Eficiencia Termica

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Integrantes: Mauricio Lisboa.David Galaz.Juan Parraguez.Alfonso R. Ziga. Seccin: 802

ndice

Introduccin 3 Historia.4 Marco terico.. 6 Principio de carnot..9 Ciclo de carnot12 Diagrama de carnot16 Eficiencia trmica...18 Eficiencia trmica de un motor.22 Rendimiento calrico.23 Gasolina y diesel frente a la mquina perfecta de carnot..24 Ejercicios27 Resumen.31 Conclusin..35

IntroduccinLa termodinmica es la rama de la fsica que describe los estados de equilibrio a nivel macroscpico. Estudiando los estados de equilibrio y definiendo por medio de magnitudes tales como la energa interna, la entropa, el volumen los cuales son pro definicin independientes del tiempo y todo aparato formal de la termodinmica (todos las leyes y teoras que constituyen la termodinmica) las cuales estarn dispuestas en este documento ms adelante.A continuacin se presenta el siguiente informe donde se encontrara parte de la rama de la termodinmica, que se encuentra enfocada acerca de la eficiencia trmica, tema con el cual lidiamos da a da en nuestro vivir. Adentrndonos por el principio de la historia de la mquina de vapor donde se encontrara el ingeniero Nicola Sadi Carnot, creador de teorema de la segunda ley de la termodinmica en colaboracin con otros, mostrando su teora y principio de manera explcita, demostrado por medio de formulas, esquemas, ejercicio que conllevan a lo que es la eficiencia trmica. Con demostraciones y comparaciones de problemas cotidianos como es un motor a combustin interna de un automvil, se pondr a disposicin, de manera de reflejar toda la prdida y eficiencia que contribuye este v/s lo que plantea Carnot.

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Historia

Nicols Leonard Sadi Carnot (Pars, 1 de junio de 1796 - 24 de agosto de 1832), normalmente llamado Sadi Carnot fue un ingeniero francs pionero en el estudio de la Termodinmica. Se le reconoce hoy como el fundador de la Termodinmica.Era hijo de Lazare Carnot, conocido como el Gran Carnot, y to de Marie Franois Sadi Carnot, que lleg a ser Presidente de la Repblica Francesa.-En los primeros aos del siglo XVIII la mquina de vapor fue una de las mejores creaciones, pero de primera como no todos la conocan bien la tomaban como una molestia pequea y repugnante y muy ruidosa pero una vez que llego su poca de nacimiento tuvo que quedarse. Todo esto pasaba por la mente de Leonardo Sadi Carnot, el por influencia de su padre, y Tras la guerra con el Reino Unido, Francia tuvo que importar de ese pas la maquinaria de vapor ms avanzada de la poca, lo cual revel a Carnot y el mismo se dio cuenta que su pas estaba atrasado en su desarrollo. En lugar de construir un mquina de vapor mejor, el propuso una teora mejor. La fuerza del vapor ya no era una idea nueva, de la bomba de agua impulsada por vapor de Thomas Savery en 1698, como tambin los otros inventores como Thomas Newcomen y por supuesto James Watt ellos fueron mejorando la mquina de vapor hacindola ms poderosa y ms eficiente. El descubrimiento de James Watt, que fue enfriar el vapor fuera del cilindro principal, utilizando un condensador, as haciendo progresar la era del vapor.pg. 4

Con esta idea Carnot comprendi que la mejor mquina para la naturaleza era una que pudiera trabajar igual de bien en un sentido y en el contrario. En otras palabras una maquina que pudiera tomar vapor a baja temperatura y lo lleve a altas temperaturas.En una maquina ordinaria entra calor a altas temperaturas, se genera trabajo y sale calor a baja temperatura. Carnot imagino una mquina que trabajara en sentido inverso que entre calor a baja temperatura mediante al trabajo ejercido desde afuera y se producira calor a altas temperaturas, bueno si existe uno que trabaja as y se llama frigorfico, que este con la ayuda de un motor extrae calor de donde ya esta frio y lo deposita a temperaturas ms altas en el exterior.Como el segundo principio de la termodinmica es cierto, la mquina de Carnot es la ms eficiente que permite la naturaleza. Sadi Carnot no public nada despus de 1824 y es probable que l mismo creyera haber fracasado. Ese libro, ignorado hasta entonces por la comunidad cientfica de la poca, fue rescatado del olvido por el ingeniero ferroviario mile Clapeyron, que contribuy con su nueva representacin grfica a hacer ms fcil y comprensible la teora de Carnot.Sadi carnot muri en 1832 a los 36 aos, vctima de una epidemia de clera que asol Pars. El no era una persona famosa solo era una persona de gran respeto.

