Modelización de procesos termodinámicos mediante el...
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Modelización de procesos Modelización de procesos termodinámicos mediante el termodinámicos mediante el
programa Cyclepadprograma Cyclepad
Joaquín Zueco JordánÁrea de Máquinas y Motores TérmicosUPCT
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Dirección página web
http://www.qrg.northwestern.edu/software/cyclepad/cyclesof.htm
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Proceso de expansión politrópico reversible en un sistema cerradoProceso de expansión politrópico reversible en un sistema cerrado
2
1∫∫∫∫
dv v2 v2 P1ww1212 ==== Pdv = Κ= Κ= Κ= Κ−−−−−−−−−−−− = Κ = Κ = Κ = Κ ln −−−−−−−− = = = = R Τ Τ Τ Τ ln −−−−−−−− = = = = R Τ Τ Τ Τ ln −−−−−−−−v v1 v1 P2
∫∫∫∫v2
v1
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Igual v que el caso isotermo
Se obtiene menor trabajo de expansión que el caso isotermo (ver gráfica final)
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Comparación: Trabajo de expansión y compresión
Procesos politrópicos ⇒⇒⇒⇒1
w12= −−−−−−−−−−−− ( P2v2 – P1v1 )1–n
P
n=1
Trabajo extra
v
n= γγγγ=1.4
v2v1Expansión
Interesa que el proceso se haga isotérmicamente
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Proceso de compresión politrópico reversible en un sistema cerradoProceso de compresión politrópico reversible en un sistema cerrado
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Igual v que el caso isotermo
Se obtiene mayor trabajo de compresión que el caso isotermo (ver gráfica final)
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Comparación: Trabajo de expansión y compresión
Procesos politrópicos ⇒⇒⇒⇒1
w12= −−−−−−−−−−−− ( P2v2 – P1v1 )1–n
P
n=1
Ahorro en consumo
v
n=1
n= γγγγ=1.4
v2v1
Compresión
Interesa que el proceso se haga isotérmicamente
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CO�CLUSIÓ�: Trabajo de expansión y compresión
Procesos politrópicos ⇒⇒⇒⇒1
w12= −−−−−−−−−−−− ( P2v2 – P1v1 )1–n
P
n=1
Trabajo extra
P
n=1
Ahorro en consumo
v
n= γγγγ
v2v1Expansión
Interesa que ambos procesos se hagan sin variación de T
v
n= γγγγ
v2v1
Compresión
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Proceso de expansión reversible en un sistema abiertoProceso de expansión reversible en un sistema abierto
2
1∫∫∫∫ dP PP2 2 PP11ww1212 = - v dP = - Κ Κ Κ Κ −−−−−−−−−−−− ==== - RT ln ---- = RT ln ----
P1/n pp1 1 PP22∫∫∫∫v2
v1(n=1)
Coincide SC
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Proceso de expansión reversible en un sistema abiertoProceso de expansión reversible en un sistema abierto
2
1∫∫∫∫ dP
ww1212 = - v dP = - Κ Κ Κ Κ −−−−−−−−−−−− = = = = P1/n∫∫∫∫
v2
v1
γ R−−−−−−−−−−−−−−−− ( T2 – T1 )(1- γ)
(n=γ=1.4)
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Proceso de expansión reversible en un sistema abiertoProceso de expansión reversible en un sistema abierto
2
1∫∫∫∫ dP
ww1212 = - v dP = - Κ Κ Κ Κ −−−−−−−−−−−− = = = = P1/n∫∫∫∫
v2
v1
γ R−−−−−−−−−−−−−−−− ( T2 – T1 ) = γ · ww12(SC)12(SC)(1- γ)
(n=γ)
= 1.4 · 318.1
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Proceso de expansión reversible en un sistema abiertoProceso de expansión reversible en un sistema abierto
(comparación con expansión reversible en SC con n=1.5)
nw12= −−−−−−−−−−−− ( P2v2 – P1v1 ) = n w12(SC) = 1.5 · 282 = 423 kJ/kg
(1-n)
(datos de expansión reversible en SC)
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Proceso de expansión reversible en un sistema abiertoProceso de expansión reversible en un sistema abierto
(comparación con expansión reversible en SC con n=1.3)
nw12= −−−−−−−−−−−− ( P2v2 – P1v1 ) = n w12(SC) = 1.3 · 364.2 = 473.4 kJ/kg
(1-n)
(datos de expansión reversible en SC)
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Proceso de compresión reversible en un sistema abiertoProceso de compresión reversible en un sistema abierto
2
1∫∫∫∫ dP PP2 2 PP11ww1212 = - v dP = - Κ Κ Κ Κ −−−−−−−−−−−− ==== - RT ln ---- = RT ln ----
P1/n pp1 1 PP22∫∫∫∫v2
v1(n=1)
Coincide SC
Proceso isoentrópico posee mayor consumo energético
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Proceso de compresión reversible en un sistema abiertoProceso de compresión reversible en un sistema abierto
nw12= −−−−−−−−−−−− ( P2v2 – P1v1 ) = n w12(SC) = 1.5 · -282 = -423 kJ/kg
(1-n)
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Proceso de compresión reversible en un sistema abiertoProceso de compresión reversible en un sistema abierto
