¡Descarga Evolución de la Soldadura: Conceptos Básicos de Máquinas Térmicas y Segunda Ley. y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Mecánica de Materiales solo en Docsity! Evolución Histórica de la Soldadura Jose Miguel Jaimes D. Contenido Maquinas térmicas Motores de combustión interna Refrigeradores Segunda Ley de la Termodinámica Máquina y refrigerador de Carnot Entropía y la segunda ley de la termodinámica 5 / 31 H C Máquinas térmicas Una máquina térmica es cualquier dispositivo que convierte energía calorífica en trabajo mecánico. Las máquinas térmicas utilizan una sustancia de trabajo, por ejemplo, para el caso de los motores de combustión interna Deposito de calor de alta temperatura TH Qentra = QH (como un automóvil) la sustancia de trabajo es una mezcla de aire y combustible, en una máquina de vapor es el agua. Dentro de l máquina la sustancia de Máquina térmica Qsale = QC W = |Q | − |Q | trabajo experimenta entrada y salida de calor, expansión y compresión, y algunas veces puede cambiar de fase. Deposito de calor de baja temperatura TC 6 / 31 H C Calor y trabajo en una máquina térmica Todas las máquinas térmicas absorben calor QH (> 0) de un deposito de calor de alta temperatura TH , realizan un trabajo mecánico W (> 0) y desechan algo de calor Deposito de calor de alta temperatura TH Qentra = QH QC (< 0) en un deposito de calor a temperatura baja TC . En lo que a la máquina concierne, el calor desechado se desperdicia. En los motores de combustión interna, éste es el calor que se elimina en Máquina térmica Qsale = QC W = |Q | − |Q | los gases de escape y en el sistema de enfriamiento. Deposito de calor de baja temperatura TC 7 / 31 Motores de gasolina: Ciclo de Otto El ciclo de Otto es un modelo p idealizado de los procesos termodinámicos en un motor de c Adiabático gasolina. Dicho ciclo consta de Proceso de compresión adiabática a → b Calentamiento a volumen QH constante, proceso b → c Proceso de expansión b W d QC adiabática c → d a Enfriamiento a volumen constante, proceso d → a Adiabático V rV V 10 / 31 r Eficiencia ciclo de Otto Se puede mostrar usando la primera ley de la termodinámica QH = nCv (Tc − Tb ) Qc = nCv (Ta − Td ) Usando la definición de eficiencia de una máquina térmica se tiene para el ciclode Otto e = Tc − Tb Tc + Ta − Tb − Td = 1 − 1 γ − 1 donde r se conoce como razón de compresión; el cual para motores de automóviles modernos suele estar entre 8 y 10. 11 / 31 Motores de Diesel: Ciclo de Diesel El ciclo de Diesel es un modelo idealizado de los procesos termodinámicos en un motor de diesel. Dicho ciclo consta de Proceso de compresión adiabática a → b Calentamiento a presión constante, proceso b → c Proceso de expansión adiabática c → d Enfriamiento a volumen constante, proceso d → a p b QH c Adiabático W Adiabático d a QC V rV V 12 / 31 H C Coeficiente de rendimiento de un refrigerador El coeficiente de rendimiento de un refrigerador es la razón entre el calor QC extraído del interior del refrigerador y eltrab jo aportado W K = |QC| / |W | Aire exterior a temperatura TH cuanto mayor sea K, mejor será el desempeño. Durante el funcionamiento normal de un refrigerador, el aporte de trabajo W es menor que el calor extraído Qsale = QH Refrigerador W = |Q | − |Q | QC , así que K es mayor a 1.Con ayuda de la primera ley de la termodinámica se tiene W = QH − QC lo Qentra = QC que lleva a Interior del refrigerador a |QC | K = . |QH | − |QC | temperatura TC 15 / 31 Contenido Maquinas térmicas Motores de combustión interna Refrigeradores Segunda Ley de la Termodinámica Máquina y refrigerador de Carnot Entropía y la segunda ley de la termodinámica 16 / 31 Segunda Ley de La Termodinámica La segunda ley de la termodinámica indica ciertos procesos no suceden, o que nunca se ha observado que sucedan, aunque sean congruentes con la primera ley. Existen muchos planteamientos equivalentes de la segunda ley, redactados según su aplicación. Entre ellos se encuentran los siguientes El calor fluye espontáneamente de un cuerpo más caliente a uno más frío. En un ciclo térmico, la energía calorífica absorbida no puede transformarse totalmente en trabajo mecánico. Las pruebas experimentales sugieren que es imposible construir una máquina térmica que convierta calor totalmente en trabajo, es decir, una máquina con una eficiencia térmica del 100 %. Es imposible construir una máquina funcional de movimiento perpetuo. Se ha intentado sin éxito construir máquinas así. En general, la segunda ley de la termodinámica es válida para todas las formas de energía. Se le considera cierta porque nadie ha encontrado jamás una excepción a ella. 17 / 31
