na teora es tanto ms importante cuanto mayor sea simplicidad de sus premisas, ms diversas sean las cosas que relaciona y mayor sea el rea de su aplicacin. Esta fue la causa de la honda impresin que la termodinmica dej en m. Es la nicateora fsica de contenido universal que, estoy convencido. . . nunca ser desplazada.U ALBERT EINSTEIN.Puesto que casi toda la energa disponible de la materia prima se libera en forma de calor, resulta fcil advertir por qu la Termodinmica juega un papel tan importante en la ciencia y la tecnologa.En este tema se estudiarn las dos leyes bsicas que deben obedecerse cuando se utiliza energatrmicapararealizartrabajo.La primera ley essimplementevolver a postularel principio de la conservacin de la energa. La segunda ley impone restricciones sobre el uso eficiente de la energa disponible.s alguna porcin de materia que separamos del resto del Universo por medio de un limite o fronteracon el propsito de estudiarlo. E

Sistema termodinmico SISTEMA CON PARED DIATRMICATERMODINAMICAEs el estudio de la transformacin de energa trmica en energa mecnica as como el proceso inverso, la conversin de trabajo en calor.Frontera (esta formado por paredes: diatrmicas o adiabticas)AlrededoresFRONTERAPROCESOS TERMODINMICOSSISTEMA TERMODINMICOSilafronteradeunsistematermodinmico,esthechaconunapareddiatrmica, existe interaccin del sistema con los alrededores, ya que la pared diatrmica permite la transferencia del calor.

SISTEMA CON PARED ADIABTICA.Una pared adiabtica no permite que exista interaccin trmica del sistema con sus alrededores. Cuandolafronteradeunsistematermodinmico esthechaconunapared adiabtica, no existe interaccin trmica del sistema con sus alrededores.Pared diatrmica hecha de metalPorejemplo, alcalentaraguaenun matraz utilizando una flama, observamos que con el tiempo el agua hierve,pues nuestro sistema ( el agua) , interacciona trmicamente con los alrededores(laflama), yaqueel matrazhechodevidrioyactacomopareddiatrmica, permitiendo el paso del calor hacia el agua. AlrededoresFRONTERA Porejemplo, sitratamosdecalentarel aguacontenidaenuntermo, constituidoporun recipientede doble pared con vaco intermedio, observamosque no se calentar, porque las paredes del termo son adiabticas y no permiten la interaccin trmica entre la flama y el sistema.Cabesealarqueningunaparedes100%adiabtica, puestodamateriaal recibircalor aumenta sutemperatura, como unos cuerpos lo hacen rpidamente y otros en forma lenta, en trminos prcticos consideramos a unos como diatrmicos a como otros adiabticos.n proceso termodinmico es adiabtico si el sistema no cede ni recibe calor, por lo que se realiza a un calor constante. Para ello se utilizan fronteras hechas con paredes adiabticas.UUn proceso trmico es no adiabtico cuando el sistema interacciona, trmicamente con los alrededores, el calor fluyeatravs delasparedes diatrmicasquelosconstituyenyse produce un cambio tantoen los alrededores comoen el sistema mismo.Durante los procesostrmicos noadiabticos un sistema absorbeo cede calor. La cantidad de calor intercambiado en estos depende de la sustancia y del proceso de que se trate.EQUILIBRIO TERMODINMICOCuandounsistemadebajatemperaturaseponeencontactopor mediodeunapared diatrmica con otro sistema de mayor temperatura, la temperatura del sistema fro aumenta, mientras la temperatura del sistema caliente disminuye. Si se mantiene este contacto por un periodo largo, se establecer el equilibrio termodinmico, es decir ambos sistemas tendrn la misma temperatura. Es evidente que si los sistemas estn formados por diferentes sustancias FRONTERAPROCESOS odiferentes porciones deellas, nocontenganlamismacantidaddeenergaaunquesu temperatura sea igual.Al suministrar calor a un sistema, se provoca un aumento en la energa de agitacin de sus molculas, producindose un incremento de energa interna del sistema y por consiguiente un aumento en la temperatura.En general, cuanto mayor sea la temperatura de un sistema, mayor ser su energa interna. Sin embargo, los valores absolutos de staen las molculas no se puedeprecisar,motivo porel cual slosedeterminalavariacinquesufrelaenergadel sistemamediantela expresin: Donde :U= variacin de la energa interna expresada en joules (J)U2= energa interna final en Joules (J)U1= energa interna inicial en Joules (J)Debe representar la diferencia entre el calor neto (Q) absorbido por el sistema y el trabajo neto (W) realizado por el mismo sobre sus alrededores.ENERGIA INTERNAEs la suma de las energas cinticas y potencial de las molculas individuales que lo constituyen.U= U2- U1

