IntroduccinEl funcionamiento de las mquinas trmicas y frigorficas se basan en los dos principios de la termodinmica.Las mquinas trmicas son capaces de producir trabajo mecnico sin recurrir a fuente alguna de energa, o bien extrayendo energa de una sola fuente.Como curiosidad sealar que la mquina de vapor fue construida con anterioridad al establecimiento de la termodinmica. En este caso la aplicacin prctica (TCNICA) surgi antes que el descubrimiento terico (CIENCIA),en otras ocasiones es la tecnologa quien desarrolla y busca aplicaciones prcticas a un descubrimiento terico.

CIENCIA+TCNICA=TECNOLOGA

Calor y temperaturaEl calor es la energa que se transmite de un cuerpo a otro, es una energa en trnsito, por eso no tiene sentido hablar de calor almacenado en un cuerpo. La temperatura es una magnitud fsica que depende de la velocidad media de las partculas que constituyen el cuerpo (molculas).Cuanto mayor sea la velocidad de las partculas mayor ser su energa interna y por tanto su temperatura.

TERMODINMICA

SISTEMA TERMODINMICO

La termodinmica estudia las propiedades que se conocen como variables termodinmicas (composicin y concentracin de los componentes, presin, volumen, temperatura), que se refieren al comportamiento global de un nmero muy elevado de partculas y que definen el llamado estado del sistema.

Cuando estas variables tienen un valor definido para cada estado del sistema sin depender de los procesos que este haya experimentado reciben el nombre de funciones de estado.

Si analizamos en el diagrama:El cilindro marcado con INICIO, tiene un pistn mvil ( puede subir o puede bajar).En el interior del cilindro se encuentra un GAS. El sistema es cerrado, no ingresa ni sale materia. La cantidad de gas en el interior del cilindro no vara.El cilindro de la derecha, marcado con FIN, nos muestra la misma cantidad de gas, slo que ste ha sufrido una expansin a presin constante, es decir, ha aumentado su volumen.

Primer principio de la termodinmicaEn el ejemplo, al calentar el agua el tapn sale lanzado. El calor transmitido al agua se transforma en:-Lanzar el tapn (trabajo mecnico)-Aumentar la energa interna de las molculas de agua

En este caso, el sistema podra ser el agua contenida en un recipiente, y el medio ambiente todo lo que rodea el recipiente, que serian desde la cocina en donde descansa el recipiente con agua hasta el quemador que le suministra calor, en fin, la atmsfera y todo lo que est fuera del recipiente.

Formulacin de la primera ley para un sistemaLa primera ley expresa que el calor, suministrado por el medio ambiente (el quemador de la cocina) a un sistema (el agua contenida en el recipiente) es igual al cambio de la energa interna en el interior del liquido (agua en este caso) sumada al trabajoque el agua realiza cuando al hervir mueve la tapa contra el medio ambiente.Por lo tanto: el calor cedido por el medio al sistemaser igual a la variacin de la energa interna en el interior del sistema (agua) ms el trabajo realizado por el sistema sobre el medio.

Ejemplos aplicado a la 1era ley de la termodinmicaEl FrigorficoUn frigorfico es un motor trmico en el cual se realiza trabajo sobre la sustancia refrigerante, con el propsito de sacar energa desde un rea fra y volcarla en una regin de temperatura mas alta, enfriando por consiguiente todava mas la regin fra.

Si colocamos una mano sobre la parte trasera de un frigorfico en funcionamiento, notaremos que esta zona est mas caliente que la temperatura de la habitacin. O si estamos de pi frente a un frigorfico, podemos notar que sopla aire caliente sobre nuestros pis. Sin embargo el interior del compartimento de congelacin est muy frio!. El frigorfico o refrigerador, est tomando energa del compartimento de congelacin, hacindolo mas frio, y expulsando ese calor hacia la habitacin hacindola mas caliente.

Los frigorficos usan hidrocarburos fluorados con nombres comerciales como el fren-12, el fren-22, etc, que se fuerzan a evaporarse y luego a condensarse, mediante sucesivas bajadas y subidas de su presin. De esta manera, pueden "bombear" energa desde una regin fra a una regin mas caliente, por medio de la extraccin de su calor de vaporizacin desde una regin fra, y volcarla sobre una regin mas caliente fuera del frigorfico. Las explicaciones acerca de los frigorficos, se aplican a los acondicionadores de aire, y a las bombas de calor, que encarnan los mismos principios.

Motores trmicos: Un motor trmico es todo aquel dispositivo capaz de transformar el calor en energa mecnica. El calor necesario para conseguir que funcione una mquina trmica procede, generalmente, de la combustin de un combustible. Dicho calor es absorbido por un fluido que, al expandirse, pone en movimiento las distintas piezas de la mquina.Segn que la combustin del combustible se produzca en el interior o en el exterior de la propia mquina, las mquinas trmicas se clasifican en mquinas de combustin interna, como el motor de explosin de cuatro tiempos, y mquinas de combustin externa, como la mquina de vapor o la turbina de vapor, en las que el combustible es utilizado para formar vapor fuera de la mquina y parte de la energa interna del vapor se emplea en realizar trabajo en el interior de la mquina.

El rendimiento de una mquina trmica es el cociente entre la energa mecnica producida y el calor tomado del foco caliente. Las mquinas trmicas tienen rendimientos muy bajos, ya que tan slo una pequea parte del calor producido se puede transformar en trabajo, y el resto se utiliza en calentar el fluido que pone en movimiento a la mquina, en vencer el rozamiento de las piezas que la componen o simplemente se disipa al ambiente en forma de calor.Una segunda clasificacin se hace en funcin de la forma en que se obtiene la energa mecnica: motores alternativos o rotativos.

CALOR MOLAR (ESPECFICO) A PRESIN Y VOLUMEN CONSTANTE

TRANSFORMACIONES DE UN SISTEMA TERMODINMICOLas transformaciones de un sistema termodinmico desde un estado inicial a otro final pueden tener lugar de distintas formas que se representan grficamente en un diagrama P-V. es el coeficiente adiabtico y se calcula: CP/CV

Clculo del trabajo de expansin, calor intercambiado y variacin de energa interna en algunas transformaciones de gases ideales.

La variacin de energa interna es independiente de las variaciones de presin y temperatura (ejemplo pgina 153).

Q=Wexp