Termodinamica

INTRODUCCION

Los ciclos de potencia de gas o dispositivos cíclicos generadores de potencia revisten de gran importancia en el estudio de la termodinámica ya que varios sistemas y maquinas se basan en su funcionamiento.

Los modernos motores automotrices, camiones, barcos, turbinas de gas son ejemplo de aplicaciones extremadamente útiles de estos procesos.

Los motores endotérmicos sonmaquinas motrices cíclicas en las que la energía interna que posee un fluido (vapor, gas) se transforma parcialmente en energía mecánica, dicho fluido es el medio al que se le proporciona o sustrae en adecuados puntos del ciclo operativo.

CONSIDERACIONES BASICAS PARA EL ANALISIS DE LOS CICLOS DE POTENCIA

La mayor parte de los dispositivos que producen potencia operan en ciclos, y el estudio delos ciclos de potencia es una parte interesante e importante de la termodinámica. Los ciclos que se llevan a cabo en los dispositivos reales son difíciles de analizar debido a la presencia de efectos complicados, como la fricción y la falta de tiempo suficiente para establecer las condiciones de equilibrio durante el ciclo. Para que sea factible el estudio analítico de un ciclo es necesariomantener estas complejidades en un nivel manejable y utilizar algunas idealizaciones. Cuando al ciclo real se le eliminan todas las irreversibilidades y complejidades interna, se consigue finalmente un ciclo que se parece en gran medida al real pero que está formado en su totalidad de procesos internamente reversibles, tal ciclo es llamado un ciclo ideal.
Un modelo idealizado simple permite a losingenieros estudiar los efectos de los principales parámetros que gobiernan el ciclo, sin detenerse en los detalles. Frecuentemente las conclusiones del análisis de ciclos ideales son aplicables a los reales, por ejemplo la eficiencia térmica del ciclo de Otto, el ciclo ideal para los motores de automóvil de encendido por chispa, aumenta con la relación de compresión. Este es también el caso paralos motores de automóvil reales. Sin embargo, los valores numéricos obtenidos del análisis de un ciclo ideal no son necesariamente representativos de los ciclos reales y debe tenerse cuidado en su interpretación.

Las maquinas térmicas se diseñan con el propósito de convertir energía térmica en trabajo y su desempeño se expresa en términos de la eficiencia térmica Ƞter, que es la relación entreel trabajo neto producido por la maquina y la entrada de calor total:

Ƞter=Wneto/Qentrada o Ƞter=(w neto )/(q entrada)

EL CICLO DE CARNOT Y VALOR EN INGENIERIA

El ciclo ideal de Carnot fue propuesto por el físico francés Sadi Carnot, que vivió a principios del siglo XIX. Una máquina de Carnot es perfecta, es decir, convierte la máxima energía térmica posible en trabajo mecánico. Carnotdemostró que la eficiencia máxima de cualquier máquina depende de la diferencia entre las temperaturas máxima y mínima alcanzadas durante un ciclo. Cuanto mayor es esa diferencia, más eficiente es la máquina. Por ejemplo, un motor de automóvil sería más eficiente si el combustible se quemara a mayor temperatura o los gases de escape salieran a menor temperatura.

El tercer principio de latermodinámica se enuncia como «la variación de entropía asociada a cualquier proceso termodinámico tiende a cero cuando la temperatura tiende al cero absoluto». Es decir, siempre que la temperatura sea superior al cero absoluto (-273 ºC) se producirán procesos termodinámicos irreversibles con crecimiento de entropía.

Las consecuencias de estas limitaciones son claras: todos los procesos termodinámicosenfrían el universo. La energía térmica es una energía más degradada cuanto menor es la temperatura del medio que la sustenta. A menor temperatura, su potencial de ser transformada en trabajo es menor. Por otro lado, a menor temperatura, la energía acumulada en una cierta cantidad de masa es menor. Se requiere más masa para acumular una cierta cantidad de energía.
El segundo principio sugiere...