Sergio Larrainza 10800--04 TERMODINAMICA
1. ¿Defina qué es un sistema termodiná termodinámico? mico? Es un sistema que se aísla completamente del universo para estudiar sus cambios en función de la variación de su temperatura y estados, también se puede llamar así para sistemas reales los cuales no cuentan con una aislación del 100%.
2. ¿Qué es un proceso termodinámico? Elabore gráficas que representen un proceso isobárico, isotérmico e isocórico. Un proceso termodinámico es aquel en el cual se pueden estudiar a cabalidad los cambios físicos que puede surgir propiamente por efector de cambio de temperatura y deben de ser efectos que sean cuantificables. ISOBARICO ISOBARIC O ±Presión Constante² Como proceso isobárico podemos mencionar el cambio de estado que sufre el agua en un proceso de generación de vapor, en el m omento que pasa por la caldera. Temp
S (entropía)
ISOTERMICO ISOTERMIC O ±Temperatura Constante² Como proceso de temperatura contante podemos mencionar el efecto que se da en el evaporador de un Sistema de refrigeración. Temp
S(entropía)
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ISOCORICO²Volumen ISOCORIC O²Volumen Constante² En este caso particular el volumen se mantiene constante, por lo que no produce ningún tipo de trabajo, lo único que puede variar es la energía interna del fluido debido al cambio de temperaturas. Como el proceso de combustión ideal de un Ciclo Otto. P.
Volumen
3. ¿Que es calor específico a presión y a volumen volumen constante? El calor específico a presión y a v olumen es la energía interna que pueda tener el fluido.
4. ¿Qué es calidad y entre que límites está en un líquido subenfriado, líquido saturado, mezcla líquido-vapor, vapor saturado y vapor sobrecalentado? Calidad se le llama a la fracción de liquido vrs vapor que pueda existir en una mezcla y hacemos referencia con relaciones entre 0 y 1, dando como uno si tenemos 100% de v apor. Para visualizarlo mejor muestro la siguiente grafica. P
LINEA DE VAPOR SATURADO LINEA DE AGUA SATURADA ZONA DE LIQUIDO VAPOR ZONA DE AGUA SUBENFRIADA ZONA DE VAPOR SOBRECALENTADO v
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5. Elabore la gráfica de calentamiento del agua (temperatura contra volumen específico). T.C. Sobrecalentado. Saturado Liquido
v
6.
Explique la diferencia diferencia entre estrangulación y expansión del vapor. En una estrangulación de vapor lo que buscamos es re stringir el paso del vapor obligándolo a pasar por un área menor como nosotros lo necesitemos o inclusive estrangularlo por completo. La expansión es un proceso por el cual nosotros tenemos nuestro fluido con mucha energía en forma de presión y lo obligamos a pasar por un orificio muy pequeño el cual provoca un cambio de volumen instantáneo y un cambio de presión.
6.
¿Cómo se encuentra la entalpía específica de un líquido comprimido, comprimido, en la tabla de agua saturada? La entalpia de un liquido comprimido siempre es menor a la entalpia de vaporización o de vapor, excepto en el punto crítico, donde las entalpias de liquido y vapor son las mismas.
7. ¿Cómo se relacionan entre si el calor, la energía interna y la energía térmica? Podemos decir que la energía interna es la energía térmica en un proceso. Si nos basamos en la primera del de la termodinámica podemos ver claramente que el cambio de energía interna o energía térmica puede producir calor si hablamos que es un balance de energía.
8. ¿Qué es la energía mecánica y como difiere de la energía térmica? térmica? ¿Cuáles son las formas de energía mecánica en una corriente de fluido? La energía mecánica es la energía proveniente por la posición o velocidad de un cuerpo, con esto podemos mencionar a la energía potencial y cinética respectivamente. respectivamente.
Sergio Larrainza 10800--04 La energía térmica es toda la proveniente de fuentes de calor, ya sea por reacciones químicas, físicas o de otro tipo. En un fluido las formas mas comunes de energía mecánica son la anergia cinetica debido a la velocidad con la que este circulando el fluido y la energía pontencial según la altura respecto a un punto que este se encuentre.
9. ¿Cuando la energía que cruza las fronteras de un sistema cerrado es calor y cuando es trabajo? Es energía en forma de calor cuando regularmente es por perdidas, sin embargo es trabajo cuando es aprovechada de alguna manera para un proceso o aplicación.
