7/27/2019 FISICA II Ventajas Del Ciclo de Ericsson
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Ciclo Ericsson
Dos procesos isotrmicos y regeneracin a presin constante.
TL
TH
1 2
34
P=constante
P=
consta
nte
qen
qsal
T
S
Regeneracin
v
Regeneracin
P
1
3
4
2
qen
qsal
TH=consta
nte
TL
=constante
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Ventajas del Ciclo Ericsson Los procesos de expansin y compresin
isotrmicos se llevan a cabo en la turbina y elcompresor como se muestra en la figura
siguiente. El regenerador es un intercambiador de calor de
contraflujo. La transferencia de calor sucedeentre las dos corrientes
En el caso ideal la diferencia de temperaturaentre las dos corrientes no excede una cantidaddiferencial dT. La corriente de fluido fra sale delintercambiador de calor a la temperatura deentrada de la corriente caliente.
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Ciclo Ericsson
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Comparacin de eficiencia de los
ciclos Ericsson y Stirling
Los ciclos Ericsson y Stirling sontotalmente reversibles, como el ciclo
Carnot; por lo tanto, de acuerdo con elprincipio de Carnot, los tres ciclos tendrnla misma eficiencia trmica cuando operenentre los mismos lmites de Temperatura
H
LCarnottStirlingtEricssont
T
T 1,,,
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Demostracin
Al fluido de trabajo se le aade calor isotrmicamente de unafuente externa de temperatura TH durante el proceso 1-2, y serechaza tambin isotrmicamente en un sumidero externo atemperatura TL durante el proceso 3-4. En un procesoisotrmico reversible, la transferencia de calor se relaciona con
el cambio de entropa mediante
El cambio de entropa de un gas ideal durante un procesoisotrmico est dado por:
sTq
i
e
i
ep
P
PR
T
TCs lnln
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Como: y el logaritmo natural de 1 es cero,
El valor de la entrada de calor y de la salida de calor
puede expresarse como:
2
1
1
212 lnln
P
PRT
P
PRTssTq HHHen
3
4
3
434 lnln
PPRT
PPRTssTq LLLsal
ie TT
i
e
P
PRs ln
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De lo anterior la eficiencia del ciclo de Ericsson es
Debido a que P1 = P4 y P3 = P2
en
salEricssont
q
q1.
2
1
3
4
.ln
ln
1P
PRT
PP
RT
H
L
Ericssont
H
Lt.Ericsson
T
T 1
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CASO (Problema 8.62, p. 490. Termodinmica,
Yunus A. Cengel y Michael A. Boles, Cuarta edicin)
Considere un ciclo Ericsson ideal con aire como fluido detrabajo ejecutado en un sistema de flujo estable. El aire seencuentra a 27 C y 120 kPa al principio del proceso decompresin isotrmica durante el cual 150 kJ/kg de calor
se rechazan. La transferencia de calor al aire sucede a1200 K. Determine a) la presin mxima en el ciclo, b) lasalida neta de trabajo por unidad de masa de aire y c) laeficiencia trmica del ciclo.
27oC
1200
K
1 2
34
P=constante
P=
consta
nte
qen
qsal
T
S
Regeneracin
v
Regeneracin
P
1
3
4
2
qen
qsal
TH=consta
nte
TL
=constante
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Presin mxima del ciclo
Considerando al aire como un gas ideal
De tabla A.1 KkgkJR
2870.0
34Lsal ssTq
3
4Lsal
P
PRlnTq
3
4Lsal
P
PlnRTq
120kPaPln273KCKC27KkgkJ0.2870kgkJ150 4oo
despejando y resolviendo para P4
685.2kPaP4 Que es la mxima presin del ciclo
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Salida neta de trabajo por unidad de masa de
aire
12Hen ssTq
1
2Hen
P
PRlnTq
2
1Hen
P
PlnRTq
120kPa
685.2kPaln1200K
Kkg
kJ0.2870qen
kg
kJ600qen
en
sal
H
Lt.Ericsson
q
q1
T
T1
en
netot.Ericsson
q
w
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igualando las definiciones anteriores de eficiencia:
en
neto
H
L
q
w
T
T1
kgkJ600
w
1200K
273KC
KC27
1 netoo
o
despejando y resolviendo
kgkJ450wneto
Que es la salida neta de trabajo por unidad de masa de aire.
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Eficiencia del ciclo
H
Lt.Ericsson
T
T1
1200K
273KC
KC27
1o
o
t.Ericsson
75%0.75t.Ericsson Que es la eficiencia del ciclo.