Marte

2.1 MÁQUINAS TÉRMICAS Y REFRIGERADORES.

En el desarrollo de la segunda ley de la termodinámica es conveniente tener un cuerpo hipotético con capacidad de energía térmica (masa x calor específico) grande que pueda suministrar o absorber cantidades finitas de calor sin que sufra ningún cambio de temperatura. Un cuerpo con esa características se llama depósito de energía térmica. En la práctica,los grandes cuerpos de gua como los océanos, lagos y ríos, así como el aire atmosférico, precisamente, pueden modelarse como depósitos de energía térmica debido a sus grandes capacidades de almacenamiento de energía térmica o de masas térmicas.

· MÁQUINAS TÉRMICAS.

De manera sencilla una máquina térmica es aquel dispositivo que convierte e l calor a trabajo. Además podemos definirla comoaquel dispositivo que funciona en un ciclo termodinámico, y realiza un cierta cantidad de trabajo neto positivo como resultado de la transmisión de calor desde un cuerpo a alta temperatura hacia un cuerpo a baja temperatura.

Algunos ejemplos de máquinas térmicas son: Máquina de combustión interna, una central eléctrica de vapor.

Las máquinas térmicas difieren considerablemente unas de otras,aunque todas se caracterizan por lo siguiente:

1. Reciben calor de una fuente de alta temperatura (energía solar, hornos de petróleo, reactores nucleares, etc.).
2. Convierten parte de este calor en trabajo (normalmente en la forma de un eje de rotación).
3. Liberan el calor de desechos remanente en un sumidero de baja temperatura (la atmósfera, ríos, etc.).
4. Operan en un ciclo.

Lasmáquinas térmicas y otros dispositivos cíclicos suelen incluir un fluido al y desde el cual el calor se transfiere mientras se somete a un ciclo. Este fluido recibe el nombre de fluido de trabajo.
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Fig.#22. Esquema de una máquina térmica.

En máquinas térmicas la salida deseada es la salida de trabajo neta, y la entrada requerida es la cantidad de calor suministrada al fluido de trabajo. En esecaso la eficiencia térmica de una máquina de este tipo puede expresarse como

Eficiencia térmica = energía deseada / energía requerida

o sea
nt = Wneto, sal / QH

en donde
Wneto, sal = QH - QL

· REFRIGERADORES Y BOMBAS DE CALOR.

Son dispositivos cíclicos que transfieren de calor de un medio de baja temperatura a uno de alta temperatura. El fluido de trabajo utilizado en el ciclo derefrigeración se llama refrigerante. El ciclo de refrigeración que se usa con mayor frecuencia es el ciclo de refrigeración por compresión de vapor, que incluye cuatro componentes principales: un compresor, un condensador, un dispositivo manejador de flujo y un evaporador.
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Fig.#23. Esquema de un refrigerador y bomba de calor.

La eficiencia de un refrigerador se expresa en términos delcoeficiente de operación (COPR. Esta eficiencia se expresa mediante la ecuación:
Eficiencia térmica = energía deseada / energía requerida

o sea
COPR = QL / Wneto, ent

en donde
Wneto, ent = QH - QL

Los refrigeradores y las bombas de calor operan en el mismo ciclo, aunque difieren en objetivos. El del refrigerador es mantener el espacio refrigerado a baja temperatura quitándole calor. Ladescarga de este calor a un medio de mayor temperatura es tan sólo una parte de la operación, no el propósito. El objetivo de una bomba de calor es mantener un espacio calentado a alta temperatura.
Eficiencia térmica = energía deseada / energía requerida

o sea,
COPBC = QH / Wneto, ent

en donde,
Wneto, ent = QH - QL

también,
COPBC = COPR + 1

2.2 EL CICLO DE CARNOT.   (En memoriadel ingeniero francés Sadi Carnot, 1824.)

Como se vera más adelante todos los ciclos reversibles que operan entre los mismos límites de temperatura tienen la misma eficiencia, que se expresa por la relación de la siguiente ecuación.
nt = (TH - TL ) / TH

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Refrigeradores

Un refrigerador es un dispositivo cuyo objetivo es extraer calor de...