Termodinámica Avanzada: Principios, Ciclos y Transferencia de Calor

2do pcpio de la termodinámica

• El calor no puede pasar de un cuerpo mas frio a otro mas caliente de forma espontanea. CLASIUS
• Para poder obtener trabajo mecánico del calor, es necesario contar con 2 fuentes a temperaturas distintas. CARNOT
• Es imposible obtener trabajo mecánico de una porción de la materia por medio de un agente material inanimado, enfriándola a una temperatura inferior a la del cuerpo mas frio que la rodea. KELVIN
• No es posible construir una maquina a funcionamiento periódico que no haga otra cosa que producir trabajo y enfriar un recipiente. PLANK

Ciclo de Carnot  a.W=q1-q2    rendimiento=n=(a.W)/q1     La maquina ideal de Carnot funciona en forma reversible.

Teorema de Carnot

No existe maquina alguna que funcionando entre dos fuentes de calor a temp cte, tenga un rendimiento superior a la maquina ideal que funcione entre esas mismas fuentes.                             A mayor dif de temperatura, mayor rendimiento. Sist torpe, desecha mas de lo que transforma.

Teorema de clausius

Si corto un ciclo cualquiera con una flia de adiabaticas, se obtendrá entonces N ciclos cuya suma equivale al principal. (Q1/t1)-(-q2/t1)=0 entonces resulta sum(Q1/t1)+sum(q2/t1)=0

Transfer de calor

Radiación (sol) …
convección (fluido) …
conducción (limites)  b=espesor; k=cte de conduct termic; h=coef convectivo

Conducción, Q=(Te-Ti)/(sum(b/k) con convecc Q=(Te-Ti)/sum((b/k)+(1/h)); si K=1/(lo de abajo) entonces Q=K(Te-Ti) muchas veces b es chico y k grande entonces se desprecia el termino b/k

Radiación Q=teta.E ((Te/100)⁴–(Tr/100)⁴); t emisor,recep; e=coef de absorsiv; teta=cte boltzman            0<><1 0="reflector" perfect="" q="">1>Kr(Te-Tr)

T>0°k emite rad electromag. Si toy en 0°k no hay mov molecular. Puede que un cuerpo sea mal receptor de energ y refleje mas de lo que absorbe; el de menor temp es el receptor.

Ciclos de vapor

Ciclo semejante al de Carnot, ya que el vapor de agua vaporiza y condensa a temp cte.  Ciclo ideal de RANKINE, el ciclo es ideal porque se supone lo siguiente: no hay perdidas de fluido ni de calor al medio. Rendimiento=n=(ALu)/que=1-((h2-h3)/(h1-h4))

Toberas conductor de fluidos a alta velocidad, tiene múltiples aplicaciones siendo una de las principales turbinas de vapor. G=caudal; w1= vel entrada; delta i=salto entalpico

Si es adiabática, (i2-i1)=(A/2g)(w²2-w²1) si w1=0 entonces w2=91,53(i2-i1)^1/2

En la turbomaquina se trata de aprovechar el empuje obtenido por la var de la energía cin de la vena fluida. (sin rozamiento entre la maquina, ni con el fluido en el conducto U. W2=w1-2wc

F=G/g(|w1-w2|); el trabajo realizado por el fluido en la turbomaquina W=(G/2g)*(w²1-w²2) pero todo esto se desarrollo en base a un sistema teórico que no puede llevarse a cabo en la practica, el real resulta con un ángulo y movimiento circular. Entonces F=2G/g(w1cos(alfa)-w^c); W=(2G/g)*w^c*(w1cos(alfa)-w^c)

Ciclo frigorífico el flujo de calor puede hacerse inverso contrariando el 2do pcpio de la termo, en forma artificia o no espontanea. Realiza un ciclo recibiendo trabajo desde el exterior para producir el flujo inverso de calor desde la fuente de menor temp a la de mayor temp. Se hace evaporar un liq a baja p y t en un proceso endo y se lo hace condensar a alta p y t en un proc exo. Equivalentede rendimiento= beta=Qentregado/Lcompresion; que es la cap frigo y Lc es la energ requerida por el compr.

Ciclios de flu no condensa en general son los ciclos que se cumplen en las llamadas maquinas de combustión int, se los conoce tmb como ciclos de aire.

MCI Asternativ bla bla bla, pero se pueden efectuar modelizaciones mat sensillas útili hipot simplif, que permit estudiar todos los ciclos de las mci y que arrojan resultados con suf aprox. A estas modelizaciones se las conoce genéricam como ciclos ideales.

Ciclos ideales

• Cond de fluido; cumple con la ecuación de estado de los gases y sin viscosidad. Siempre aireno varia Cv Y Cp con la temp
• Cond de maquina; no posee roz internos, es abs estanca (no tiene fuga de fluidos y adiabática), válvulas de operación instantánea
• Cond de combustión; presión cte (turbomaq), presión y vol cte (alternativas)

Alfa=T3/T2; sigma=T4/T3=V4/V3=V4/V2; alfa=vol min, sigma=prec max

Ciclo beau de rochas

Rendimiento=n=1-(ẟ^xα-1)/(&épsilon;^x-1((α-1)+xα(ẟ-1)))

Rendimiento otto=n=1-(1/(&épsilon;^x-1)  Rendimineto diésel=n=1-(ẟ^x/(&épsilon;^x-1.X(ẟ-1)))