Maquinas Termicas

La naturaleza de la exergía es opuesta a la de la entropía, en la cual la exergía puede destruirse pero no puede crearse. Por consiguiente, el cambio de exergía de un sistema durante un proceso es menor que la transferencia de exergía por una cantidad igual a exergía destruida dentro de las fronteras del sistema durante el proceso. Entonces el principio de disminución de exergía puede expresarse como Esta relación se conoce como el balance de exergía y puede definirse como: el cambio de exergía de un sistema durante un proceso es igual a la diferencia entre la transferencia neta de exergía a través de la frontera del sistema y la exergía destruida dentro de las fronteras del sistema como resultado de las irreversibilidades. Un sistema cerrado no involucra flujo másico, por lo tanto tampoco cualquier transferencia de exergía asociada con el flujo másico. Si se toma la dirección positiva de la transferencia de calor hacia el sistema y la dirección positiva de transferencia de...

Trabajo reversible: El trabajo reversible se define como la cantidad máxima de trabajo útil que puede obtenerse cuando un sistema experimenta un proceso entre los estados inicial y final. Ésta es la salida (o entrada) de trabajo útil que se obtiene cuando el proceso entre los estados inicial y final se ejecuta de manera reversible. Trabajo irreversible: Este se aplica en aquellos procesos que, como la entropía, no son reversibles en el tiempo. Desde esta perspectiva termodinámica, todos los procesos naturales son irreversibles. El fenómeno de la irreversibilidad resulta del hecho de que si un sistema termodinámico de moléculas interactivas es trasladado de un estado termodinámico a otro, ello dará como resultado que la configuración o distribución de átomos y moléculas en el seno de dicho sistema variará.

En primer lugar definimos la entropía como una magnitud termodinámica que determina que parte de la energía de un sistema no puede emplearse en la realización de trabajo. Por su parte, la exergía es un término complementario que indica la parte que puede emplearse en la realización de trabajo. Estos dos conceptos expresan una realidad, que es que dada una fuente energética, no toda la energía disponible puede convertirse en trabajo. Así se introduce lo que se podría denominar como “calidad” de la energía. Dados dos fluidos, el que tenga mayor temperatura tiene mayor exergía, y por tanto, es capaz de realizar mayor trabajo. 

En principio, cualquier ciclo termodinámico se puede utilizar para diseñar una máquina o un refrigerador, según el sentido en el que se recorra el ciclo. Puesto que, según el enunciado del Segundo Principio ninguna máquina puede tener rendimiento 100%, es importante saber cuál es el máximo rendimiento posible entre dos focos determinados. Como veremos, el ciclo de Carnot proporciona ese límite superior entre dos focos. Este ciclo es una idealización ya que está constituido por transformaciones reversibles: el intercambio de calor de la sustancia de trabajo con los focos se produce a través de isotermas y las variaciones de temperatura de forma adiabática, para que no haya pérdidas de calor. A continuación estudiaremos este ciclo para máquinas y para refrigeradores, considerando siempre que la sustancia de trabajo es un gas ideal. Máquina de Carnot En una máquina el ciclo se recorre en sentido horario para que el gas produzca trabajo. Las transformaciones que constituyen el...

Un proceso reversible se define como un proceso que se puede invertir sin dejar ningún rastro en los alrededores . Es decir, tanto el sistema como los alrededores vuelven a sus estados iniciales una vez finalizado el proceso inverso. Esto es posible sólo si el intercambio de calor y trabajo neto entre el sistema y los alrededores es cero para el proceso combinado (original e inverso). Los procesos que no son reversibles se denominan irreversibles . Se debe señalar que es posible volver  a un sistema a un sistema original siguiendo un proceso, lo que los diferencia es que en los procesos reversibles esta restauración se hace sin dejar ningún cambio neto en los alrededores, mientras que para los procesos irreversibles los alrededores normalmente hacen algún trabajo sobre el sistema, por lo tanto no vuelven a su estado original. El concepto de proceso reversible conduce a la definición de eficiencia según la segunda ley para procesos reales, que es el grado de ap...

Existen varios enunciados válidos de la segunda ley de la termodinámica, pero nos enfocaremos en dos de ellos para su estudio en relación con algunos dispositivos de ingeniería que operan en ciclos. Enunciado de Kelvin-Planck Se ha demostrado que cualquier máquina térmica, incluso trabajando bajo condiciones ideales, debe rechazar algo de calor hacia un depósito que se encuentra a baja temperatura con la finalidad de completar el ciclo. Es decir, ninguna máquina térmica puede convertir todo el calor que recibe en trabajo útil. Esta limitación forma la base para el enunciado de Kelvin-Planck de la segunda ley de la termodinámica: "Es imposible que un dispositivo que opera en un ciclo reciba calor de un solo depósito y produzca una cantidad neta de trabajo." Es decir, una máquina térmica debe intercambiar calor con un sumidero de baja temperatura así como con una fuente de temperatura alta para seguir funcionando. El enunciado también...

Una máquina térmica es un dispositivo que convierte energía térmica en otras formas útiles de energía, como la energía eléctrica y/o mecánica. De manera explícita, una máquina térmica es un dispositivo que hace que una sustancia de trabajo recorra un proceso cíclico durante el cual sucede lo siguiente: Se absorbe calor de una  fuente a alta temperatura. La máquina realiza un trabajo. Libera calor a una fuente a temperatura más baja. Máquina de vapor: Fue la máquina térmica más utilizada hasta el siglo XX.  La energía obtenida al quemar el combustible (gas, petróleo, carbón, etc.) se emplea en calentar agua hasta convertirla en vapor. Este vapor desplaza el émbolo, realizando así un trabajo.  Su utilización más importante se dio en las locomotoras de vapor para el ferrocarril. Turbinas de vapor: Las turbinas de vapor  expulsan un chorro de vapor, calentado con la energía generada en la ...