posee en función de su velocidad V. Se mide en el SI en kJ.

KE = mV2/2

Entalpía potencial, PE: es la energía debida al campo gravitacional g que la masa m posee en función de su altura z. En el SI se mide en kJ.

PE = mgz

Definiciones

Trabajo en el eje, W: es el trabajo mecánico producido o absorbido por el eje rotante de la maquina térmica. Se mide en el SI en kWh.

Potencia en el eje, Ẇ: es la potencia mecánicaproducida o absorbida por el eje rotante de la maquina térmica. Se mide en el SI en kW.

Definiciones

Calor, Q: es la forma de energía transferida desde o hacia la maquina térmica debido a la diferencia de temperaturas entre ésta y los alrededores desde la alta temperatura hacia la baja. Se mide en el SI en kWh.

Potencia térmica, Ǭ : es la forma de energía por unidad de tiempo transferida desde o hacia la maquina térmica debido a la diferencia de temperaturas entre ésta y los alrededores desde la alta temperatura hacia la baja Se mide en el SI en kW.

DefinicionesSe denomina fluido de trabajo de una máquina de fluido al medio que recibe, almacena y cede energía en diversas formas.

El estado de un fluido se caracteriza por un valor bien determinado de cada una de sus propiedades: presión, densidad, volumen específico, temperatura.

Se dice que un fluido se encuentra en estado de equilibrio cuando el valor de sus propiedades es el mismo en toda su masa.

Entre las propiedades que caracterizan el estado de un fluido hay tres que se consideran fundamentales: presión, temperatura y volumen específico. Se las llama fundamentales porque se prestan a medición directa. (Manómetro, termómetro, pesada y medición de volumen).

El estado de un fluido queda unívocamente determinado por dos propiedades que sean entre sí independientes.

Definiciones y propiedades

Dadas dos propiedades independientes de un fluido queda definido el estado de un fluido siendo las restantes propiedades funciones de aquellas dos. Si z=f(x, y) donde x, y, z representan las tres propiedades fundamentales p, v, T dicha ecuación se llama ecuación de estado.

Como dado un punto en el plano x, y queda definido z, y z puede ser cualquier propiedad, las propiedades termodinámicas se denominan funciones de punto.

Una línea cualquiera contenida en la superficie z=f(x, y) representa un proceso. En termodinámica se prefiere utilizar en lugar de la representación gráfica tridimensional la representación bidimensional. Puede utilizarse como coordenadas dos propiedades cualesquiera. Los planos más usados para las TM son: p-v; h-s y T-s.

Curva campana. Saturación liquido-vapor

Propiedades Termodinámicas

Titulo del vapor, x: es la relación entre la masa de vapor y la masa total de un sistema. Es valida solo en la región bifásica donde la mezcla liquido vapor esta en equilibrio.

Las propiedades termodinámicas son promediadas en correspondencia con las fases,

Volumen de control para el análisis del balance de energía

Primer principio de la Termodinámica para sistemas circulantes

Una maquina térmica convierte energía química en trabajo mecánico a través del quemado de un combustible, (calor), en la cámara de combustión. A ésta ingresa combustible y aire y egresan los productos de la combustión. Dado que la energía se transforma de una forma a otra, por el primer principio, la energía total se conserva.

Primer principio de la Termodinámica para sistemas circulantes

En el caso que la masa entrante y saliente sea la misma

En el caso de un sistema en régimen permanente

Segundo principio de la Termodinámica para sistemas

circulantes

Donde S es la entropía total por unidad de tiempo del volumen de control , si y so son las entropías especificas asociadas a los flujos de masa de entrada y salida y donde Q es el calos intercambiado con los alrededores.

La entropía generada en un volumen de control puede ser escrita como:

Ciclo de Carnot

Ciclo de Rankine

Ciclo de Rankine con vapor sobrecalentado

Ciclo Rankine con vapor recalentado

Ciclo Rankine regenerativo

Ciclo Rankine regenerativo