{"id":40820,"date":"2019-09-25T07:27:41","date_gmt":"2019-09-25T06:27:41","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/que-es-un-ejemplo-de-proceso-isobarico-adicion-de-calor-isobarico-definicion\/"},"modified":"2021-08-03T19:23:56","modified_gmt":"2021-08-03T18:23:56","slug":"que-es-un-ejemplo-de-proceso-isobarico-adicion-de-calor-isobarico-definicion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/es\/que-es-un-ejemplo-de-proceso-isobarico-adicion-de-calor-isobarico-definicion\/","title":{"rendered":"El ejemplo de proceso isob\u00e1rico – Adici\u00f3n de calor isob\u00e1rico – Definici\u00f3n"},"content":{"rendered":"
\n
Ejemplo de proceso isob\u00e1rico: adici\u00f3n de calor isob\u00e1rico.\u00a0Supongamos una adici\u00f3n de calor isob\u00e1rico en un gas ideal.\u00a0Calcule el calor agregado por el intercambiador de calor.\u00a0Ingenieria termal<\/div>\n<\/div>\n
<\/div>\n

Ejemplo de proceso isob\u00e1rico: adici\u00f3n de calor isob\u00e1rico<\/h2>\n
\"primera<\/a>
El ciclo de Brayton ideal consta de cuatro procesos termodin\u00e1micos.\u00a0Dos procesos isentr\u00f3picos y dos procesos isob\u00e1ricos.<\/figcaption><\/figure>\n

Supongamos el\u00a0\u00a0ciclo de Brayton ideal<\/strong>\u00a0\u00a0que describe el funcionamiento de una\u00a0\u00a0m\u00e1quina\u00a0<\/strong>\u00a0t\u00e9rmica de\u00a0<\/strong>presi\u00f3n constante<\/strong>\u00a0.\u00a0Los<\/strong>\u00a0\u00a0motores de\u00a0turbina de gas modernos<\/strong>\u00a0y\u00a0\u00a0los motores a reacci\u00f3n con respiraci\u00f3n de aire<\/strong>\u00a0\u00a0tambi\u00e9n siguen el ciclo de Brayton.<\/p>\n

El ciclo de Brayton ideal consta de cuatro procesos termodin\u00e1micos.\u00a0Dos procesos isentr\u00f3picos y dos procesos isob\u00e1ricos.<\/p>\n

    \n
  1. Compresi\u00f3n isentr\u00f3pica<\/strong>\u00a0\u00a0: el aire ambiente se introduce en el compresor, donde se presuriza (1 \u2192 2).\u00a0El trabajo requerido para el compresor viene dado por\u00a0\u00a0W\u00a0C<\/sub>\u00a0\u00a0= H\u00a02<\/sub>\u00a0\u00a0– H\u00a01<\/sub>\u00a0.<\/strong><\/li>\n
  2. Adici\u00f3n de calor isob\u00e1rico<\/strong>\u00a0\u00a0: el aire comprimido pasa a trav\u00e9s de una c\u00e1mara de combusti\u00f3n, donde se quema el combustible y se calienta el aire u otro medio (2 \u2192 3).\u00a0Es un proceso de presi\u00f3n constante, ya que la c\u00e1mara est\u00e1 abierta para entrar y salir.\u00a0El calor neto agregado viene dado por\u00a0\u00a0Q\u00a0add<\/sub>\u00a0\u00a0= H\u00a03\u00a0<\/sub>\u00a0– H\u00a02<\/sub><\/strong><\/li>\n
  3. Expansi\u00f3n isentr\u00f3pica<\/strong>\u00a0\u00a0: el aire calentado y presurizado luego se expande en la turbina y cede su energ\u00eda.\u00a0El trabajo realizado por la turbina est\u00e1 dado por\u00a0\u00a0W\u00a0T<\/sub>\u00a0\u00a0= H\u00a04<\/sub>\u00a0\u00a0– H\u00a03<\/sub><\/strong><\/li>\n
  4. rechazo de calor isob\u00e1rico<\/strong>\u00a0\u00a0– el calor residual debe ser rechazado para cerrar el ciclo.\u00a0El calor neto rechazado est\u00e1 dado por\u00a0\u00a0Q\u00a0re<\/sub>\u00a0\u00a0= H\u00a04\u00a0<\/sub>\u00a0– H\u00a01<\/sub><\/strong><\/li>\n<\/ol>\n

