Termotecnia y Mecánica de Fluidos (DMN) Mecánica de Fluidos y Termodinámica (ITN) TD. T3.- Segundo Principio de la Termodinámica

Transcripción

1 ermotecni y Mecánic de luidos (MN) Mecánic de luidos y ermodinámic (IN)..- Segundo Princiio de l ermodinámic Ls trsrencis son el mteril de oyo del rofesor r imrtir l clse. No son untes de l signtur. Al lumno le ueden servir como guí r recoilr informción (libros, ) y elborr sus roios untes ertmento: Are: Ingenierí Eléctric y Energétic Máquins y Motores érmicos CARLOS J RENEO renedoc@unicn.es eschos: ESN 6 / ESII S- 6 htt:// lfn: ESN 9 0 / ESII SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA.- Segundo Princiio en Procesos Cíclicos.- Segundo Princiio en Procesos no Cíclicos.- Cálculo de ergís.- Eficienci de un Proceso Energético.- S do Princ. en Procesos Cíclicos (I) S.P.. es l degrdción de l energí El clor,, osee un rte de exergétic, (), y otr de nergétic An() () + An() Cundo un sistem recibe clor, un rte es siemre nergí (todo, si es el medio mbiente quien le recibe) od l exergí de electricidd que se trnsform en clor se destruye

2 .- SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA.- S do Princ. en Procesos Cíclicos (II) Un Motor érmico (M..) trnsform en W Si fuer reversible serrí l () de l An() El M.. recibe, de un foco cliente ( ), de l () recibid extre W L An() recibid ms Ax gen (irreversibiliddes) ls cede en form de clor, un foco frío (< ) W.- SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA.- S do Princ. en Procesos Cíclicos (III) El Rendimiento érmico de un ciclo es el cociente entre el trbjo teórico (áre del ciclo) y el clor introducido η t W η t W Siemre que s clor de un sistem otro bj temertur se roduce un Irreversibilidd érmic, se destruye exergí, () () An() An()

3 5 Pr que un M.. se reversible, h de tener: reversibilidd interior (W r 0) exterior (W m 0) y reversibilidd térmic, ( 0) Requiere que: ortes y cesiones de clor se roduzcn en isoterms que ests tengn l mism que el foco que cede/recibe el clor que los estdos entre isoterms sen trvés de dibátics ( W r 0).- SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA.- S do Princ. en Procesos Cíclicos (IV) 6 M.. reversible () W ; γ γ rnsf. dibátic gs erfecto [] γ γ γ γ.- SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA.- S do Princ. en Procesos Cíclicos (V) R ln R ln R ln Isoterm gs erfecto [] A B ln ln A) (lnb lnb ln A B A ln

4 .- SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA.- S do Princ. en Procesos Cíclicos (VI) El Contenido ergético del Clor, f e, se uede evlur como: η t ηt W η t mx W mx W mx () ηt mx fe () () Clor () + An() () + Si l M.. no funcion con el medio mbiente como foco frío, sino con otro otr temertur, se obtiene el Rendimiento de Crnot como: η (Crnot) t η M. f( y ) η M.. η Crnot 7.- SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA.- S do Princ. en Procesos Cíclicos (VII) η (Crnot) t 8

5 .- SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA Clculr l del clor l slir de un sistem cuy temertur es de 750 K si el mbiente está 00 K A cost de su u un sistem cerrdo uede dr W y or serdo o l vez (tmbién uede recibirlo); nlizr que ocurre con l y l An 9.- SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA.- S do Princ. en Procesos no Cíclicos (I) L en el so de de un sistem otro : () An () An () An() An() ΔAn l l ( - ) l (. ) 0

6 .- SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA.- S do Princ. en Procesos no Cíclicos (II) Si ls temerturs de los sistems son vribles d d Ls integrles sólo se ueden resolver si están definids ls trnsformciones Si sólo se conocen el estdo inicil y finl, hy que utilizr l Entroí, S [ J / K ] Es un roiedd extensiv, s [ J / (kg K) ] L Entroí, S es un mgnitud que mide l rte de l energí que no se uede utilizr r roducir trbjo d s No deende de l trnsformción Culquier cmino que un dos estdos tiene l mism entroí Δs s s d.- SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA Culquier trnsformción reversible (W r 0) en un gs erfecto, si c y c v ctes: [].- S do Princ. en Procesos no Cíclicos (III) Δs s s d + dwr dh v d d s s c ln R ln Δs s s [] d d + dwr du + dv s s c v ln v + R ln v

