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 en foco caliente se convierte en trabajo y calor que se cede al trabajo y calor que se cede al foco frío.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 Q

QQ

Q

QQ

Q

W −=+==κ

h

c

Q

Q−=1κ

Área positiva encerrada por el ciclo en un diagrama pV

2. Ciclo de Carnot2. Ciclo de CarnotCiclo 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

−− =

=γγ

γγ

VTVT

VPVP

0

)( 3223

=−=

Q

TTCW v

43

4433

TT

VPVP

==

0ln3

434 <==

V

VnRTQW cc

0

)( 1441

=−=

Q

TTCW v

111

144

1144

−− =

=γγ

γγ

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−=−= 11κ

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 Isobara. 3 Expansión Isobara. P=cte P=cte

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

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

122

111

2211

−− =

=γγ

γγ

VTVT

VPVP

0

)( 2112

=−=

Q

TTCW v

32

3223

PP

VTVT

==

)(

)(

2323

23223

TTCQ

VVPW

p −=−=

144

133

4433

−− =

=γγ

γγ

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 compresiónGrado de compresiónTrabajo total Trabajo total

RendimientoRendimiento

Entropía Entropía

ch QQW +=

)(

)(11

23

41

TTC

TTC

Q

Q

p

v

h

c

−−−=−=κ

04123 =∆+∆=∆ SSS

1

2

V

Vr =

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 máquina, térmicos. Son los mismos ciclos que la máquina, pero recorridos en sentido contrario.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

QQ

Q

W

Q

−==ε 1

1

−=

c

h

Q

Qε

Área negativa encerrada por el ciclo en un diagrama pV

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

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

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

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

0ln2

121 <==

V

VnRTQW hh

21

2211

TT

VPVP

==

133

122

3322

−− =

=γγ

γγ

VTVT

VPVP0

)( 2332

=−=

Q

TTCW v

43

4433

TT

VPVP

==

0ln4

334 >==

V

VnRTQW cc

0

)( 4114

=−=

Q

TTCW v1

111

44

1144

−− =

=γγ

γγ

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

Qε