    Suponga una\u00a0adici\u00f3n de calor isob\u00e1rico<\/strong>\u00a0(2 \u2192 3) en un intercambiador de calor.\u00a0En las turbinas de gas t\u00edpicas, la etapa de alta presi\u00f3n recibe gas (punto 3 en la figura; p\u00a03<\/sub>\u00a0=\u00a06,7 MPa<\/strong>\u00a0; T\u00a03<\/sub>\u00a0= 1190 K (917 \u00b0 C)) de un intercambiador de calor.\u00a0Adem\u00e1s, sabemos que el compresor recibe gas (punto 1 de la figura; p\u00a01<\/sub>\u00a0=\u00a02,78 MPa<\/strong>\u00a0; T\u00a01<\/sub>\u00a0= 299 K (26 \u00b0 C)) y sabemos que la eficiencia isentr\u00f3pica del compresor es\u00a0\u03b7\u00a0<\/strong>K<\/sub><\/strong>\u00a0= 0,87 (87 %)<\/strong>\u00a0.<\/p>\n

    Calcule el calor agregado por el intercambiador de calor (entre 2 \u2192 3).<\/strong><\/p>\n

    Soluci\u00f3n:<\/strong><\/p>\n

    A partir de la\u00a0primera ley de la termodin\u00e1mica<\/strong>\u00a0, el calor neto a\u00f1adido viene dado por\u00a0Q\u00a0<\/strong>add<\/sub><\/strong>\u00a0= H\u00a0<\/strong>3<\/sub><\/strong>\u00a0– H\u00a0<\/strong>2<\/sub><\/strong>\u00a0o\u00a0Q\u00a0add<\/sub>\u00a0= C\u00a0p<\/sub>\u00a0. (T\u00a03<\/sub>\u00a0-T\u00a02s<\/sub>\u00a0),<\/strong>\u00a0pero en este caso no conocemos la temperatura (T\u00a02s<\/sub>\u00a0) en la salida del compresor.\u00a0Resolveremos este problema en variables intensivas.\u00a0Tenemos que reescribir la ecuaci\u00f3n anterior (para incluir\u00a0\u03b7\u00a0<\/strong>K<\/sub><\/strong>\u00a0) usando el t\u00e9rmino (+\u00a0h\u00a0<\/strong>1<\/sub><\/strong>\u00a0– h\u00a0<\/strong>1<\/sub><\/strong>\u00a0) para:<\/p>\n

    Q\u00a0suma<\/sub>\u00a0=\u00a0h\u00a0<\/strong>3<\/sub><\/strong>\u00a0– h\u00a0<\/strong>2<\/sub><\/strong>\u00a0= h\u00a0<\/strong>3<\/sub><\/strong>\u00a0– h\u00a0<\/strong>1<\/sub><\/strong>\u00a0– (h\u00a0<\/strong>2s<\/sub><\/strong>\u00a0– h\u00a0<\/strong>1<\/sub><\/strong>\u00a0) \/\u00a0<\/strong>\u03b7\u00a0<\/strong>K<\/sub><\/strong>\u00a0\u00a0<\/strong><\/p>\n

    Q\u00a0suma\u00a0<\/sub>=<\/strong>\u00a0c\u00a0p<\/sub>\u00a0(T\u00a03<\/sub>\u00a0-T\u00a01<\/sub>\u00a0) – (c\u00a0p<\/sub>\u00a0(T\u00a02s<\/sub>\u00a0-T\u00a01<\/sub>\u00a0)\u00a0\/\u00a0<\/strong>\u03b7\u00a0<\/strong>K<\/sub><\/strong>\u00a0)<\/p>\n

    Luego calcularemos la temperatura, T\u00a02s<\/sub>\u00a0, usando\u00a0p, V, T Relaci\u00f3n<\/strong>\u00a0para el proceso adiab\u00e1tico entre (1 \u2192 2).<\/p>\n