El calor neto absorbido (Q)puede realizar trabajo(W)por el sistema o sobre el sistema.La salida de trabajo (W) es positiva y la entrada es negativa.LEY CERO DE LA TEMODINAMICAContinuamente existen situaciones en donde se manifiestan los cambios de temperatura entre dos o ms objetos,en el cual despus de cierto tiempo se logra obtener un equilbrio, por ejemplo: Cuando se entra o sale de una casa, en donde la temperatura exterior es diferente, esta se percibe en forma inmediata, pero al pasar cierta cantidad de tiempo se equilibra la temperatura. Al calentar una olla con agua, tanto el recipiente como el agua tienden a obtener la mismatemperatura, despus decierto tiempo, observndoseeneste casocundoel se convierte en vapor .SilossistemasAyBestn enequilibrio termodinmico con el sistema C, entonces los sistemas A y B se encuentran en equilibrio termodinmico entre s.U =Q - WLEY CERO DE LA TEMODINMICALatemperatura, esunapropiedadqueposeecualquiersistematermodinmicoyexistir equilibrio trmico entre dos sistemas cualesquiera, si su temperatura es la misma.CALOR Y TRABAJOl calor es una forma de energa, por lo tanto, las unidades para medir calor son las mismas que empleamos para medir energa. EA fines del siglo XVIII, Benjamin Thompsonpropuso que el calentamiento causado por la friccin se debaa la conversin de la energa mecnica en trmica.El ingls James Prescott Joule en el siglo XIX, comprob que siempre que se realiza una cantidad de trabajo se produce una cantidad equivalente de calor.El trabajo de Joule estableci el principio llamado Equivalente Mecnico del Calor, en el cual se demuestra que por cada joule de trabajo se producen 0.2389 caloras y que cuando una calora de energa trmica se convierte en trabajo se obtienen 4.186 joules.1 Cal = 4.186 J.1 J= 0.2389 CalTRABAJO TERMODINMICOParacomprimirungas,seaplicauna fuerza al mbolo, el cual al recorrer una distancia, disminuir el volumen del gas, realizando trabajo de compresin. TRABAJO DE COMPRENSINAl efectuarseuntrabajodecompresin, stesetransformantegramenteencalor del sistema, porque comunica al gas una energa adicional que aumenta la energa interna de sus molculas elevando la temperatura. En la compresin de un gas, el volumen final es menor al inicial, por tanto el trabajo realizado es negativo, y se dice que se efecto untrabajo de los alrededores sobre el sistema.En un trabajo de expansin producido, gracias a la energa interna de las molculas de gas, la temperatura del sistema disminuye. Si al expandirse un gas el volumen final es mayor al inicial, el trabajo es positivo, entonces el sistema realiz un trabajo sobre los alrededores.W=FdEc. 1como P =AF ,entonces F = PAEc. 2Sustituyendo 2en 1 W =P A dEc. 3como (A d) es el volumen al que se le ha comprimido el gas, tenemos.Ad =V = V2 V1Ec. 4Sustituyendo 4 en 3 W = P (V2-V1) Ec. 5Donde :W = Trabajo realizado a una presin constante del gas. ( proceso isobrico) (Watt) P= Presin constante del gas (ATM) V2 V1 = Variacin del volumen en el gas. (m3)EJERCICIOSRESUELTOS:1.-Calcular el trabajo realizado al comprimir un gas que est a una presin de 3.2 atmsferas deunvolumeninicial (v1)de850cm3aunvolumenfinal(v2)de520cm3. Expresael resultado en joules. En primer trmino se convierten W=106.972 JPresin yvolumen alS.I. 2.-Cunto trabajo externo realiza un gas de bixido de carbono (CO2)cuando se expande de 3.5 a 33 Lts. a una presin de 2.5 atm. ? DatosP=3.2 atmV1= 850 cmV2=520 cmW=?Desarrollo( )( )3 623 6 3 6210 336 32416010 850 10 520 324160m xmNWm x m xmNW

