Máquinas y Máquinas y RefrigeradoresRefrigeradores

térmicostérmicos

Ciclos termodinámicosCiclos termodinámicos

1. Máquina térmica1. Máquina térmica

Convierte parcialmente Convierte parcialmente calor en trabajo. calor 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, puede ser agua, aire, gasoil, gasolina..gasoil, 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 Pueden funcionar como máquinas térmicas.térmicas.

Ciclo: el primer estado y el último tienen la Ciclo: el primer estado y el último tienen la misma temperatura.misma temperatura.

IdealIdeal

Rendimiento térmicoRendimiento térmico

0U

0 ch QQW

hQW

h

ch

h

ch

h Q

QQ

Q

QQ

Q

W

h

c

Q

Q1

Área positiva encerrada por el ciclo en un diagrama pV

2. Ciclo de Carnot2. Ciclo de Carnot

Ciclo de Ciclo de rendimiento rendimiento máximo.máximo.

Isoterma Isoterma Adiabática Adiabática Isoterma Isoterma Adiabática Adiabática

2. Ciclo de Carnot (2)2. Ciclo de Carnot (2)

112 Expansión 2 Expansión Isotérmica. T=cteIsotérmica. T=cte

223 Expansión 3 Expansión Adiabática. Q=0Adiabática. Q=0

334 Compresión 4 Compresión Isotérmica. T=cteIsotérmica. T=cte

441 Compresión 1 Compresión Adiabática. Q=0Adiabática. Q=0

0ln1

212

V

VnRTQW hh

21

2211

TT

VPVP

133

122

3322

VTVT

VPVP

0

)( 3223

Q

TTCW v

43

4433

TT

VPVP

0ln3

434

V

VnRTQW cc

0

)( 1441

Q

TTCW v

111

144

1144

VTVT

VPVP

2. Ciclo de Carnot (3)2. Ciclo de Carnot (3)

Trabajo total Trabajo total

RendimientoRendimiento

Entropía Entropía

ch QQW 04123 WW

h

c

h

c

T

T

Q

Q 11

0 ch SSS

3. Ciclo Diesel3. Ciclo Diesel

Adiabática Adiabática Isobara Isobara AdiabáticaAdiabática Isócora Isócora

Q23>0

Q41<0Adiabática

Adiabática

Isocora

Isobara

3. Ciclo Diesel (2)3. Ciclo Diesel (2)

112 Compresión 2 Compresión Adiabática. Q=0Adiabática. Q=0

223 Expansión 3 Expansión Isobara. P=cteIsobara. P=cte

334 Expansión 4 Expansión Adiabática. Q=0Adiabática. Q=0

441 Compresión 1 Compresión isócora. V=cteisócora. V=cte

122

111

2211

VTVT

VPVP

0

)( 2112

Q

TTCW v

32

3223

PP

VTVT

)(

)(

2323

23223

TTCQ

VVPW

p

144

133

4433

VTVT

VPVP0

)( 4334

Q

TTCW v

14

1414

PP

VTVT

)(

0

4141

41

TTCQ

W

v

3. Ciclo Diesel (3)3. Ciclo Diesel (3)

Grado de Grado de compresióncompresión

Trabajo total Trabajo total

RendimientoRendimiento

Entropía Entropía

ch QQW

)(

)(11

23

41

TTC

TTC

Q

Q

p

v

h

c

04123 SSS

1

2

V

Vr

4. Refrigerador térmico4. Refrigerador térmico

Extrae calor de un foco Extrae calor de un foco frío. frío.

El calor se extrae del foco El calor se extrae del foco frío realizando trabajo y frío realizando trabajo y se cede al foco caliente.se cede al foco caliente.

La sustancia de La sustancia de refrigeración puede ser refrigeración puede ser agua, aire, gasoil, 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 máquina, pero recorridos en sentido contrario.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

0U

0 ch QQW

ch

cc

QQ

Q

W

Q

1

1

c

h

Q

Q

Área negativa encerrada por el ciclo en un diagrama pV

4.2 Ciclo de Carnot (ref.)4.2 Ciclo de Carnot (ref.)114 Expansión Adiabática. 4 Expansión Adiabática. Q=0Q=0

443 Expansión Isotérmica. 3 Expansión Isotérmica. T=cteT=cte

332 Compresión Adiabática. 2 Compresión Adiabática. Q=0Q=0

221 Compresión Isotérmica. 1 Compresión Isotérmica. T=cteT=cte

0ln2

121

V

VnRTQW hh

21

2211

TT

VPVP

133

122

3322

VTVT

VPVP0

)( 2332

Q

TTCW v

43

4433

TT

VPVP

0ln4

334

V

VnRTQW cc

0

)( 4114

Q

TTCW v1

111

44

1144

VTVT

VPVP

4.2 Ciclo de Carnot (ref.)4.2 Ciclo de Carnot (ref.)

Trabajo total Trabajo total

EficaciaEficacia

Entropía Entropía

ch QQW 04123 WW

0 ch SSS

1

1

1

1

c

h

c

h

TT

Q

Q