Máquinas y Refrigeradores térmicos Ciclos termodinámicos.
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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
Q
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
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