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Frmula( )1 2V V P W DatosV1= 3.5 LtsV2= 30 LtsP= 2.5 atmW= ?FrmulasW=P(V2-V1)Desarrollo( )( ) 7470.875J = ==323 320.0295mmN25325 W0.0035m 0.033mmN253250 WW = 109.972 JNota.-El signo menos del trabajo indica que se realizo trabajo sobre el sistema. ( )3 63 633F3 63 63312 25m 520X10cm 101m520cm Vm 850X10cm 101m850cm VmN324160mN13X10 3.2atmX1.0 P= == == =Nota:en primer trmino se realiza la conversinde los volmenesy presin al S.I.

W = 7470.875J3.-El trabajo realizado por un sistema sobre sus alrededores es de 68.884 joules al estar sometido auna presinde 1 atm. Hallar el volumen inicial si se registra un volumen final de 1.68 decmetros cbicos. Podemos considerar que esta ley es una repostulacin del Principio de la Conservacin de la Energa.DatosW=68.884J P=1 atmV2=1.68 dmV1=?Frmulas( )PW PVVW PV PVV V P WF0F 00 F Desarrollo( )3 3 -0m 1X10V 1]1

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252502325010 013 . 13 . 10110 013 . 1884 . 68 184 . 170) 884 . 68 ( 10 68 . 1 10 013 . 1mNxNmmNxNm NmVmNNm m xmNN xV51.013x10PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICA( )( )( )225332331mN2532501atmmN1.013X102.5atm P0.033m1000L1m33L V0.0035m1000L1m3.5L V

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La energa no se crea ni se destruye, slo se transforma de un tipo a otroAplicando esta ley a un proceso termodinmico en la ecuacin: se tiene Q = U + W PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICACuando un sistema recibe una cantidad de calor neto Q durante un proceso termodinmico, una parte de l permanece en el sistema como un incrementode energa interna (U), mientras que el resto, abandona de nuevo el sistema en forma de trabajo(W) realizado por l contra su medio externo.Donde: Q= Variacin del calor que entra o sale del sistema. U= Variacin de energa interna. W= Variacin de trabajo efectuado por el sistema o trabajo realizado sobre ste.El valor de Q es positivo cuando entra calor al sistema y negativosi sale de l.El valor de W es positivo si el sistema realiza trabajo y negativo si se efecta trabajo de los alrededores sobre el sistema.As pues, si el sistema acepta cierta cantidad de calor(Q) y realiza un trabajo (W) sobre los alrededores, el cambio en su energa interna ser: En la figura vemos un sistema formado por un gas dentro de un cilindro que contiene un mbolo. Al suministrar calor al cilindro, la energa interna del sistema aumenta, pero si el gas ejerce una fuerza suficiente sobre el mbolo y lo desplaza se habr realizado un trabajo del sistema sobre los alrededores. Por tanto, la variacin de la energa interna del sistema ser igual al calor que haya absorbido, menos el trabajo realizado en la expansin del gas.u = Q - WU= Q- WEJERCICIOS RESUELTOS.1. Enunproceso, unsistemaabsorbe520Calorasyal mismotiempoefectaun trabajo de 85 Joules sobre sus alrededores. Cul es el aumento de la energa interna del sistema en joules? DatosQ= 520 Cal. W=85 joulesU=?Q = 520 cal (1J /.2389cal)Q = 2176.642 JFrmulaU=Q- WDesarrolloU= 2176.642 J- 85J.U= 2091.642 J2. Cul es la variacin de la energa interna en un sistema que recibe 1350 Cal.Y se le aplica un trabajo2000 J?3. Un sistema al recibir un trabajo de275 J. Sufre una variacin en su energa interna igual a120 J. Determinar la cantidad de calor que se transfiere en el proceso y si el sistema recibe o cedecalor. Datos Q = 1350 Cal.W = -2000 J.calJcal1186 . 41350DesarrolloU = 5651.1 J. (-2000 J) El signo negativo indica queel sistema recibe trabajo.U= 7651.1 J.FrmulaU=Q- WDatosU = 120 J.W = -275 J.Q = ?Conversiones:-155 J. ( 1 Cal. ) = -37.028Cal. 4.186 J( )CalJCalJ 028 . 37 =186 . 41155FrmulaU=Q - WQ =U + WDesarrolloQ= 120J. -275J.= -155JQ = -155J. Q = -37.028 cal(El signo negativo indica que el sistema cede calor)CASO GENERAL PARA LA PRIMERA LEY.Se originan casos especiales de la primera ley cuando una o ms de las tres cantidades (Q, W,U) no sufre cambio. En estos ejemplos de la primera ley se simplifica considerablemente.A continuacin estudiaremos procesos termodinmicos generales.PROCESO ADIABATICOEsaquel enel quenohayintercambiodeenergatrmica(Q)entreunsistemaysus alrededores. En este proceso el sistema no gana ni pierde calor.Este impedimento del flujo de calor puede lograrse rodeando el sistema de una capa gruesa de material aislante (como corcho, asbesto, ladrillo , refractario o espuma de poliestireno), o realizando rpidamente el proceso . El flujo de calor requiere un tiempo finito, por lo que cualquier proceso suficientemente rpido ser, a efectos prcticos, adiabtico.Aplicando la primera ley a un proceso en el cualQ=0, se obtiene un proceso adiabtico:

La ecuacin dice que enel proceso adiabtico el trabajo se realiza a expensas de la energa interna. Un aumento de la energa interna va acompaado normalmente (pero no siempre) de una elevacin de temperatura y una disminucin de energa interna por un decremento en la temperatura.La figura siguiente es un ejemplo de un proceso adiabticoen la cualun mbolo se levanta por un gas que se expande: si las paredes del cilindro estn aisladas y la expansin ocurre con rapidez, el proceso se considera adiabtico. A medida que el gas se expande realiza trabajo sobre el mbolo, pero pierde energa interna y experimenta una cada en la temperatura. Si se invierte el procesoforzando al mbolo de regreso hacia abajo, se hace trabajo sobre el gas (-W) y habr un incremento en la energa interna(U), tal que: W =- U-W=U En un proceso adiabtico no hay transferencia de calor, y el trabajo se realiza a expensas de la energa interna.PROCESO ISOCORICO( ISOVOLUMETRICOS)Es aquel en el cual el volumen del sistema permanece constante.A este tipo de proceso se le conoce tambin con el nombre de proceso isovolumtrico ya que no hay cambio en el volumen. Lo que indica que no se realiza trabajo y aplicando la primera ley a esteproceso, se tiene: W= 0

Se obtieneEcuacin IsocricoO sea, que en un proceso isocrico toda la energa trmica que el sistema absorbe hace que se incremente su energa interna, en este proceso hay aumento de presin y de temperatura del sistema.En la figura siguiente se representa lo que ocurre en un proceso isocrico, cuando se calienta aguaenunrecipientedevolumenfijo. Amedidaquesesuministracaloral sistema, el incremento de energa interna d por resultado un elevacin de temperatura del agua hasta que comienza a hervir.Incrementando an ms la energa interna. No obstante, el volumen del sistema, que consta de agua y vapor, permanece constante y no se realiza trabajo.Q = UPROCESOS ISOTERMICOSEs aquel en el cual la temperatura del sistema permanece constante.Paraquelatemperaturapermanezcaconstante, lasvariacionesdepresinydevolumen deben realizarse muy lentamente a fin de que el estado se aproxime al equilibrio trmico durante todo el proceso. Un gas puede comprimirse tan lentamente que en un principio puede considerarse en equilibrio trmico con sus alrededores. La presin aumenta a medida que e volumen decrece, empero, la temperatura permanece bsicamente constante.Si no hay cambio de fase (estado), una temperatura constante indica que no hay un cambio en la energa interna del sistema.Aplicandola primera leyaun procesoen el cual .