    \"Relaci\u00f3n<\/a><\/p>\n

    En esta ecuaci\u00f3n, el factor de helio es igual a\u00a0= c\u00a0p<\/sub>\u00a0\/ c\u00a0v<\/sub>\u00a0= 1,66<\/strong>\u00a0.\u00a0De la ecuaci\u00f3n anterior se deduce que la temperatura de salida del compresor, T\u00a02s<\/sub>\u00a0, es:<\/p>\n

    \"proceso<\/a><\/p>\n

    De la\u00a0ley de los gases ideales<\/a>\u00a0sabemos que el calor espec\u00edfico molar de un\u00a0gas ideal monoat\u00f3mico<\/a>\u00a0es:<\/p>\n

    C\u00a0<\/em><\/strong>v<\/sub><\/em><\/strong>\u00a0= 3 \/ 2R = 12.5 J \/ mol K<\/em><\/strong>\u00a0y\u00a0C\u00a0<\/em><\/strong>p<\/sub><\/em><\/strong>\u00a0= C\u00a0<\/em><\/strong>v<\/sub><\/em><\/strong>\u00a0+ R = 5 \/ 2R = 20.8 J \/ mol K<\/em><\/strong><\/p>\n

    Transferimos las capacidades calor\u00edficas espec\u00edficas en unidades de\u00a0J \/ kg K a trav\u00e9s de:<\/strong><\/p>\n

    c\u00a0<\/em><\/strong>p<\/sub><\/em><\/strong>\u00a0= C\u00a0<\/em><\/strong>p<\/sub><\/em><\/strong>\u00a0.\u00a01 \/ M (peso molar del helio) = 20,8 x 4,10\u00a0<\/em><\/strong>-3<\/sup><\/em><\/strong>\u00a0= 5200 J \/ kg K<\/em><\/strong><\/p>\n

    Usando esta temperatura y la\u00a0eficiencia del compresor isentr\u00f3pico<\/a>\u00a0podemos calcular el calor agregado por el intercambiador de calor:<\/p>\n

    Q\u00a0suma<\/sub>\u00a0=<\/strong>\u00a0c\u00a0p<\/sub>\u00a0(T\u00a03<\/sub>\u00a0-T\u00a01<\/sub>\u00a0) – (c\u00a0p<\/sub>\u00a0(T\u00a02s<\/sub>\u00a0-T\u00a01<\/sub>\u00a0)\u00a0\/\u00a0<\/strong>\u03b7\u00a0<\/strong>K<\/sub><\/strong>\u00a0) = 5200. (1190 – 299) – 5200. (424-299) \/0.87 = 4.633 MJ \/ kg – 0,747 MJ \/ kg =\u00a03,886 MJ \/ kg<\/strong>\u00a0[\/ lgc_column]

    <\/div><\/div>\n
    \"Proceso<\/a>
    Proceso isob\u00e1rico – caracter\u00edsticas principales<\/figcaption><\/figure>\n
    \"La<\/a>
    Para una masa fija de gas a presi\u00f3n constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura Kelvin.\u00a0Fuente: grc.nasa.gov La pol\u00edtica de derechos de autor de la NASA establece que “el material de la NASA no est\u00e1 protegido por derechos de autor a menos que se indique lo contrario”.<\/figcaption><\/figure>\n[\/ lgc_column]
    <\/div><\/div>
    <\/div>
    <\/span>Ejemplo: Pist\u00f3n sin fricci\u00f3n - Calor - Entalp\u00eda<\/div>
    <\/div><\/div>\n
    \"Entalp\u00eda<\/a>
    Calcule la temperatura final, si se agregan 3000 kJ de calor.<\/figcaption><\/figure>\n

    Un pist\u00f3n sin fricci\u00f3n se utiliza para proporcionar una presi\u00f3n constante de\u00a0500 kPa<\/strong>\u00a0en un cilindro que contiene vapor de agua (\u00a0vapor sobrecalentado<\/a>\u00a0) de un volumen de\u00a02 m\u00a03<\/sup><\/strong>\u00a0\u00a0a\u00a0500 K<\/strong>\u00a0.\u00a0Calcule la temperatura final, si\u00a0se agregan\u00a03000 kJ<\/strong>\u00a0de\u00a0calor<\/strong>\u00a0.<\/p>\n

