eficiencias isentropicas

7/27/2019 eficiencias isentropicas

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SEGUNDA LEY DE LA

TERMODINAMICA

EFICIENCIAS ADIABATICAS O

ISENTROPICAS


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Eficiencias isoentrpicas

Se ha mencionado en varias ocasiones que lasirreversibilidades son inherentes a todos los

procesos reales y que su efecto siempre es

degradar el rendimiento de los dispositivos.

En anlisis de ingeniera, sera muy deseable

tener algunos parmetros que permitieran

expresar cuantitativamente el grado de

degradacin de energa en estos dispositivos.


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Ahora se extender el anlisis a dispositivos de

ingeniera discretos que trabajan bajo condiciones de

flujo permanente: turbinas, compresores, bombas y

toberas, y se examinar el grado de degradacin deenerga en estos dispositivos como consecuencia de

las irreversibilidades. Pero antes es necesario definir

un proceso ideal que servir como un modelo para

los procesos reales.


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Aunque un poco de transferencia de calor entre

estos dispositivos y el medio de los alrededores es

inevitable, la mayor parte de los dispositivos de flujo

permanente se proponen para operar bajocondiciones adiabticas. Por tanto, el proceso

modelo debe ser uno adiabtico. Adems, un

proceso ideal no debe incluir irreversibilidades

puesto que el efecto de stas siempre es degradar elrendimiento de los dispositivos.


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Eficiencia Isoentrpica De modo que el proceso ideal que sirve como

un modelo adecuado para la mayor parte delos dispositivos de flujo permanente es elproceso isentrpico

Cuanto ms cerca se aproxima el proceso realal proceso isentrpico idealizado, tanto mejorse desempear el dispositivo. Por ello seradeseable tener un parmetro que exprese

cuantitativamente que tan eficiente es elacercamiento de un dispositivo real a unoidealizado. Este parmetro es la EficienciaIsentrpica o Adiabtica Rev.


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Es la medida de la desviacin que tiene el

proceso real de los idealizados.

La Eficiencia Adiabtica se define de manera

diferente para distintos dispositivos, porque

cada uno de ellos tienen funciones diferentes.


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EFICIENCIA DE TURBINAS

En una turbina bajo operacin permanente, elestado de entrada del fluido de trabajo y la presinde escape son fijos. En consecuencia, el procesoideal para una turbina adiabtica es uno isentrpicoentre el estado de entrada y la presin de escape. La

salida deseada de una turbina es el trabajoproducido, y la eficiencia adiabtica de una turbinase define como:

la razn entre la salida de trabajo real de la turbina yla salida de trabajo que habra alcanzado si elproceso entre el estado de entrada y la presin desalida fuera isentrpico:


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Turbinas

=Trabajo real de la turbina = Wa

trabajo isentrpico de la turbina Ws

Casi siempre los cambios en las energas cintica ypotencial asociados con una corriente de fluido quefluye por una turbina son pequeos en comparacincon el cambio en la entalpa y pueden omitirse.Entonces, la salida de trabajo de una turbinadiabtica viene a ser el simple cambio en la

entalpa, = h1h 2a / h1h2s


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Turbinas

El valor del rendimiento depende en gran medida del diseode los componentes individuales que integran la turbina. Lasgrandes y bien diseadas turbinas tienen eficienciasadiabticas superiores a 90 por ciento. Sin embargo, en

turbinas peques, disminuyen incluso por abajo de 70 porciento. El valor de la eficiencia adiabtica de una turbina sedetermina con la medicin de su salida de trabajo real y elclculo de la salida de trabajo isentrpica para las condicionesde entrada y la presin de salida medidas. Este valor se

emplea de manera conveniente en el diseo de centraleselctricas.


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EFICIENCIAS DE COMPRESORES

Eficiencia adiabtica de compresores

Es definida como la razn entre el trabajo de entrada

requerido para elevar la presin de un gas a un valor

especfico de una manera isentrpica y el trabajo deentrada real:

= Tabajo isentrpico del compresor

Trabajo real del compresor = W s / W a


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Compresores

Observe tambin que las condiciones de entrada y la

presin de salida del gas son las mismas, tanto para

el compresor real como para el isentrpico.