U= 0 Se obtieneEcuacin isotermicaPor lo tanto, en un proceso isotrmico toda la energa absorbida por el sistema se convierte en salida de trabajo.NOTA.- Generalmente, ninguna de las magnitudes Q, Wy Ues nula.Q= W SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICAonvertir completamente al calor en trabajo mecnico, es uno de los principales retos de la termodinmica; as como la energa trmica no fluye en forma espontnea de un sistema fri a uno caliente.CSEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICAEs imposible construir una maquina que, si opera continuamente, no produzca otro efecto que la extraccin de calor de una fuente y la realizacin de una cantidad equivalente de trabajo.Cualquier dispositivo que convierta calor en energa mecnica se denomina mquina trmica.Considerandoquetodamquinatrmica absorbecalordeuna fuente de altatemperatura, realiza algn trabajo mecnico y cede calor a una temperatura menor.SEGUNDA LEY DE LA TERMODINMICACuandoseponenencontactouncuerpocalienteconunfro, el calorfluyesiempre espontneamente del cuerpo ms caliente al ms fro.Otro fundamento de uno de los enunciados de la segunda ley de la termodinmica. Lo cual expresa que ninguna mquina trmica puede tener, una eficienciatrmicadel 100%.Tambincabeaclarar queel anlisisdeunamquinatrmica(frigorfico) constituyeel fundamento alternativo de este enunciado. Un frigorfico lleva calor de un cuerpo fro a uno caliente, pero su funcionamiento depende del suministro de energa mecnica o trabajo.CICLOS TERMODINMICOS.os ciclos termodinmicos son procesos que devuelven un sistema a su estado original despusdeunaseriedefases, demaneraquetodaslasvariablestermodinmicas vuelven a tomar sus valores originales.LLas relaciones termodinmicas bsicas sederivan de la primera ysegunda Leydela termodinmica.El cientfico francs del siglo XIX SADI CARNOT,en 1824 fue quien concibi un ciclo termodinmico que constituye el ciclo bsico de todos los motores trmicos, demostr que no puede existir un motor perfecto en el que todo el calor se convierta en trabajo mecnico. El segundo principio de la termodinmica impone un lmite superior a la eficiencia del motor, lmite que siempre es menor del 100%. La eficiencia lmite se alcanza en lo que se conoce como ciclo de Carnot.CICLO DE CARNOT.Carnot demostr que la eficiencia mxima de cualquier mquina depende de la diferencia entre las temperaturas mxima y mnima alcanzadas durante un ciclo.Cuanto mayor sea sa diferencia, ms eficiente es la mquina. La primera etapa del ciclo de Carnot que se ilustra en la siguiente figura (primer recuadro), en el que se demuestra que un gas confinado en un cilindro provisto de un mbolo mvil se pone encontactoconunafuenteaaltatemperatura(T1); unacantidaddecalor (Qent,calor de entrada o absorbido) es absorbida por el gas, el cual se dilata isotrmicamente a medida que la presin disminuye. En la segunda etapa el cilindro se coloca en un aislante trmico, donde contina la dilatacin adiabtica en tanto que la presin disminuye hasta su nivel ms bajo, (observar el segundo recuadro de la grfica).La maquina absorbe calor del foco a T1, el gas se expande.En la tercera etapa, el cilindro es extrado de la base aislante y colocado sobre una fuente a baja temperatura, (T2), una cantidad de calor (Qsal calor de salida o cedido)es extrada del gas a medida que ste se comprime isotrmicamente. En el tercer recuadro, la ltima etapa se colocadenuevoenlabaseaislante, dondesecomprimeadiabticamentehastasuetapa original a lo largo de la trayectoria. En el cuarto recuadro la mquina realiza trabajo externo durante el proceso de dilatacin y regresa a su estado inicial durante los procesos de compresin.Se aisla la maquina del foco;el gas continua expandindose y se enfria hasta T2.El gas enfriado vuelve a comprimir, cediendo calor al foco de temperatura T2.A continuacin se presenta por medio de un esquema el proceso de conversin mencionado anteriormente.Mquina trmica en donde se aprecia la conversin de la energa en cada ciclo.(Simbologa: Qs equivale a Qsalida, Qc equivale a Qentrada, W equivale a Trabajo)Durante el ciclo, el gas absorbi cierta cantidad de calor, por lo que la diferencia entre el calor de entrada y el calor de salida fue utilizada en producir trabajo mecnico, dado que el cambio de la energa interna es cero, U=0. Por lo tanto:WRecipiente froRecipiente calienteMotorQsQcEl gas enfriado se aisla del foco y se comprime, con lo que se calienta hasta T1.W = Qent QsalEn donde:W.= TrabajoentQ= Calor de entrada o absorbidosalQ= Calor de salida o cedido SistemaTrabajo (W) Calor de entrada

