TERMOTEHNICACURS 8

Analiza ciclurilor

termodinamice Pentru ca o maşină termică să poată

produce un efect util in mod continuu,

aceasta trebuie sa parcurgă in mod ciclic

o succesiune de transformări

termodinamice. O astfel de succesiune de

transformari termodinamice reprezintă un

ciclu termodinamic.

Prima etapă in modelarea funcţionării

unei maşini termice constă in asocierea

unui ciclu termodinamic. Astfel maşina cu

abur cu piston funcţionează după ciclul

Carnot, motorul cu aprindere prin scanteie

dupa ciclul Beau de Rochas – Otto

s.a.m.d.

Analiza ciclurilor

termodinamice

Fie un ciclul termodinamic oarecare reprezentat in figura

alăturata. Se observa ca o caracteristica fundamentala a unui

ciclu termodinamic consta in faptul ca, in urma parcurgerii unei

serii de transformări termodinamice sistemul revine periodic la

starea iniţiala.

Ţinând seama de aceasta caracteristică in aplicarea

Principiului I al termodinamicii la un astfel de sistem, obţinem

succesiv:

Analiza ciclurilor

termodinamice In consecinţă, ultima ecuaţie ne permite să

evaluăm lucrul mecanic net efectuat sau

consumat pe ciclu pe baza analizei fluxurilor

de căldură primite si cedate de sistem sau

sa verificam identificarea tuturor formelor de

energie schimbate de maşina pe un ciclu.

Daca ciclul se traseaza in coordonate p-V

(diagrama dinamica), aria marginita de

grafic reprezinta lucrul mecanic net efectuat

sau consumat pe ciclu.

Daca ciclul se traseaza in coordonate T-S,

aria marginita de grafic reprezinta caldura

neta primita sau cedata pe ciclu.

Analiza ciclurilor

termodinamice Daca ciclul se deruleaza in sens orar (anti-trigonometric)

ciclul este asociat unei masini termice motoare care are

ca scop producerea de lucru mecanic.

Daca ciclul se deruleaza in sens anti-orar (trigonometric)

ciclul este asociat unei masini termice generatoare care

are ca scop transferul caldurii de la o sursa rece la o sursa

calda pe baza consumului de lucru mecanic.

Daca scopul principal al masinii este de a prelua caldura

Q2 de la sursa rece, atunci avem o masina sau instalatie

frigorifica.

Daca scopul principal al masinii este de a transfera

caldura Q1 la sursa calda, atunci avem o pompa de

caldura.

1) Masina termica motoare

SC- sursa calda.

SR- sursa rece.

Definim ca indice de performanta randamentul motorului:

unde Q1 reprezinta energia consumata si L ciclu reprezinta energia utila.

Masina termica generatoare

Definim eficienta frigorifica care caracterizează

eficienta instalatiilor frigorifice ca fiind raportul

dintre căldura preluata de la sursa rece si lucrul

mecanic pe ciclu consumat:

In cazul pompelor de căldura se defineşte eficienta pompelor de căldura ca fiind raportul dintre căldura care se transfera la sursa calda (efectul util) si lucrul mecanic consumat pe ciclu:

Alte consecinte ale

Principiului I

Determinarea legilor de evolutie a proceselor termodinamice si calculul caldurii si a lucrului schimbate cu mediul exterior.

Se numeste transformare termodinamica, procesul pe parcursul caruia sistemul termodinamic isi schimba starea si se evidentiaza prin schimbarea valorilor parametrilor de stare. Un proces termodinamic incepe de la o stare de echilibru initiala si se finalizeaza cu o stare de echilibru finala.

Pentru a putea urmari evolutia unui sistem in termodinamica este necesar ca sistemul sa parcurga stari intermediare de echilibru. O astfel de transformare se numeste transformare cvasistatica.

Transformarile care vor face subiectul acestui curs vor fi transformari cvasistatice.

Pentru a putea aplica acest model de transformare la transformarile reale, este necesar ca sa se faca abstractie de factorul timp.

Alte consecinte ale

Principiului I Forma generala a unei transformari de stare pentru gazul

perfect (in sens cvasistatic) este:

Astfel, fie un gaz perfect de masa m, inchis intr-o incinta si care parcurge o transformare de la o stare 1 la o stare 2. Pentru cele doua stari se poate scrie ecuatia de stare dupa cum urmeaza:

De unde se obtine:

Deci, ecuatia transformarii generale a unui gaz perfect are forma următoare:

Transformarile termodinamice pot fi simple sau complexe. Forma cea mai complexa a tranformarilor termodinamice a gazelor perfecte este transformarea politropica.

.ctT

pV

Legea transformarii

politropice

Se numeste transformare politropica, transformarea termodinamica pe parcursul careia sistemul schimba atat caldura cat si lucru mecanic cu mediul inconjurator. Pentru a determina legea transformarii politropice se scriu urmatoarele ecuatii:

Legea transformarii

politropice

Legea transformarii

politropice

Legea transformarii

politropiceSe particularizeaza transformarea politropica pentru celelalte transformarisimple ale gazelor perfecte.

ctvpctvpn n 11

ctpctpvn n 0

ctpvctpvn n 1

ctpvctpvc

ckn kn

v

p adiabatic)(exponent

Daca (izocora).

(izobara).

(izoterma).

(adiabatica).

Daca

Daca

Daca

Calculul caldurii in

transformarea politropica

Calculul lucrul mecanic in

transformarea politropica

Calculul lucrul mecanic in

transformarea politropica

Transformările gazului

perfect

Transformările gazului

perfect

Transformările gazului

perfect

Transformările gazului

perfect