MAQUINA TERMICA
Una máquina
térmica es un dispositivo cuyo objetivo es convertir calor en trabajo.
Para ello utiliza de una sustancia de trabajo (vapor de agua, aire, gasolina)
que realiza una serie de transformaciones termodinámicas de forma cíclica, para
que la máquina pueda funcionar de forma continua. A través de dichas
transformaciones la sustancia absorbe calor (normalmente, de un foco térmico) que transforma en trabajo.
El desarrollo de la
Termodinámica y más en concreto del Segundo Principio vino motivado por la
necesidad de aumentar la cantidad de trabajo producido para una determinada
cantidad de calor absorbido. De forma empírica, se llega así al primer
enunciado del Segundo Principio:
Este enunciado implica
que la cantidad de energía que no ha podido ser transformada en trabajo debe
cederse en forma de calor a otro foco térmico, es decir, una máquina debe
trabajar al menos entre dos focos térmicos. El esquema más sencillo de
funcionamiento es entonces el siguiente
1.
Absorbe una cantidad de calor Q1 de
un foco caliente a una temperatura T1
Produce una
cantidad de trabajo W
Cede una
cantidad de calor Q2 a un foco frío a una temperatura T2
Como la máquina debe trabajar en ciclos, la
variación de energía interna es nula. Aplicando el Primer Principio el trabajo producido se puede expresar
En general, se
define Potencia (P) como el trabajo dividido por el tiempo, en
caso de las máquinas corresponde entonces al trabajo producido en un segundo.
En el S.I. de Unidades se mide en Patios (J/s)
Rendimiento
(η)
El objetivo de una máquina es aumentar la relación
entre el trabajo producido y el calor absorbido; se define pues el rendimiento como
el cociente entre ambos. Si tenemos en cuenta la limitación impuesta por
enunciado de Kelvin-Planck, el trabajo es siempre menor que el calor absorbido
con lo que el rendimiento siempre será menor que uno
Habitualmente se expresa
el rendimiento en porcentaje, multiplicando el valor anterior por cien. Para
las máquinas más comunes este rendimiento se encuentra en torno al 20%.
Usando la expresión
anterior del trabajo, el rendimiento se puede calcular también como
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