( )entQCalor de salida ( )salQINTERNACIONALM K S C G S

Joule(J)Ergio(erg) (e)

Kilocalora (Kcal)Calora(cal)

Kilocalora (Kcal)Calora(cal) INGLS Pie-Libra (ft-lb)British Thermal (BTU) British Thermal(BTU)Lo anterior implica que la mquina trmica no convierte todo el calor que se le transmite en trabajo mecnico, ya que una parte pasa al recipiente fro.Al respecto, Carnot establece que el rendimiento (E) de las mquinas trmicas es de:

En donde: E = rendimiento y es adimensional.Qsal = calor de salida o cedidoQent = calor de entrada o absorbidoEl rendimiento trmico tambin depende de la temperatura (T1) de la fuente de calor y de la temperatura (T2 ) del recipiente fro. En estas condiciones, el rendimiento trmico puede expresarse como:entsalQQE 11212 11TTT T TE En donde:E = Rendimiento y es adimensional.T1 = Es la temperatura de la fuente de calor en KT2 = Es la temperatura del recipiente fro en K Estosignificaque, parael rendimientotrmicosea igual a1, osea, al del 100%, la temperatura (T2)debe ser igual al cero absoluto (0 K), el cual nunca se alcanza; y si (T1) es igual a (T2), el rendimiento es cero, como era de esperarse. Depsito CalienteT2 Qc MotorW = Q1Mquina Trmica de rendimiento al 100%Prcticamente no se tiene una mquina con un rendimiento de este tipo, por lo que en toda mquina trmica se tiene que Q2 = 0De esta manera, la eficiencia de cualquier mquina trmica es inferior al 100%.Comparar los dos esquemas el de la eficiencia al 100% y el de la conversin de energa a trabajo real.Por ejemplo en las locomotoras de vapor, el rendimiento va del 20% al 35%, en los motores de gasolina nunca pasa del 30% y en los motores de diesel el rendimiento es del 40%Con respecto al sistema de refrigeracineste se lleva a cabo en funcin de una ecuacin y reiterando que es un proceso inverso, se tiene que de acuerdo a la primera Ley, el trabajo de entrada est dado por:fro calQ Q W =En donde:W = TrabajoQcal = Calor del recipiente fro (esto corresponde a Qsal calor de salida o cedido)Qfro = Calor del recipiente caliente (esto corresponde a Qent calor de entrada o absorvido)Cabe aclarar que el proceso de refrigeracin: se debe a que la mquina trmica toma el calor de lo cuerpos que estn contenidos dentro de ella, para regresar la energa en forma de fro.Por consiguiente,definimos elcoeficiente de rendimiento(en vez de la eficiencia) de un frigorfico como la razn de:TQRent o bienfro calfroQ QQRSi este rendimiento (tambin denominada como eficiencia mxima) se expresa en funcin de temperatura absoluta (K) se tiene:fro calfroT TTREn donde:R = Coeficiente de rendimiento, es adimensional.Tfro = Temperatura de enfriamiento del frigorfico (temp. del evaporador) en K.Tcal = Temperatura del recipiente caliente (temp. del condensador) en K. EJERCICIOS RESUELTOS1.- Una caldera transmite hacia calor a una turbina, auna temperatura de 207C, y sta lo cede a un condensador a 105C. Cul es su mximo rendimiento?Datos Frmula DesarrolloT1 = 207CT2= 105C121TTE KKE4803781 2730 0+ C KE = 1 - 0.787 = 0.213 T1= (2070C+273) = 480K E = 0.213T2= (1050C+273) = 378K E = (0.213)(100) E = 21.3%2.- Enunrefrigerador mecnicocuyoserpentndebajatemperaturadel evaporador se encuentra a -30C, el gas comprimido en el condensador se observa una temperatura de 60C Cul es el mximorendimiento posible?Datos FrmulaDesarrolloTfro = -30CTcal=60CR = ?fro calfroT TTR) 243 333 (243=K KKRK = C + 273Tfrio v=-30C + 273 = 243Tcaliente=60C+ 273 = 333 R = 2.73.- Una maquina trmica opera entre dos depsitos de calor a 700 K y 600 K. Determinar:a) Cul es su eficiencia en porcentaje?b)Cuntotrabajoefectalamquina en unciclo completosi absorbe1000caloras del depsito a alta temperatura?c) Cunto calor se entrega al depsito de baja temperatura?