7 .- SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA.- S do Princ. en Procesos no Cíclicos (IV) L exergí destruid,, h de ser igul l incremento de nergí, ΔAn, o lo que es lo mismo, l nergí generd, An G : ΔAn An G Y se uede clculr en función de entroí, s, como d d S d (S S ) ΔS S G An G S g.- SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA.- S do Princ. en Procesos no Cíclicos (V) En un sistem dibático S no uede disminuir, sólo umentr si se gener un irreversibilidd An G S g Δs En ls trnsformciones dibátics W r 0, l S no cmbi Adibátic Isoentróic (s cte) En un sistem: S disminuye si cede clor (trss An y ést disminuye) S umentr cundo recibe clor (recibe An) S ument cundo se roduce en su interior or un irreversibilidd Clor () + An()

8 .- SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA.- S do Princ. en Procesos no Cíclicos (VI) El P.P.. se uede exresr en función de s, cuy vrición deende del clor tomdo o cedido y del trbjo de rozmiento s d d + dw ds r ds d + dw r d + dw r ds [] d + dwr du + dv ds du + dv ; ds u u + dv d + dwr dh v d ds dh v d ; ds h h v d 5.- SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA Hllr l del y l en un intercmbidor de clor cundo 00 K ) cundo 700 K y 600 K b) cundo 00 K y 00 K 6

9 .- SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA Hllr l cundo 00 K y recibe Wr un sistem cuy es de: ) S 000 K b) S 600 K c) S 00 K 7.- SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA.- Cálculo de ergís (I) El desequilibrio de un sistem resecto del medio mbiente uede ser térmico (temertur), mecánico (resión), o químico El trbjo máximo que se uede obtener de un sistem es su exergí, que en un sistem cerrdo siemre es ositiv El contenido exergético del clor es: Clor () + An S An() () ( S S ) L exergí, ex u, o el trbjo útil que se uede obtener de un sistem es: ex u (u u ) (s s ) (v v) Δu -A() -W vencer El contenido exergético de l entlí es: ex u (h h ) (s s Δh -A() ) 8

10 .- SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA.- Cálculo de ergís (II) Estdo muerto H es un vlor de referenci, l más usul el ermodinámic es 0ºC y br En ocsiones, como en sicrometrí, se suele referencir 0ºC y br s ex c u s (h h ) dh d c ln (s s c (, ) ) R ln ex u c ( ) c ln con y + R ln [] Ley Joule: En los gses erfectos Si u u y h h X ( 00) 00 ln SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA.- Cálculo de ergís (III) L energí cinétic es 00% exergétic. L exergí de un flujo, ex f, es: ex f ex + c 0

11 .- SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA Suoniendo que ls cciddes clorífics no vrín con l temertur, clculr r qué resiones l exergí entálic de un flujo de ire result negtiv, cundo l temertur del mismo se de ) 0 ºC b) 00 ºC.- SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA.- Eficienci de un Proceso ergético (I) L rte útil de l energí es l exergí, l nergí no es útil El nálisis energético de los rocesos ermite otimizrlos El Rendimiento ergético, ψ, es el cociente entre l exergí contenid en l utilidd desed del equio nlizdo, P, y l exergí emled r conseguirlo, ψ P Hy que definir P y, or ejemlo, los humos de esce de un chimene ueden tener lgún contenido energético que no se rovechble Pr equios de un solo flujo se define como el cociente entre l exergí sliente, s y l entrnte, e ψ s e El Coste ergético es l invers de ψ El unitrio, k se define: k ψ P

12 .- SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA.- Eficienci de un Proceso ergético (II) Los igrms de lujo ofrecen un visión gráfic de los blnces energéticos y exergéticos t Pr un intercmbidor de clor: t t t ψ P Energético ergético.- SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA.- Eficienci de un Proceso ergético (III) Pr un turbin de gs o vor: ψ P W En un centrl térmic hy multitud de equios El nálisis uede tener en cuent un único elemento, vrios, o el conjunto

13 .- SEGUNO PRINCIPIO E LA ERMOINAMICA En un intercmbidor de clor entr ire 600 K y sle 850 K. El otro flujo es gs que entrn.000 K. Ls corrientes son de 9 kg/s, ls resiones de entrd de br, y no hy cíd de resión en el intercmbidor. Suoniendo nuls ls érdids térmics, ls roieddes del ire, y el estdo muerto 00 K y br, clculr: ) slid de los gses Morn g 8 b) Vrición de exergí en cd flujo c) L or unidd de tiemo 5