(otra combinación de datos de entrada)
nw12= −−−−−−−−−−−− ( P2v2 – P1v1 ) = n w12(SC) = 1.5 · -282 = -423 kJ/kg
(1-n)
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Proceso de compresión reversible en un sistema abiertoProceso de compresión reversible en un sistema abierto
nw12= −−−−−−−−−−−− ( P2v2 – P1v1 ) = n w12(SC) = 1.3 · -364.2 = -473.4 kJ/kg
(1-n)
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Proceso de compresión reversible en un sistema abiertoProceso de compresión reversible en un sistema abierto
Proceso isoentrópico posee mayor consumo energético
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Proceso de compresión reversible en un sistema abiertoProceso de compresión reversible en un sistema abierto
Verificamos de nuevo que se obtiene mayor trabajo de compresión que el caso isotermo (ver gráfica final)
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Proceso de compresión reversible en un sistema abiertoProceso de compresión reversible en un sistema abierto
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Proceso de compresión reversible en un sistema abiertoProceso de compresión reversible en un sistema abierto
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Comparación: Trabajo de expansión y compresión
Procesos politrópicos ⇒⇒⇒⇒n
w12= −−−−−−−−−−−− ( P2v2 – P1v1 )1-n
P
n=1P1
P2
Trabajo extra
P
n=1P1
P2
Ahorro en consumo
Interesa que ambos procesos se hagan sin variación de Tª, esto en la práctica es verdaderamente complicado
v
n= γγγγ
P2
Expansiónv
n= γγγγ
Compresión
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Ciclo de refrigeración por compresión de vaporCiclo de refrigeración por compresión de vapor
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Ciclo de refrigeración por compresión de vaporCiclo de refrigeración por compresión de vapor
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Proceso no isoentrópico en el compresorProceso no isoentrópico en el compresor
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Ciclo de BraytonCiclo de Brayton
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Ciclo de BraytonCiclo de Brayton
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Problemas a resolver:- Grupos de dos alumnos
- Elegir uno de los siguientes problemas:
Problemas a resolver:- Grupos de dos alumnos
- Elegir uno de los siguientes problemas:
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T2s
3
2
Ciclo de refrigeración real
s
34
15 6
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T2
SISTEMAS DE REFRIGERACIÓ7 DE PROPÓSITO MÚLTIPLE CO7 U7 COMPRESOR
Condensador
CompresorWC
23
QC
1s
3
6
54
7
4
Congelador7
QFC
Refrigerador
1
5
QFR
6
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Condensador
Evaporador
Compresor
Fuente caliente
WCB
67
8 5
QC
T
7
6
2 Disminución
SISTEMAS DE REFRIGERACIÓ7 E7 CASCADA
Fuente fría
Evaporador
Condensador
4
3
1
WCA
Compresor
2
QF
Q
s
1
7
5
2
34
8
Disminución del Wc
Aumento del QF
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T
5
3
4
Intercambiadorde calor
CompresorWC
3
8 2
QC
4
1
SISTEMAS DE REFRIGERACIÓ7 PARA LICUEFACCIÓ7 DE GASES
1
s
5
6
28
79
4
6
Q Regenerador
Líquidoextraído
Gas compuesto
5
1
7
9
Vaporrecirculado
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Condensador
Compresor
Fuente caliente
WCB
45
6
3
QC
9
T 4
2
SISTEMAS DE REFRIGERACIÓ7 MULTIETAPA
3
Fuente fría
Evaporador8 1
WCA
Compresor
QF
Cámarade mezcla
9
7 2
1s
5
3
2
78
69
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tW&
1
4
y
x 2 3
eQ&
T
CC
Regenerador
C
Esquema de la instalación regenerativa
1
2h4h2hxh
regη−
−=
4
2s 2
x
4s
T
s
1
3
y
Regeneración Potencial de regeneración
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tW&
4
2 3
C T1 T2
CC Recalen
eQ& eQ&
Turbina de gas con recalentamiento
1 4
T
S
1
24
3 b
a
c
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cW&
2
C1 C2
Refrigerador(intercooler)
sQ&
c
d
Turbina de gas con refrigeración en la compresión
1
p
ν
2 2`’
1
cd
T
s
cd
2 2`’
1
Pi P1
P2
Pi
P1
P2
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tW&
4 2
3
C T1 T2
CC Recalen
eQ& eQ
&
x
y Regenerador
Turbina de gas regenerativa con recalentamiento
1
T
S
1
24
3 b
ax
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87
53
1 0
6 C C 1
T 1
fm&9
4
2
C 2 C 1
In te rc ( re g e n )
C C 2
R e fr ig e r
fm&
Turbina de gas regenerativa, con refrigeración en la compresión y
recalentamiento intermedio
tW&
T 21
10 9s
87
7s
6
4s 4
32s 2
1
h
s
59