    Soluci\u00f3n:<\/strong><\/p>\n

    Usando\u00a0tablas de vapor<\/a>\u00a0sabemos que la\u00a0entalp\u00eda espec\u00edfica<\/strong>\u00a0de dicho vapor (500 kPa; 500 K) es de aproximadamente\u00a02912 kJ \/ kg<\/strong>\u00a0.\u00a0Dado que en esta condici\u00f3n el vapor tiene una densidad de 2.2 kg \/ m\u00a03<\/sup>\u00a0, entonces sabemos que hay aproximadamente\u00a04.4 kg de vapor<\/strong>\u00a0en el pist\u00f3n con una entalp\u00eda de 2912 kJ \/ kg x 4.4 kg =\u00a012812 kJ<\/strong>\u00a0.<\/p>\n

    Cuando usamos simplemente\u00a0Q = H\u00a02<\/sub>\u00a0- H\u00a01<\/sub><\/strong>\u00a0, entonces la entalp\u00eda resultante del vapor ser\u00e1:<\/p>\n

    H\u00a02<\/sub>\u00a0= H\u00a01<\/sub>\u00a0+ Q =\u00a015812 kJ<\/strong><\/p>\n

    De\u00a0las tablas de vapor<\/strong>\u00a0, dicho vapor sobrecalentado (15812 \/ 4.4 = 3593 kJ \/ kg) tendr\u00e1 una temperatura de\u00a0828 K (555 \u00b0 C)<\/strong>\u00a0.\u00a0Dado que a esta entalp\u00eda el vapor tiene una densidad de 1,31 kg \/ m\u00a03<\/sup>\u00a0, es obvio que se ha expandido en aproximadamente 2,2 \/ 1,31 = 1,67 (+ 67%).\u00a0Por lo tanto, el volumen resultante es 2 m\u00a03<\/sup>\u00a0x 1,67 = 3,34 m\u00a03<\/sup>\u00a0y \u2206V = 3,34 m\u00a03<\/sup>\u00a0- 2 m\u00a03<\/sup>\u00a0= 1,34 m\u00a03<\/sup>\u00a0.<\/p>\n

    La\u00a0parte\u00a0p\u2206V<\/strong>\u00a0de la entalp\u00eda, es decir, el trabajo realizado es:<\/p>\n

    W = p\u2206V = 500 000 Pa x 1,34 m\u00a03<\/sup>\u00a0= 670 kJ<\/strong>\u00a0[\/ su_spoiler] [\/ su_accordion]

    <\/div> [\/ lgc_column]\n

     <\/p>\n

    <\/div>\n
    \n
    \n
    <\/div>\n

     <\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

     <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    Ejemplo de proceso isob\u00e1rico: adici\u00f3n de calor isob\u00e1rico.\u00a0Supongamos una adici\u00f3n de calor isob\u00e1rico en un gas ideal.\u00a0Calcule el calor agregado por el intercambiador de calor.\u00a0Ingenieria termal Ejemplo de proceso isob\u00e1rico: adici\u00f3n de calor isob\u00e1rico Supongamos el\u00a0\u00a0ciclo de Brayton ideal\u00a0\u00a0que describe el funcionamiento de una\u00a0\u00a0m\u00e1quina\u00a0\u00a0t\u00e9rmica de\u00a0presi\u00f3n constante\u00a0.\u00a0Los\u00a0\u00a0motores de\u00a0turbina de gas modernos\u00a0y\u00a0\u00a0los motores a reacci\u00f3n con respiraci\u00f3n … Leer m\u00e1s<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[16],"tags":[],"yoast_head":"\nEl ejemplo de proceso isob\u00e1rico - Adici\u00f3n de calor isob\u00e1rico - Definici\u00f3n<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"Ejemplo de proceso isob\u00e1rico: adici\u00f3n de calor isob\u00e1rico. 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