M Quinas T Rmicas

Máquinas Térmicas.
1. (Herlyn)Principio:
El primer principio de la termodinámica establece que en todo sistema físico y para todo proceso

Siendo Q y W respectivamente el calor y el trabajo que entran en el sistema por su frontera y E la energía total del sistema, que incluye potencial, cinética y todo el resto que englobamos en el concepto de energía interna.
Un proceso cíclico es uno en el queel estado final es el mismo que el inicial, o que se repite periódicamente. Los procesos cíclicos son la base de todas las máquinas y motores, que operan de forma periódica. En un proceso cíclico la energía total al final del proceso es la misma que al principio, por tratarse de una función de estado. Por tanto

Si desglosamos el calor y el trabajo entre lo que entra y lo que sale

nosqueda


lo que nos dice que en un proceso cíclico lo que entra es igual a lo que sale.
No todos los términos son no nulos en todas las ocasiones.
En un motor eléctrico ideal, por ejemplo, en el sistema (el motor) entra trabajo eléctrico y sale trabajo mecánico, sin que haya calor implicado.

En un motor real, la situación anterior no es posible. Siempre hay factores que disipan energía en forma decalor como las resistencias eléctricas y el rozamiento. Esto provoca que no salga tanto trabajo como el que entra, y una parte se escapa en forma de calor disipado al ambiente. Para que fluya calor desde el sistema al ambiente, éste debe estar a una temperatura más baja que el sistema (lo que es lo habitual, ya que en los motores se alcanzan altas temperaturas). Por ello, el calor desechado va al“foco frío”.

Definimos entonces el rendimiento o eficiencia de una máquina, de manera general, como

que, en el caso de un motor eléctrico real sería

En una estufa de resistencia, en cambio, todo el trabajo que entra sale en forma de calor

El rendimiento de esta estufa sería

2. (Herlyn) Máquina Térmica.
El mismo principio anterior se puede aplicar a un dispositivo que transforma calor en trabajo.Una máquina térmica es un dispositivo que, operando de forma cíclica, toma de calor de un foco caliente, realiza un cierto trabajo (parte del cual se emplea en hacer funcionar la propia máquina) y entrega calor de desecho a un foco frío, normalmente el ambiente.´

Máquina de vapor
El ejemplo característico de máquina térmica es la máquina de vapor, que se emplea en la mayoría de las centraleseléctricas (sean estas térmicas, termo-solares o nucleares).

En su esquema más simple, una máquina de vapor está formada por cuatro elementos:
Una bomba que mueve el líquido y mantiene el sistema en funcionamiento. Cuando el fluido es un gas, en lugar de una bomba hay un compresor. Para poder funcionar, la bomba o el compresor requieren la entrada de una cierta cantidad de trabajo, Wentrada. Estetrabajo es generado por la propia máquina.
Una caldera, en la cual el agua pasa al estado de vapor, mediante la entrada de una cierta cantidad de calor, Qentrada. Cuando la fuente de calor es exterior a la propia caldera (como ocurre en una máquina de vapor típica, cuyo calor es proporcionado por una reacción nuclear -en las centrales nucleares- la luz solar -en las termosolares- o la combustión decarbón o gas -en las centrales térmicas-) se dice que tenemos una máquina decombustión externa. Cuando el calor es generado dentro de la propia cámara, como ocurre en los motores de los vehículos, se dice que la máquina es de combustión interna.
La turbina es atravesada por el vapor que sale de la caldera y que es movido por la diferencia de presiones entre la entrada y la salida de la turbina. En supaso por la turbina, el vapor mueve los álabes de ésta, realizando un trabajo Wsalida que se puede aprovechar para generar electricidad. Una parte de este trabajo se emplea en hacer funcionar la bomba. Al realizar este trabajo, el vapor se enfría, de acuerdo con el primer principio de la termodinámica.
Un condensador es una cámara en la que el vapor se pone en contacto con el ambiente, de...