10. ¿Que es un proceso adiabático? ¿Que es un sistema adiabático? Un proceso adiabático es aquel en el cual no se tienen perdidas en forma de calor con el exterior, por lo tanto tomando una entropía constante. Mientras que un sistema adiabático es aquel con el cual realizamos un trabajo siempre bajo las condiciones de que no existen perdidas de calor, y también se puede asumir que es un sistema reversible.
11. ¿Que son las funciones puntuales y de trayectoria? Proporcione ejemplos. Las funciones puntuales son aquellas que solo dependen del estado y no de cómo el sistema llega al estado. Las funciones de trayectoria analizan como el sistema llega a un estado determinado y tienen diferencias inexactas.
12. ¿Por qué la eficiencia adiabática adiabáti ca es distinta para pa ra generadores de potencia po tencia como una turbina, que para consumidores de potencia, como el caso de los compresores? Para una turbina la eficiencia viene dada por la relación entre el trabajo real de la turbina y el trabajo isotrópico de la turbina, mientras que para un compresor es completamente distinto, es la relación entre el trabajo isotrópico y el trabajo real de el compresor debido a que si analizaremos igual que la turbina la eficiencia en compresores nos daría mas de un 100%
13. Para un ciclo. ciclo . ¿El trabajo neto es necesariamente necesari amente cero? ¿Para que tipo ti po de sistemas será este el caso? No es necesariamente cero, en el caso de un sistema real donde el ciclo tiene perdidas porque no es un sistema adiabático el trabajo suministrado es siempre mayor al trabajo realizado dando como diferencia
Sergio Larrainza 10800--04 el trabajo neto, mientras en un sistema ideal el trabajo neto se mantiene en cero porque el trabajo suministrado es igual al trabajo entregado.
14. ¿Cuales son los diferentes mecanismos de transferencia de energía hacia o desde un volumen de control? La transferencia de energía se puede dar por v arias formas como la transferenc transferencia ia de masa, transferencia de calor, el realizar un trabajo dentro del volumen de control el cual este siendo alimentado por una fuente de energía externa, etc.
15. ¿Cuáles son los diferentes mecanismos de transferencia de energía hacia o desde un volumen de control? Pérdidas o ganancias de calor, cambio de masa, cambio de presiones, etc.
16. ¿Qué es la eficiencia mecánica? mecáni ca? ¿Que significa signifi ca una eficiencia eficienci a mecánica de 100 por ciento para una turbina hidráulica? Significa que las perdidas por fricción, rozamiento, etc. Son Cero. En otras palabra es la potencia obtenida en el eje a la salida de la turbina es la misma potencia entregada.
17. ¿Cómo se define la eficiencia bomba-motor, en un dispositivo que combina a ambos? ¿Puede ser mayor la eficiencia combinada bombamotor que las eficiencias de la bomba o del motor? Es el producto de la eficiencia del motor con la eficiencia de la bomba, y nunca la eficiencia combinada es mayor a la de uno de los dos componentes.
18. Defina la eficiencia efi ciencia de caldera, cal dera, la eficiencia efi ciencia de turbina, turbi na, la eficiencia eficien cia de generador, eficiencia combinada turbina-generador y eficiencia total del ciclo. La eficiencia de de caldera esta en base a el poder calorífico del combustible y la cantidad de calor trasferida a el fluido. La eficiencia de la Turbina es la relación entre la cantidad de energía entregada por medio del fluido y la cantidad de energía entregada, estas pérdidas en turbina se deb en principalmente a perdidas mecánicas y a perdidas de calor. cal or. La eficiencia turbina-generador es el producto de la eficiencia total de la turbina con la eficiencia total de el generador, al igual la eficiencia total del ciclo, es la multiplicación de las eficiencias de todos sus componentes.
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19. ¿En un ciclo Brayton, que significa regeneración? Como los gases de la combustión salen a una temperatura muy elevada se toman y se hacen pasar por un intercambiador de calor, el cual transfiere calor de los gases de escape a el aire justo antes de que entre a la cámara de combustión, esto para mejorar el rendimiento.
20. ¿Cómo funciona el ciclo Rankine y cuál es el objetivo de este ciclo? El objetivo del ciclo Rankine tiene como objetivo generar vapor para procesos o para generación de potencia. Su funcionamiento se basa tomando agua la cual se eleva la presión para poder ingresarla a una caldera donde se la lleva desde su punto de liquido saturado a un punto de vapor saturado y sobrecalentado para algunas aplicaciones especiales como la generación de potencia, donde el vapor sobrecalentado pasa por una turbina la cual entrega potencia a un generador. Posteriormente el vapor sale y entra a un condensador para poder iniciar el ciclo una vez m ás.