Datos Frmula DesarrolloTent = 700 KTsal = 600 K12 1T T TEKK KE700600 700=E = 0.143a).- E = %? E = (0.143) (100) E = 14.3%As la eficienciaideal es de 14%E = 0.143Qent = 1000 calb).- w =?entQWE =w = (E)(Qent)W = (0.143)(1000)cal W= 143calRecordando que el trabajo se expresa en joules, tenemos que:( )1186 . 4143 =cal Jcal W W= 598.598JNota:Unamquinacon14%deeficienciaentregaaproximadamenteunaquinta partede calor de entrada al trabajo til, el resto debe perderse (Qsal) Qent =1000 calW=143 calW = Qent Qsal Qsal = (1000)-(143)cal Qsal =857calc).- Qsal=?Qsal = Qent WMAQUINAS TRMICAS.INTRODUCCIN.D esde la ms remota antigedad, el hombre ha observado que el calor produce vapor. Laposibilidaddetransformarel calor en trabajo a sido la inquietud del hombre desde la antigedad.

Un ejemplo prctico y comnpara apreciar estos aspectos; se tiene un recipientetapado con agua hirviendo, se observa que la tapadera se mueve. A qu se debe?A que el vapor produce un trabajo mecnico sobre la tapadera, por lo tanto:MQUINA TRMICA.Es todo dispositivo que transforma el calor en trabajo mecnico.Las mquinas trmicasse basan en el mismo principio: La dilatacin de un gas caliente produce trabajo, despus del cual el gas se enfra.Si de un principio tan bsico, se obtiene tanto energa como trabajo, Qu sera necesario, llevaral cabo, paraproducirmovimiento?, deestainterrogantesegeneraronlosmotores trmicos.MQUINAS DE VAPOR Primera mquina de vaporLas mquinas de vapor convierten la energa trmica en mecnica, a menudo haciendo que el vapor se expanda en un cilindro con un pistn mvil. El movimiento alternativo del pistn se convierte en giratorio mediante una biela.Para hacer trabajar al vapor se le conduce a un cilindro, dentro del cual se mueve un mbolo perfectamente ajustado. El vapor a alta presin empuja al mbolo a lo largo del cilindro, realizando en su movimiento un trabajo til; como se observa en la siguiente figura.En una mquina de vapor, la vlvula de corredera o deslizamiento enva alternativamente el vapor a los dos extremos del cilindro para mover el pistn. A la derecha pueden verse algunos componentes de una mquina de vapor; las figuras 1a - 1d muestran el ciclo de funcionamiento de la mquinaEn la siguiente figura se observa una mquina de vapor con sus partes ms importantes En estas mquinas, (ver siguiente esquema) el tubo horizontal representa la porcin de calor que el motor convierte en trabajo mecnico; el tubo de la parte superior, la porcin de calor que se transmite al recipiente fro.Mquina Trmica de rendimiento al 100%Depsito calienteTcQcMotorW = Q1O sea, el motor recibe calor (Qent)de la fuente calorfica, que puede la hoguera con que se calentelagua. Unapartedelaenerga calorfica se convierte en trabajo mecnico (W), transmitiendo su impulso a un pistn o turbina; otra parte (Qsal),estransmitida a un recipiente de menor temperatura, que puede ser el medio ambiente.Potencia y rendimiento de los motores trmicos.Llmese potencia efectiva o til de un motor trmico a la potencia obtenida en su eje. Esta potencia se expresa generalmente en caballos de vapor. El rendimiento global es el cociente de dividir el trabajo til suministrado por el motor y la energa del combustible consumido durante determinado tiempo.

