Termodinamica

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4 de septiembre de 2010

MAQUINAS TERMICAS Y SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA

QL

W

QF

(EJEMPLO DE MAQUINAS TERMICAS LAS PLANTAS GEOTERMICAS, EL MOTOR DE COMBUSTION INTERNA ETC)

UNA REFRIGERADORA FUNCIONA TOTALMENTE AL REVES GENERANDO EL SIGUIENTE ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO

QL

W

QFCALCULOS EN MAQUINAS TERMICAS:

Eficiencia : (℮ ) Calor que la máquina produce (trabajo W ), a partir de lo que se le da (Calor C) .

Qc - Qf Qc Qf

℮ = =

Qc Qc Qc

*Eficiencia de la maquina térmica

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA :

ENUNCIADO DECLASIUS : “ No es posible extraer calor de una fuente fría y transferirlo a una fuente caliente.

IMPOSIBLE

ENUNCIADO DE KELVIN Y PLANCK :

“No es posible un proceso cuyo único resultado sea la absorción de calor procedente de un foco (caliente ) y la conversión de este calor en trabajo.

w

EJERCICIO :

Determine la eficiencia de una maquina que introduce 2000 joules de calordurante la fase de combustión y pierde 1500 joules en el escape.

Qf 1500 joules

℮ = 1 1 = 0.25 Porcentaje 25 %

Qc 2000 joules

La ℮ficiencia es adimensional.

No hay máquina térmica perfecta, por loque la eficiencia siempre será menor que uno

A B

Pf

area

Po

Vo Vf

W= Pf ( Vf - Vo ) - Po ( Vf – Vo )

PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES ¨:

i

Representación de procesos reversibles.

f

Un ejemplo de proceso irreversible es el rompimiento de una taza .

TEOREMA DE CARNOT:

“ Una máquina térmica que trabajetomando calor de un foco a la temperatura Tc (caliente) y cediendo calor a un foco de temperatura Tf ( frìa ) , no puede tener una eficiencia mayor a una máquina de Carnot que trabaje con los mismos focos.

Qc

A

B Q = 0

Q=0 D C

Qf

Líneas adiabáticas

A B = Expansión isotérmica. En ese caso el sistema absorbe calor en forma de trabajo.

BC = Expansión Adiabática. Donde Q = 0 .

C D = Compresión Isotérmica.

D A = Compresión Adiabática.

La eficiencia:

Tf

℮ = 1 ---

Tc

Ejercicio: Una máquina de Carnot cuyo foco caliente está a la Temperatura de 127 oC . Toma 100 calorías a esta temperatura en cada cicloy devuelve 40 calorías al depósito de baja temperatura. Cual es la temperatura del foco frío.

℮T = 1 - Qf /Qc

℮T = ℮C

℮C = 1 - Tf / Tc

1 - Tf / Tc = 1 - Qf /Qc

40 calorías X 400 oK

Tf = Qf Tc /Qc = _____________________ = 160 oK

100. calorías

Una máquina absorbe 110 calorías y cede 55 caloríasen cada ciclo. Que trabajo en joules se realiza y cual es su rendimiento.

W = QC -- QF

= 110 calorías -- 55 calorías

W = 55 calorías. = 230. 23 Joules

℮ = W / QC

= 230 .23 Joules / 460.46 Joules = 0.5 = 50 %

Una maquina de Carnot cuyo depósito frío está a 10 oC, tiene un rendimiento del40 %. Cual es la temperatura del foco caliente si se desea aumentar al 50 % la eficiencia de la máquina. En cuantos grados se debe reducir la temperatura del foco frío , manteniendo constante la temperatura del foco caliente .

℮ = 40% = 0.4

Tf = 10 oC = 283 oK

Tc =

℮ = 50% = 0.5

0.5 = 1 – TF/Tc...
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