On the optimum operation conditions of an endoreversible heat engine with different heat transfer laws in the thermal couplings
M.A. Barranco–Jiménezª, N. Sánchez–Salasb and F. Angulo–Brownb
ª Departamento de Ciencias Básicas, Escuela Superior de Cómputo, Instituto Politécnico Nacional, Av. Juan de Dios Batiz s/n. Esq. M. Othon de Mendizabal, UP Adolfo López Mateos, 07738, México D.F., e–mail: mbarrancoj@ipn.mx
b Departamento de Física, Escuela Superior de Física y Matemáticas, Instituto Politécnico Nacional, UP Zacatenco, 07738 México D.F, e–mail: norma@esfm.ipn.mx, angulo@esfm.ipn.mx
Recibido el 17 de septiembre de 2007 ]]> Aceptado el 3 de junio de 2008
Abstract
Within the context of Finite–Time Thermodynamics (FTT) we study the optimum operating conditions of an endoreversible engine model. In this model we consider different heat transfer modes from the hot reservoir to the working fluid, while the mode of heat transfer from the working fluid to the cold reservoir is governed by a Newtonian heat transfer law. In our analysis we use two modes of performance, the maximum power regimen and the so–called ecological function. We calculate the optimum temperatures of the working fluid and the optimum efficiency in terms of the relevant system parameters. We show how the efficiency under a maximum ecological function is greater than the maximum efficiency under maximum power conditions.
Keywords: Finite time–thermodynamics; endoreversible engine; optimization.
Resumen
Dentro del contexto de la Termodinámica de Tiempos Finitos (TTF) se estudian las condiciones de operación óptima de un modelo de máquina térmica endorreversible. En el modelo se consideran diferentes modos de transferencia de calor del almacén caliente a la sustancia de trabajo, mientras que la transferencia de energía de la sustancia de trabajo al almacén frío está dominada principalmente por una ley de enfriamiento tipo Newton. En nuestro estudio consideramos dos regímenes de operación, el de máxima potencia y el de máxima función ecológica. Calculamos las temperaturas óptimas de la sustancia de trabajo, así como la eficiencia óptima de la máquina térmica en función de parámetros representativos del modelo. Se muestra que la eficiencia óptima bajo un régimen de operación ecológica es siempre mayor que la correspondiente eficiencia bajo un régimen de operación de máxima potencia.
Descriptores: Termodinámica de tiempos finitos; máquina endorreversible; optimización.
]]> PACS: 44.90,+c
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Acknowledgments
This work was supported in part by COFAA and EDI–IPN–México.
References
1. F. Curzon and B. Ahlborn, Am J. Phys. 43 (1975) 22. [ Links ]
2. P. Chambadal, Rev. Gén. Électr. 67 (1958) 332; [ Links ] Novikov II. J. Nuclear Energy. 7 (1958) 125. [ Links ]
3. F. Angulo–Brown, J. Appl. Phys. 69 (1991) 7465. [ Links ]
4. J. Chen et al, Applied Energy. 83 (2006) 573. [ Links ]
5. X. Zhu et al., J. of the Energy Institute 7 (2006) 42. [ Links ]
6. P. Salamon and A. Nitzan, J. Chem. Phys. 74 (1986) 3546. [ Links ]
7. A. Bejan, Int. J. Heat. Mass. Transfer 31 (1988) 211. [ Links ]
8. J.A. Rocha–Martínez, T.D. Navarrete–González, and F. Angulo–Brown, Rev. Mex. Fis. 42 (1996) 588. [ Links ]
9. M.A. Barranco–Jiménez and F. Angulo–Brown, Rev. Mex. Fis. 51 (2005) 49. [ Links ]
10. J.C. Chimal–Eguía, M.A. Barranco–Jiménez, and F. Angulo–Brown, Open Sys. and Information Dyn. 13 (2006) 43. [ Links ]
11. M.A. Barranco–Jiménez, J.C. Chimal–Eguía, and F. Angulo–Brown, Rev. Mex. Fis. 52 (2006) 205. [ Links ]
12. A. De Vos, Am. J. Phys. 53 (1985) 570. [ Links ]
13. J. Chen et al, Applied Energy. 81 (2005) 388. [ Links ]
14. M.A. Barranco–Jiménez and F. Angulo–Brown, J. Energy Inst. 80 (2007) 96. [ Links ]
15. F. Angulo–Brown and R. Paéz–Hernández, J. Appl. Phys. 74 (1993) 2216. [ Links ]
16. M. Huleihil and B. Andresen, J. Appl. Phys. 100 (2006) 014911. [ Links ]
17. L.A. Arias–Hernández, G. Ares de Parga, and F. Angulo–Brown,. J. Appl. Phys. 101 (2007) 036106–036106–2. [ Links ]
18. A.Z. Sahin, Energy Conversion and Management 41 (2000) 1335. [ Links ]
19. O.S. Sogut and A. Durmayaz, J. Energy Institute. 79 (2006) 246. [ Links ]
20. C.O' Sullivan, Am. J. Phys. 38 (1990) 956. In this article a discussion of the differences between the Newton's law of cooling and the so–called Dulong–Petit heat transfer law is presented. [ Links ]
21. C. Hu, L. Chen, and J. Chen, Recent Advances in Finite–Time Thermodynamics (Nova Science Publishers, Inc, 1999). [ Links ]
22. M. Fischer and K.H. Hoffmann: J. Non–Equilib. Thermodyn. 29 (2004) 9. [ Links ]
23. A. Durmayaz et al, Progress in Energy and Combustion Science 30 (2004) 175. [ Links ]
24. F. Angulo–Brown, LA. Arias–Hernández, and M. Santillán–Zemn, Rev. Mex. Fis. 48 (S1) (2002) 182. [ Links ] ]]>