maquinas termicas intro
TRANSCRIPT
![Page 1: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/1.jpg)
MÀQUINES TÈRMIQUES
davidctecno
Segon Principi de la TermodinàmicaEntropia
![Page 2: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/2.jpg)
Màquines tèrmiquesSegon principi de la termodinàmica:
• El calor flueix sempre des d’ un cos calent a un altre de fred espontàniament,però no a l´inrevés, per fer-ho cal efectuar un treball per mitjà de determinats dispositius.
•El treball es pot convertir directament i íntegrament en calor, però per convertir el calor en treball calen dispositius, que, a més no ho faran mai íntegrament.
![Page 3: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/3.jpg)
Màquines tèrmiquesTipus:
Les màquines tèrmiques consumidores d’ energia mecànica són aquests dispositius capaços d’ extreure la calor d’ un cos fred i cedir-lo a un de calent ( neveres o refrigeradors)
Les màquines tèrmiques generadores d’ energia mecànica són aquests dispositius capaços de convertir la calor en una certa quantitat de treball (màquines de vapor, motors d’explosió)
![Page 4: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/4.jpg)
Màquines tèrmiquesEficiència tèrmica (rendiment)
MT Generador d’ energia mecànica
Q h = W + Q c W = Qh - ǀQcǀ
Com Qc < Qh mai Ƞ t > 1
![Page 5: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/5.jpg)
Màquines tèrmiquesCoeficient d’ eficàcia (rendiment)
MT Consumidores d’ energia mecànica
Qc + W = Qh W = ǀQhǀ-Qc
QcQh
Qc
W
QcCOP
Com Qc pot ser > W COP > 1
![Page 6: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/6.jpg)
Màquines tèrmiquesMàquina de Carnot
Màquina de Carnot
Cap màquina tèrmica que funcioni entre dos fonts tèrmiques determinades pot tenir una eficiència superior a una màquina reversible que funcioni entre les mateixes fonts.
Màquina tèrmica reversible que funciona cíclicament ( que pot anar d’ un estat a un altre i a l’ inrevés) a partir d’ un gas ideal sense pèrdues d’energia.
![Page 7: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/7.jpg)
Màquines tèrmiquesMàquina de Carnot
Cicle de Carnot (diagrama PV)
Consta de 4 processosreversibles
![Page 8: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/8.jpg)
Màquines tèrmiquesMàquina de Carnot
Cicle de Carnot (esquema)
Consta de 4 processosreversibles
![Page 9: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/9.jpg)
Màquines tèrmiquesMàquina tèrmica de Carnot
Cicle de Carnot (simulació)
![Page 10: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/10.jpg)
Màquines tèrmiquesMàquina tèrmica de Carnot
Cicle de Carnot : 1. Expansió isotèrmica
El gas es troba al mínim volum del cicle i a la temperatura dela font calenta : estat 1.
Es transfereix calor Qh a la màquina desde Th fent que el gas s’expandeixi de l’ estat 1 a l’ estat 2.
![Page 11: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/11.jpg)
Màquines tèrmiquesMàquina tèrmica de Carnot
Cicle de Carnot : 1. Expansió isotèrmica
P1 V1 = P2 V 2
ΔU 1-2 = 0
Q h = W 1-2 = n R Th ln ( V2/ V1)
Com no canvia la temperatura (isotèrmic) no hi ha variació d’ energia interna i tot el calor absorbit per la màquina es transforma en treball fins arribar a l’estat 2. La temperatura és la de la font calenta: Th
![Page 12: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/12.jpg)
Màquines tèrmiquesMàquina tèrmica de Carnot
Cicle de Carnot : 2. Expansió adiabàtica
Q 2-3 = 0
ΔU 2-3 = W 2-3 =
En l’ estat 2 el sistema s’ aïlla tèrmicament (no hi ha transferència de calor amb l’exterior). El gas continua la seva expansió ,i va refredant-se desde Th (focus calent) fins a assolir Tc ( focus fred) en l´estat 3 disminuïnt la seva energia interna que es converteix íntegrament en treball.
P2V2γ= P3V3
γ T h V2
γ-1= T c V3γ -1
![Page 13: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/13.jpg)
Màquines tèrmiquesMàquina tèrmica de Carnot
Cicle de Carnot : 3. Compressió isotèrmica
P3 V3 = P4 V 4
ΔU 3-4 = 0
Q c = W 3-4 = n R Tc ln ( V4/ V3)
En l’ estat 3 el gas comença a comprimir-se a Tc i tot el treball de compressió absorbit es va cedint en forma de calor Qc a la font freda fins arribar a l’ estat 4. La temperatura es manté a T c.
ǀQ c ǀ= W 3-4 = n R Tc ln ( V3/ V4)
![Page 14: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/14.jpg)
Màquines tèrmiquesMàquina tèrmica de Carnot
Cicle de Carnot : 4 Compressió adiabàtica
Q 4-1 = 0
ΔU 4-1 = W 4-1 =
En l’ estat 4 el sistema s’ aïlla tèrmicament (no hi ha transferència de calor amb l’exterior). El gas continua la seva compressió ,va escalfant-se desde T c fins a assolir Th de l’estat inicial 1 augmentant la seva energia interna que es converteix íntegrament en treball.