21. ¿Es rentable, rentabl e, operar un ciclo Rankine con una caldera acuotubular acuot ubular sin recuperadores de calor? No, debido a que la cantidad de calor que se escapa en los gases de combustión es tan alta que su eficiencia sería muy por debajo de lo requerido lo que la convertiría en una caldera no rentable.
22. ¿En una u na turbina tur bina condensante con densante de vapor, la l a corriente corri ente que entra al condensador es líquido saturado o no y que efectos puede tener en la turbina condensante? Lo que entra al condensador es vapor saturado y no puede ser líquido saturado saturado porque eso provocaría erosión en la turbina trayendo consigo un sinfín de problemas en la turbina.
23. ¿Puede ser se r mayor la eficiencia e ficiencia combinada turbina-generador tu rbina-generador que la eficiencia del ciclo completo? Si, debido a que solo se están considerando las eficiencias de estos dos elementos, mientras que la del ciclo puede ser menor porque es el producto de las eficiencias de la caldera, de la turbina, del generador, etc. Esto lo podemos podemos tomar así si lo miramos miramos desde el punto de vista matemático donde todas las eficiencias son menores a la unidad, o desde el punto de vista termodinámico donde al hacer nuestro balance general de energías nos dam os cuenta que existen muchas pérdidas porque nue stro sistema no es un sistema adiabático o bien porque t enemos muchas perdidas por falta de eficiencia mecánica.
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24. Una turbina adiabática opera de manera estable. estable . ¿El trabajo producido pr oducido por la turbina tiene que ser igual a la disminución en la energía del vapor que pasa por la turbina? Si, debido a que no estamos considerando perdidas, lo que nos indica que el balance de energía nos da una igualdad entre la energía que entrega la turbina y la energía extraída del vapor.
25. ¿Por qué es eficiente el recalentamiento recalenta miento en un u n ciclo Rankine, si ello representa mayor consumo de combustible en la caldera acuotubular? Es eficiente porque se está recalentando nuevamente el v apor, lo cual nos entrega mas potencia, esto se debe hacer así porque de lo contrario tendríamos que elevar demasiado la temperatura en un ciclo Rankine lo cual haría muy insegura su operación por los materiales de construcción que actualmente se usan en las turbinas.
26. ¿Qué relación existe entre la l a energía correspondiente al factor facto r de evaporación y la correspondiente a la entrada de la caldera acuotubular? Esta directamente relacionado con las características que necesitamos de presión y temperatura del vapor a la salida de la caldera ya la presión y temperatura a la entrada de la caldera, porque entre mas pequeña sea la diferencia el factor de vaporización también se contraerá.
27. ¿Qué es el proceso de regeneración regenera ción en un ciclo Rankine Ran kine y porqué incrementa la eficiencia del ciclo? El proceso de regeneración es cuando se toma una vena de vapor la cual se toma de la turbina una vez se ha aprovechado para hacer un poco de trabajo y se hace pasar en un intercambiador de calor a contra flujo, el cual hace el intercambio de energía con el liquido que está listo para entrar a la caldera, haciendo que este suba su temperatura y por lo tanto no se necesite que la caldera le entregue tanto calor, lo que hace la eficiencia general del ciclo mejore.
28. ¿Que relación existe entre el trabajo neto de turbina y el trabajo producido por la turbina? El trabajo producido por la turbina es la cantidad de trabajo que le está entregando al generador, lo cual es idéntico al trabajo neto que produce, ambos son lo mismo solo que visto desde diferente punto de vista.
29. ¿Qué es menor, la eficiencia de caldera o la eficiencia del ciclo? La eficiencia de ciclo, debido a que la eficiencia de ciclo es el producto de todas las eficiencias.
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30. ¿La eficiencia del ciclo Rankine toma en cuenta la eficiencia de la caldera acuotubular? Explique Si es una eficiencia del ciclo Rankine no se toma en cuenta debido a que s olo tomamos en cuenta el calor que genera la caldera, no estamos evaluando si la caldera ha tenido perdidas o que tan eficiente está operando, solo nos interesa la cantidad de calor real que le estamos suministrando al agua del ciclo.