Motores térmicos o maquinas de calor


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1 Cómo funciona una maquina térmica? Motores térmicos o maquinas de calor conversión energía mecánica a eléctrica En nuestra sociedad tecnológica la energía muscular para desarrollar un trabajo mecánico esta sustituida por otras formas de energía. agua viento nuclear combustible fósiles conversión energía térmica a mecánica a eléctrica motor térmico Cualquier dispositivo que transforma parcialmente calor en trabajo o energía mecánica se llama un motor térmico.

2 caliente T H Q H Diagrama esquemático termodinámico de una maquina de calor maquina con su sustancia de trabajo W Nos cuesta dinero generar el Q H. Q C frio T C eficiencia Q P Q Q neto = W Q OJO Una maquina térmica siempre opera de forma cíclica entre 2 depósitos de calor a diferente temperatura. ΔEth = 0 Q neto = W Q V

3 Motor de combustión interna de 4 tiempos válvula de abierta válvula de escape cerrada válvula de cerrada válvula de escape abierta bujía proceso termodinámico 1 cilindro pistón proceso 2 proceso 3 proceso 4 procesos 5 y 6 cigüeñal biela 1 er tiempo pistón por su movimiento cree un vacío donde la mezcla gasolina-aire entra por la válvula de 1 y 6 y escape Ciclo de Otto 3 calentar a volumen constante combustión 4 adiabática 2 ndo tiempo - compresión la válvula de cierra y el pistón por su movimiento comprime la mezcla gasolina-aire taza de compresión r combustión la bujía prende la mezcla gasolina-aire o en el caso del diésel la mezcla diésel-aire se auto-ignita por la alta presión y temperatura 3 er tiempo - la mezcla gasolina-aire expande y por la presión creada por los gases caliente empuja el pistón creando un trabajo físico 1 y 6 y escape Ciclo diésel 3 calentar a presión constante, diferencia principal del ciclo de Otto combustión 4 adiabática 4 rto tiempo escape la válvula de escape abre y el pistón por su movimiento empuja los gases quemado afuera del cilindro 2 compresión adiabática compresión 5 enfriamiento a volumen constante 2 compresión adiabática compresión 5 enfriamiento a volumen constante

4 Trabajo neto en ciclo de Otto Ciclo de Otto 3 calentar a volumen constante combustión 4 adiabática 1 y 6 y escape 2 compresión adiabática compresión 5 enfriamiento a volumen constante

5 Procesos reversibles y irreversibles decidida por la 2 nda ley de la termodinámica dirección espontanea La mayoría de los procesos termodinámicos proceden únicamente en una dirección. X X 0 o C 20 o C 5 o C 5 o C X 0 o C 20 o C Los procesos termodinámicos reales en la naturaleza se llaman procesos irreversibles y proceden únicamente en una dirección. OJO Hay algunos procesos termodinámicos idealizados que pueden proceder en ambos direcciones y se llaman procesos reversibles.

6 caja a 0 o C + δt cambio infinitesimal o C transformación de hielo a agua y de agua a hielo son ejemplos de procesos reversibles a 0 o C hielo agua caja a 0 o C - δt agua hielo dq OJO Procesos reversibles pueden ocurrir solamente cuando el esta en equilibrio térmico con el. equilibrio térmico

7 Ciclo de Carnot Ciclo de Carnot Ciclo de una maquina idealizada que consiste de 2 trayectos reversible isotérmico y de 2 trayectos reversible adiabático. El ciclo de Carnot nos da la mayor eficiencia de una maquina de calor. compresión adiabática isotérmica compresión isotérmica adiabática eficiencia maquina de Carnot

8 Neveras nevera caliente T H Cualquier dispositivo que utiliza un trabajo mecánico para mover calor de un frio a un caliente. OJO Una nevera se considera como una maquina de calor operando al inverso. Q H W Q C frio T C coeficiente de rendimiento

9 2 nda ley de la termodinámica Versión Kelvin-Planck caliente T H Versión Clausius caliente T H XQ H frio T C W XQ H Q C frio T C Es una imposibilidad en un proceso cíclico de convertir una cierta cantidad de calor de un deposito de calor completamente en un trabajo mecánico. No existe un proceso que tiene como resultado único la transferencia de calor de un cuerpo frio a un cuerpo caliente.

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