Cuando los cambios en la energa cintica y potencialson despreciables, el trabajo de entrada para un

compresor adiabtico se vuelve igual al cambio en la

entalpa, y la ecuacin en este caso se transforma en

:

= h 2s h1 / h2a - h1


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Compresores

donde h2a y h2s son los valores de entalpa en

el estado de salida para los procesos de

compresin real e isentrpico respectivamente,Tambin en este caso el valor del depende en

gran medida del diseo del compresor. Los

compresores bien diseados tienen eficienciasadiabticas que varan de 75 a 85 por ciento.


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Compresores

Cuando se intenta enfriar el gas en el momento de

comprimirlo, el proceso real es casi isentrpico y el

proceso isentrpico sirve como un proceso ideal. Los compresores con sistemas de enfriamiento

mediante aletas o camisas de agua alrededor de la

carcasa, no debe utilizarse este modelo ya que no es

adiabtico. El modelo conveniente es una eficienciaIsotrmica: = Wt / Wa


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Eficiencia en Bombas

Cuando los cambios en las energas potencial

y cintica de un lquido pueden ignorarse, la

eficiencia adiabtica de una bomba se define

como:

= Ws/Wa = v ( P2P1) / h2a - h1.


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EFICIENCIA DE TOBERAS

Las toberas son dispositivos esencialmenteadiabticos y se utilizan para acelerar un

fluido. Se define como la razn entre la

energa cintica real del fluido a la salida de

la tobera y el valor de la Ec a la salida de

una tobera isentrpica para el mismo

estado inicial y presin de salida:

= Ec real / Ec isentrpica = V2a / V2s


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Toberas

La presin de salida es la misma para elproceso real e isentrpico, pero el estado desalida es diferente. No genera trabajo ni Ep

Si la velocidad de entrada es pequea conrespecto a la de salida se tiene:

= h1 - h2a / h1 - h2s

Las eficiencias adiabticas son altas entre el 90y 95 % y algunos casos mayores


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Toberas


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EJEMPLO

A una turbina adiabtica entra vapor a 1.4

MPa, 350 C. La turbina tiene una eficiencia

adiabtica del 80 % y la presin de salida es

de 100 KPa. Determinar la potencia, la

temperatura de salida si el flujo msico esde 450 Kg/h.


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En una turbina adiabtica entra vapor

permanentemente a 3 MPa y 400C Y sale a 50

kPa y 100C. Si la salida de potencia de la

turbina es 2 MW y el cambio en la energacintica del vapor es despreciable. determine

a) la eficiencia adiabtica de la turbina y b) la

relacin de flujo de masa del vapor que fluyepor la turbina.


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Un compresor adiabtico en un sistema de

refrigeracin comprime 90 Kg / h de refrigerante

12 desde 200 KPa, 0 C hasta 1,2 MPa, 80 C.

Determinar la eficiencia del compresor adiabticoy la Irreversibilidad.

Suponga To 25 C


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Se utiliza una tobera convergentedivergente

para acelerar un fluido. La tobera es

adiabtica ingresa argn a baja velocidad con

una presin de 360 KPa y 1300 K. A la salidade la tobera la presin es de 130 KPa, 900 C.

Determine la velocidad de salida, la eficiencia

adiabtica de la tobera y la irreversibilidad.Suponga To 20 C


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Ejercicios Cengel 6-104 a 6-120

Identifique las principales fuentes de generacin deentropa en su casa y proponga manera dereducirlas.

Obtenga la siguiente informacin de una calefn: Lasalida de potencia neta, el tipo y la cantidad decombustible, la potencia consumida, otroselementos auxiliares.

Con estos datos determine la relacin de generacinde entropa.


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Una turbina de vapor recibe 18000 lb /h devapor a 400 Psi y 600 F y sale a 2 Psi.

Determinar la potencia de salida de la turbinay el incremento de entropa.

Entra aire a 14 Psi y 60 F a un compresor con

una relacin de 4000 pie3/min. y sale a 60 Psi.Calcular la potencia necesaria para mover elcompresor suponiendo:

Que el proceso es adiabtico reversible.

Que el compresor tiene un rendimiento del82%

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