Máquinas y RefrigeradoresMáquinas y Refrigeradorestérmicostérmicos

Ciclos termodinámicosCiclos termodinámicos

1. Máquina térmica1. Máquina térmicaConvierte parcialmente calor Convierte parcialmente calor en trabajo. en trabajo. El calor que se extrae del El calor que se extrae del foco caliente se convierte foco caliente se convierte en trabajo y calor que se en trabajo y calor que se cede al foco frío.cede al foco frío.La sustancia de trabajo La sustancia de trabajo puede ser agua, aire, gasoil, puede ser agua, aire, gasoil, gasolina..gasolina..

Th

Máquina

Qh>0

W>0W>0

Tc

Qc<0

Foco Caliente

Foco Frío

1.1 Procesos cíclicos1.1 Procesos cíclicosPueden funcionar como máquinas térmicas.Pueden funcionar como máquinas térmicas.Ciclo: el primer estado y el último tienen la Ciclo: el primer estado y el último tienen la misma temperatura.misma temperatura.

IdealIdealRendimiento térmicoRendimiento térmico

0=∆U0>+= ch QQW

hQW =

h

ch

h

ch

h QQQ

QQQ

QW −

=+

==κh

c

QQ

−=1κ

Área positiva encerrada por el ciclo en un diagrama pV

2. Ciclo de 2. Ciclo de CarnotCarnotCiclo de Ciclo de rendimiento rendimiento máximo.máximo.

Isoterma Isoterma AdiabAdiabáática tica Isoterma Isoterma AdiabAdiabááticatica

2. Ciclo de 2. Ciclo de CarnotCarnot (2)(2)11 2 Expansi2 Expansióón n IsotIsotéérmica. T=ctermica. T=cte

22 3 Expansi3 Expansióón n AdiabAdiabáática. Q=0tica. Q=0

33 4 Compresi4 Compresióón n IsotIsotéérmica. T=ctermica. T=cte

44 1 Compresi1 Compresióón n AdiabAdiabáática. Q=0tica. Q=0

0ln1

212 >==

VVnRTQW hh

21

2211

TTVPVP

==

133

122

3322−− =

=γγ

γγ

VTVT

VPVP

0)( 3223

=−=

QTTCW v

43

4433

TTVPVP

==

0ln3

434 <==

VVnRTQW cc

0)( 1441

=−=

QTTCW v

111

144

1144−− =

=γγ

γγ

VTVT

VPVP

2. Ciclo de 2. Ciclo de CarnotCarnot (3)(3)Trabajo total Trabajo total

RendimientoRendimiento

EntropEntropíía a

ch QQW += 04123 =+WW

h

c

h

c

TT

QQ

−=−= 11κ

0=∆+∆=∆ ch SSS

3. Ciclo Diesel3. Ciclo Diesel

Adiabática Adiabática Isobara Isobara AdiabAdiabááticatica IsIsóócoracora

Q23>0

Q41<0Adiabática

Adiabática

Isocora

Isobara

3. Ciclo Diesel (2)3. Ciclo Diesel (2)11 2 Compresi2 Compresióón n AdiabAdiabáática. Q=0tica. Q=0

22 3 Expansi3 Expansióón Isobara. n Isobara. P=cteP=cte

33 4 Expansi4 Expansióón n AdiabAdiabáática. Q=0tica. Q=0

44 1 Compresi1 Compresióón isn isóócora. cora. V=cteV=cte

122

111

2211−− =

=γγ

γγ

VTVT

VPVP0

)( 2112

=−=

QTTCW v

32

3223

PPVTVT

==

)()(

2323

23223

TTCQVVPW

p −=−=

144

133

4433−− =

=γγ

γγ

VTVT

VPVP0

)( 4334

=−=

QTTCW v

14

1414

PPVTVT

==

)(0

4141

41

TTCQW

v −==

3. Ciclo Diesel (3)3. Ciclo Diesel (3)Grado de compresiGrado de compresióónnTrabajo total Trabajo total

RendimientoRendimiento

EntropEntropíía a

ch QQW +=

)()(1123

41

TTCTTC

QQ

p

v

h

c

−−

−=−=κ

04123 =∆+∆=∆ SSS

1

2

VVr =

4. Refrigerador térmico4. Refrigerador térmicoExtrae calor de un foco frío. Extrae calor de un foco frío. El calor se extrae del foco El calor se extrae del foco frío realizando trabajo y se frío realizando trabajo y se cede al foco caliente.cede al foco caliente.La sustancia de refrigeración La sustancia de refrigeración puede ser agua, aire, gasoil, puede ser agua, aire, gasoil, gasolina..gasolina..

Foco Caliente

Foco Frío

Th

Refrigerador

Tc

Qc>0

Qh<0

W<0W<0

4.1 Procesos cíclicos4.1 Procesos cíclicosPueden funcionar como refrigeradores Pueden funcionar como refrigeradores térmicos. Son los mismos ciclos que la térmicos. Son los mismos ciclos que la máquina, pero recorridos en sentido contrario.máquina, pero recorridos en sentido contrario.Ciclo: el primer estado y el último tienen la Ciclo: el primer estado y el último tienen la misma temperatura.misma temperatura.

Eficacia térmicaEficacia térmica

0=∆U

0<+= ch QQW

ch

cc

QQQ

WQ

−==ε 1

1

−=

c

h

QQ

ε

Área negativa encerrada por el ciclo en un diagrama pV

4.2 Ciclo de 4.2 Ciclo de CarnotCarnot (ref.)(ref.)11 4 Expansi4 Expansióón n AdiabAdiabáática. Q=0tica. Q=0

44 3 Expansi3 Expansióón n IsotIsotéérmica. T=ctermica. T=cte

33 2 Compresi2 Compresióón n AdiabAdiabáática. Q=0tica. Q=0

22 1 Compresi1 Compresióón n IsotIsotéérmica. T=ctermica. T=cte 0ln

2

121 <==

VVnRTQW hh

21

2211

TTVPVP

==

133

122

3322−− =

=γγ

γγ

VTVT

VPVP0

)( 2332

=−=

QTTCW v

43

4433

TTVPVP

==

0ln4

334 >==

VVnRTQW cc

0)( 4114

=−=

QTTCW v

111

144

1144−− =

=γγ

γγ

VTVT

VPVP

4.2 Ciclo de 4.2 Ciclo de CarnotCarnot (ref.)(ref.)Trabajo total Trabajo total

EficaciaEficacia

EntropEntropíía a

ch QQW += 04123 =+WW

0=∆+∆=∆ ch SSS

1

1

1

1

−=

−=

c

h

c

h

TT

QQ

ε