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Marco terico Primera ley de la termodinmica: Ley de la conservacin de la energa. La energa no se crea ni se destruye solo se transforma.Resulta claro que los procesos van en una cierta direccin y no en direccin contraria. La primera ley de la termodinmica no restringe la direccin de un proceso, pero satisfacerla no asegura que en realidad ocurra el proceso. Segunda ley de la termodinmica: La energa de un proceso fluye en una sola direccin la cual posee una calidad y una cantidad determinada.

La segunda ley de la termodinmica Enunciado de Kelvin-Planck: Ninguna maquina trmica puede convertir todo el calor que recibe en trabajo til.

La segunda ley de la termodinmica Enunciado de Clausius: Es imposible construir un dispositivo que opere en un ciclo sin que produzca ningn otro efecto que la transferencia de calor de un cuerpo de menor temperatura a otro de mayor temperatura.

Deposito de energa trmica: En el desarrollo de la segunda ley de la termodinmica es muy conveniente tener un hipottico cuerpo que posea una capacidad de energa trmica relativamente grande, que pueda suministrar o absorber cantidades finitas de calor sin experimentar ningn cambio de temperatura. Tal cuerpo se llama depsito trmico. Importante aclara que un depsito que suministra energa en forma de calor se llama fuente y otro que absorbe energa se llama sumidero.

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Maquinas trmicas: El trabajo se puede convertir en calor de manera directa y por completo, pero convertir el calor en trabajo requiere usar algunos dispositivos especiales. Estos dispositivos son las maquinas trmicas. Caractersticas de estas:1) Reciben calor de una fuente a alta temperatura (petrleo, gasolina)2) Convierten parte de este calor en trabajo.3) Rechazan el calor de desecho hacia un sumidero.4) Operan en un ciclo. Las maquinas trmicas y otros dispositivos cclicos en comn requieren hacia y desde el cual se transfiere calor mientras experimenta un ciclo. Al fluido se le conoce como fluido de trabajo.

Q entrada: Cantidad de calor suministrada al vapor de una caldera desde una fuente de alta temperatura

Q salida: Cantidad de calor rechazada hacia el sumidero de baja temperatura.

W salida: Cantidad de trabajo que entrega el vapor sobre el elemento.

Entropa: es unamagnitud fsicaque, mediante clculo, permite determinar la parte de laenerga que no puede utilizarse para producirtrabajo. Es unafuncin de estadode carcterextensivoy su valor, en unsistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se d de forma natural. La entropa describe loirreversiblede los sistemastermodinmicos.

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Proceso isotrmico: Se denominaproceso isotrmicooproceso isotermoal cambio reversible en unsistema termodinmico.

Proceso Adiabtico: Entermodinmicase designa comoproceso adiabticoa aqul en el cual elsistema(generalmente, unfluidoque realiza untrabajo) no intercambia calorcon su entorno.

Transferencia de calor: Enfsica,la transferencia de calores el paso deenerga trmicadesde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. Proceso reversible: Se denominanprocesos reversiblesa aquellos que hacen evolucionar a unsistema termodinmicodesde un estado deequilibrio1inicial a otro nuevo estado de equilibrio final a travs de infinitos estados de equilibrio.

Proceso Irreversible: Entermodinmica, el concepto deirreversibilidadse aplica a aquellos procesos que, como laentropa, no son reversibles en eltiempo. Desde esta perspectiva termodinmica, todos los procesos naturales son irreversibles

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Principio de CarnotLa segunda ley de la termodinmica restringe la operacin de dispositivos cclicos segn se expresa mediante los enunciados de Kelvin Planck y Clausius. Una maquina trmica no puede operar intercambiando calor con un solo deposito y un refrigerador no puede funcionar sin una entrada neta de energa de una fuente externa.Se pueden obtener valiosas conclusiones a partir de estos enunciados; dos de estas son sobre la eficiencia trmica de maquinas reversibles e irreversibles (es decir reales) y se conocen como principios de Carnot, los cuales se expresan como:1) La eficiencia de una maquina trmica irreversible es siempre menor que la eficiencia de una maquina reversible que opera entre los mismos dos depsitos.2) La eficiencia de las maquinas trmicas reversibles que operan entre los mismos dos depsitos son las mismas.Estos dos enunciados se pueden comprobar mediante la demostracin de que la violacin de cualquiera de estos da como resultado la violacin de la segunda ley de la termodinmica. Para comprobar el primer enunciado considerar dos maquinas trmicas que operan entre los mismos depsitos, una es reversible y la otra irreversible. Despus a cada mquina se le suministra la misma cantidad de calor QH. La cantidad de trabajo producida por la maquina trmica reversible es W (rev), y la que produce la irreversible es W (irrev).Violando el primer principio de Carnot, se supone que la maquina trmica irreversible es ms eficiente que la reversible, por lo tanto entrega ms trabajo que la reversible. Ahora se invierte la maquina trmica reversible y opera como refrigerador, el cual recibir una entrada de trabajo W (r