Una máquina térmica es un dispositivo cuyo objetivo es convertir calor en trabajo. Para ello utiliza de una sustancia de trabajo (vapor de agua, aire, gasolina) que realiza una serie de transformaciones termodinámicas de forma cíclica, para que la máquina pueda funcionar de forma continua. A través de dichas transformaciones la sustancia absorbe calor (normalmente, de un foco térmico) que transforma en trabajo.
Existen 2 clases de maquinas t茅rmicas : - De combusti贸n externa : El combustible o aire, o l铆quidos se queman fuera del motor. Por ejemplo una maquina de Vapor.
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De combusti贸n Interna : El combustible se quema dentro de la maquina. Por ejemplo el motor de un carro
La maquina térmica tiene un funcionamiento cíclico en el cual encontramos un foco caliente (Fuente termica1) y un foco frio (Fuente termica2), del foco caliente se extrae el calor que se transforma en trabajo o energía mecánica y , la energía no transformada en trabajo debe cederse en forma de calor al otro foco térmico, en este caso el foco frio. Un ciclo térmico es una serie de procesos en los que un sistema parte de una situación inicial y tras aplicar varios procesos regresa a su estado inicial.
La máquina toma una cantidad de calor Q1 de un foco caliente a una temperatura T1. El sistema produce una cantidad de trabajo W. El calor absorbido y no transformado en trabajo cede una cantidad de calor Q2 a un foco frío a una temperatura T2.
La variaci贸n de energ铆a interna en este sistema es nula, ya que este debe trabajar en ciclos, por lo tanto el trabajo realizado en el sistema va ser igual a:
El rendimiento de una maquina térmica o llamado también Eficacia térmica es la relación entre el trabajo mecánico producido Q1 y el calor suministrado Q2. El rendimiento se lo denota con la letra (n). Kelvin Planck en uno de sus principios nos enuncia que “No es posible ninguna transformación cíclica que transforme totalmente el calor absorbido en trabajo.”, concluyendo así que el trabajo siempre será menor al calor absorbido por la maquina con lo que el rendimiento siempre será menor que 1. W= Trabajo producido Q1= Calor absorbido por la maquina Q2= Calor desecho puesto que no realiza Trabajo y se lo cede al ambiente
El ciclo de Carnot se produce cuando una máquina trabaja absorbiendo una cantidad de calor Q1 de la fuente de alta temperatura y cede un calor Q2 a la de baja temperatura produciendo un trabajo sobre el exterior. Conocido como el ciclo del rendimiento máximo, el ciclo ideal que Carnot aplico en las maquinas térmicas El principio de Carnot establece que la máxima cantidad de trabajo que puede ser producido por una máquina térmica que trabaja entre una fuente a alta temperatura y un depósito a temperatura menor, es el trabajo producido por una máquina reversible que opere entre esas dos temperaturas.
El ciclo de Carnot consta de cuatro etapas: dos procesos isotermos (a temperatura constante) y dos adiabáticos (aislados térmicamente). 1-2 Expansión Isotérmica 2-3 Expansión Adiabática 3-4 Compresión Isotérmica 4-1 Compresión Adiabática
Según el Ciclo de Carnot El rendimiento de la maquina térmica estará expresado por la expresión que se transforma en (con las temperaturas T1 y T2 expresadas en grados Kelvin):
Siendo T1= La temperatura del calor absorbido del foco caliente
Siendo T2= La temperatura del calor cedido al foco frio
Una maquina térmica necesita de una fuente de calor para realizar trabajo. El rendimiento de una maquina térmica siempre será menor que uno. No todo el calor absorbido se transforma en trabajo
Ninguna maquina térmica puede llegar al 100 % de su rendimiento.
Según Carnot El rendimiento de la maquina es mayor cuanto más elevada es la temperatura alta y cuanto menor es la temperatura baja. Según el ciclo de Carnot No existe ninguna máquina que genere trabajo de forma continua si sólo le damos energía calorífica y no la refrigeramos.