P4V4γ= P1V1
γ T c V4γ-1= T h V1
γ -1
![Page 15: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/15.jpg)
Màquines tèrmiquesMàquina tèrmica de Carnot
Eficiència tèrmica de Carnot
Es pot demostrar substituïnt i combinant fórmules anteriors
![Page 16: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/16.jpg)
Màquines tèrmiquesEficiència tèrmica de Carnot
Eficiència tèrmica de Carnot
Si Ƞ t < Ƞ c màquina tèrmica irreversible real
Si Ƞ t = Ƞ c màquina tèrmica reversible ideal
Si Ƞ t > Ƞ c màquina tèrmica impossible
El rendiment de Carnot és el rendiment màxim que pot donar màquina tèrmica que funcioni entre dos focus de temperatura Th i Tc.( sense pèrdues ni fricció)
![Page 17: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/17.jpg)
Màquines tèrmiquesCoeficient d’ eficàcia de Carnot
Coeficient d’ eficàcia de Carnot
Si COP < COPc màquina tèrmica irreversible real
Si COP = COPc màquina tèrmica reversible ideal
Si COP > COP c màquina tèrmica impossible
El rendiment de Carnot és el rendiment màxim que pot donar màquina tèrmica que funcioni entre dos focus de temperatura Th i Tc.( sense pèrdues ni fricció)
TcTh
TcCOPc
![Page 18: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/18.jpg)
Màquines tèrmiquesResum
Màquines generadores EM Màquines consumidores EM
![Page 19: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/19.jpg)
Màquines tèrmiquesResum
Màquines generadores EM Màquines consumidores EM
QcQh
Qc
W
QcCOP
TcTh
TcCOPc
Real: Real:
Ideal: Ideal:
![Page 20: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/20.jpg)
Màquines tèrmiquesEntropia
L’ energia dissipada en els processos irreversibles que no es pot utilitzar per a produïr treball és el que es coneix com a entropia (S).
Les màquines tèrmiques reals són irreversibles: hi han pèrdues d’ energia degut a tot tipus de forces passives (externes, fricció…)
![Page 21: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/21.jpg)
Màquines tèrmiquesEntropia
Matemàticament:
L´energia dissipada en els processos irreversibles evoluciona en forma de flux de calor d’ un sistema a un altre de menys temperatura. Aquesta capacitat d’ evolució és el flux d’ entropia : ΔS
ǀQǀ= T1 Δ S 1 = T2 Δ S 2 = T3 Δ S 3 = Ti Δ S i
on T1 > T2> T3> Ti
Δ S = [J/K]
![Page 22: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/22.jpg)
Màquines tèrmiquesEntropia
• Expansió isotèrmica : Δ S 1-2 = -ǀQhǀ / Th (s´extreu calor de font calenta)
• Expansió adiabàtica: Δ S 2-3 = 0 (no intercanvi de calor)
•Compressió isotèrmica: Δ S 3-4 = ǀQcǀ / Tc (es cedeix calor ala font freda)
•Compressió adiabàtica: Δ S 4-1 = 0 (no intercanvi de calor)
Δ S total = 0
En les màquines tèrmiques reversibles (màquina de Carnot) la variació d´entropia és nul.la ja que no hi han irreversibilitats i no se cedeix entropia a altre sistema
Qh
Qc
Th
Tc Carnot!!!!
![Page 23: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/23.jpg)
Màquines tèrmiquesEntropia
Δ S total = Δ S h + Δ S c = - ǀQhǀ / Th + ǀ Qcǀ / Tc
Com Tc < Th i ǀQcǀ < ǀQhǀ Δ S c > Δ S h
Δ S total > 0
En les màquines tèrmiques irreversibles la variació d´entropia és deguda a la variació d’entropia de la font calenta més la variació d’ entropia de la font freda . Sempre tendeix a augmentar.
![Page 24: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/24.jpg)
Màquines tèrmiquesEntropia
W perdut = W carnot – W real
El treball perdut en les irreversibilitats és:
hccarnoth
carnotc QW
Q
W
hrealh
realreal QW
Q
W
hhcperdut QQW
Substituïnt:
realcarnotperdut WWW
![Page 25: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/25.jpg)
Màquines tèrmiquesEntropia
W perdut = W carnot – W real
El treball perdut en les irreversibilitats és:
hccarnoth
carnotc QW
Q
W
chreal QQW
)( chhcperdut QQQW
Substituïnt:
realcarnotperdut WWW
![Page 26: Maquinas termicas intro](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022081422/55832564d8b42a3c658b51ea/html5/thumbnails/26.jpg)
Màquines tèrmiquesSegon principi de la termodinàmica (entropia)
• El segon principi de la termodinàmica es pot reaformular afrirmant que tots els sistemes tendeixen sempre a tenir major entropia