tWP =En donde:P = Potencia o rendimiento del motor en C.V.W = Trabajo en joulest = Tiempo en segundosEl Frigorfico.

Susistema usual de refrigeracin consiste en: Un compresor. Un condensador. Un tanque de almacenamiento de lquido Una vlvula de estrangulamiento. Un evaporador. Esquema interno del funcionamiento de un refrigerador.Deposito de alta temperaturaW = Qcal.+ QfrioQfrioDepsito de baja temperaturaTfrioTcalQcalEvaporadorEs importante considerar que un frigorfico es una mquina trmica que funciona inversamente. Es decir, un frigorfico toma calor de un recipiente caliente. Si se considera a un frigorfico domstico, los alimentos y los cubos de hielo constituyen el recipiente fro (de donde se obtiene calor), el trabajo lo realiza el motor elctrico y el recipiente caliente viene siendo el aire de la cocina.Durante cada ciclo, un compresor o un dispositivo similar proporciona trabajo mecnico al sistema,extrayendo una cantidad de calor de un depsito fro y cediendo una cantidad de calor a un depsito caliente. En la refrigeracin mecnica se obtiene un enfriamiento constante mediante la circulacin de un refrigerante en un circuito cerrado, donde se evapora y se vuelve a condensar en un ciclo continuo. Si no existen prdidas, el refrigerante sirve para toda la vida til del sistema. Todo lo que se necesita para mantener el enfriamiento es un suministro continuo de energa y un mtodo para disipar el calor. Los dos tipos principales de sistemas mecnicos de refrigeracin son: el sistema de compresin, empleadoenlos refrigeradores domsticos grandes yenlamayoradelos aparatos de aire acondicionado, y el sistema de absorcin, que en la actualidad se usa sobre todo en los acondicionadores de aire por calor, aunque en el pasado tambin se empleaba en refrigeradores domsticos por calor.Para el caso de nuestro estudio observaremos el del sistema de compresin.Enestossistemasseempleancuatroelementos enel cicloderefrigeracin:compresor,condensador, vlvula de expansin y evaporador. En el evaporador, el refrigerante se evapora y absorbe calor del espacio que est enfriando y de su contenido. A continuacin, el vapor pasa a un compresor movido por un motor que incrementa supresin, loque aumenta sutemperatura (vase Termodinmica). El gas sobrecalentado a alta presin se transforma posteriormente en lquido en un condensador refrigeradoporaireo agua. Despus del condensador, el lquido pasa por una vlvula de expansin, dondesupresinytemperatura se reducen hastaalcanzar lascondiciones que existen en el evaporador.En el condensador existe una relacin similar entre la presin y la temperatura. En los refrigeradores pequeos empleados en las viviendas para almacenar comida, el calor del condensador se disipa a la habitacin donde se sita. En los acondicionadores de aire, el calor del condensador debe disiparse al exterior o directamente al agua de refrigeracin.Enunsistemadomsticoderefrigeracin, el evaporadorsiempresesitaenunespacio aisladotrmicamente. Aveces, este espacio constituye todo el refrigerador.El compresor sueletenerunacapacidadexcesiva, deformaquesifuncionaracontinuamenteproducira temperaturas msbajasdelas deseadas. Paramantener el refrigerador alatemperatura adecuada, el motor que impulsa el compresor est controlado por un termostato o regulador