Modelo de Gutkowicz–Procaccia–Ross a máxima potencia eficiente

Abstract

RESUMEN:

En 1975 Curzon y Ahlborn (CA) publicaron un artículo, considerado pionero de una rama de la termodinámica fuera del equilibrio, llamada termodinámica de tiempo finito (TTF), en ese artículo estos autores analizaron un ciclo térmico tipo Carnot en el que no hay equilibrio térmico entre las isotermas del ciclo y los reservorios externos de temperaturas absolutas T1 y T2. Este hecho permite que un flujo irreversible de calor ocurra entre los reservorios y la sustancia de trabajo implicando un término de Producción de entropía. Sin embargo, se deja a la sustancia de trabajo realizar ciclos reversibles. Los flujo irreversibles agregados constituyen un pequeño paso ligeramente más realista que un modelo reversible del ciclo de Carnot. Interesantemente, con este modelo simple, Curzon y Ahlborn calcularon la eficiencia térmica en el régimen de máxima potencia encontrando la ahora famosa fórmula, hCA =1􀀀 p T2=T1; que da valores razonablemente cercanas a las eficiencias de las algunas plantas de potencia reales. A posteriori muchos autores publicaron diversos modelos CA modificados agregándoles algunas características más reales ligadas a las plantas de potencía. El ciclo CA también fue optimizado por medio de diferentes funciones objetivo tales como la función ecólogica y la potencia eficiente. En la presente tesis aplicamos el criterio de potencia eficiente a un ciclo tipo CA siguiendo el modelo de Gutkowicsz, Procaccia and Ross (GPR) que incluyen términos inerciales. Como era de esperarse, la eficiencia del ciclo GPR bajo el criterio de máxima potencia eficiente es mayor que la eficiencia-CA bajo condiciones de máxima potencia.

ABSTRACT:

In 1975, Curzon and Ahlborn (CA) published a paper which is considered as pioneering of a branch of non equilibrium thermodynamics called finite-time thermodynamics. In that article these authors analyzed a Carnot-type thermal cycle in which there is not thermal equilibrium between the isotherms of the cycle and the external heat reservoirs at absolute temperatures T1 and T2. This fact permits that an irreversible heat transfer flux occurs between the reservoirs and the working substance implying a term of entropy production. However, it is allowed that the working substance performs internal reversible cycles. The irreversible fluxes added constitute a small step towards a slightly more realistic model than the Carnot cycle. Interestingly, with this simple model Curzon and Ahlborn calculated the thermal efficiency at the maximum power regime finding the famous formula of the CA-efficiency, which is reasonably close to efficiencies of actual power plants. Later, many authors published several modified CA models by adding some realistic features linked to power plants. The CA cycle also was optimized by means of diverse objective functions such as the ecological function and the efficient power. In the present thesis we applied the efficient power criterion to a CA-type cycle following the Gutkowicsz, Procaccia and Ross (GPR) model which includes inertial terms. As expected, the efficiency of the GPR cycle under maximum efficient power criterion is largest than the CA-efficiency under maximum power conditions.