Principios De Termodinámica Y Motores Térmicos

PRINCIPIOS DE TERMODINÁMICA
Y MOTORES TÉRMICOS
En todo proceso, el trabajo realizado no depende sólo del trabajo inicial y final sino
que también depende del camino seguido, ya que el área bajo la curva, que representa el trabajo realizado, puede ser diferente.
p

p
1

2

2

1

W

W

V

V

F = Fuerza en N
F = p⋅ A

l = Distancia en m

W = F ⋅l

p = Presión en Pa

W= p ⋅ A ⋅ l = p ⋅V

A = Superficie en m2
V = Volumen en m3

En el caso representado en la gráfica anterior, en el que hay variación de presión y
volumen, el trabajo realizado será:

∫

2

∫

2

dW = pdV + Vdp ⇒ W = pdV + Vdp
1

1

CICLOS TERMODINÁMICOS
Para que una máquina térmica pueda realizar un trabajo neto, es necesario que
trabaje entre dos focos de calor, un fococaliente del que extraemos calor Q1 o Qc
y un foco frío al que cedemos calor Q2 o Qf cuya diferencia Q1 - Q2= Wrealizado.
Denominamos:
!

Proceso abierto, cuando no coincide el punto inicial y el final.

!

Proceso cerrado, cuando el punto inicial coincide con el final.

Todo sistema termodinámico posee una energía interna de la que no se conoce su
valor pero sí podemos conocer lavariación que puede sufrir. Si tenemos un sistema como el de la figura:
Q(+)

Aplicando el primer principio de la termodinámica a
un sistema cualquiera.

W+ )
(
(+)
-

∆U ( + ) = Q( + ) − W( + ) = Q − W

Q(-)

W(-)

Magnitudes y unidades
U = Energía interna en Julios ( J )
Q = Calor cedido o absorbido en Julios ( J )
W = Trabajo realizado o absorbido en Julios ( J )

Motor térmicoEs aquel que realiza un trabajo al pasar calor desde un
foco caliente a otro frío.

T1
Foco caliente

T1 > T2

Q1
W

Al realizar un ciclo

Sistema

∆U = 0

∆U = −W( + ) + Q1( + ) − Q2 ( − ) ⇒ 0 = −W + Q1 − Q2 ⇒
⇒ W = Q1 − Q2

Q2

η=

Foco frío

T2

W Q1 − Q2
Q
=
=1− 2 ⇒η T2
Al realizar un ciclo ∆U = 0

∆U = −(−W( − ) ) − Q1( − ) + Q2 ( + ) ⇒
⇒ 0 = W − Q1 + Q2 ⇒W = Q1 − Q2
Por lo tanto Q1 > Q2

Eficiencia ( E )
Es un término referido a la máquina frigorífica, similar en concepto al rendimiento
pero, con la particularidad de que puede ser mayor que uno.

E=

Q2
Q2
=
W Q1 − Q2

Bomba de calor
Es una máquina frigorífica que extrae calor del exterior y lo cede a una habitación
calentándola o viceversa; puede tener la eficiencia mayor que 1.Motor de Carnot
Nicolas Léonard Sadi Carnot (ingeniero francés) estudió un motor térmico en el
que:
1º Al motor se le suministra energía en forma de calor a temperatura elevada.
2º El calor realiza un trabajo mecánico.
3º El motor cede calor a temperatura inferior.

Ciclo de Carnot
Es un ciclo teórico y reversible.
Tiempo 1 ⇒ Expansión isotérmica, de 1 a 2.

p
1
Q1

Trabajorealizado W1 = Q1

2
Tiempo 2 ⇒ Expansión adiabática, de 2 a 3.
Tiempo 3 ⇒ Compresión isotérmica, de 3 a 4.

4
3

Trabajo realizado W2 = Q2

Q2
V

Tiempo 4 ⇒ Compresión adiabática, de 4 a 1.

El rendimiento de una máquina de Carnot está determinado por la temperatura del
foco frío T2 y del foco caliente T1.

η =1−

T2
T1

⇒ T1 > T2

El rendimiento de una máquina de este tiposerá mayor cuanto mayor sea la diferencia entre las temperaturas del foco caliente T1 y el foco frío T2 .

Proceso reversible
Es aquel en el que realizando un cambio pequeño en el ambiente podemos hacer
que recorra su trayectoria inversa. En la práctica es imposible y en cierto modo la
naturaleza nos dice que todos los procesos que ocurren en ella son irreversibles,
ejemplo las personascrecen pero no decrecen.

ECUACIÓN DE LOS GASES PERFECTOS
Se considera gas perfecto al que cumple con la siguiente ecuación:

p ⋅V = n ⋅ R ⋅ T
p = Presión en pascales ( Pa )

V = Volumen en metros cúbicos ( m3 )
n = Cantidad de sustancia en moles del gas ( mol )
R = Constante de los gases perfectos
T = Temperatura en Kelvin ( K )

TRANSFORMACIONES TERMODINÁMICAS
Transformación isócora...