7/24/2019 Ventajas de Las Maquinas Termicas

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1. Ventajas de las mquinas trmicas

Con el permiso quiz de la fotovoltaica y la hidroelctrica, (que tambin tienen una componente

trmica ms del !"# de la electricidad del mundo es $enerada a travs de turbinas (de vapor en las

centrales trmicas y nucleares y de $as natural en las de ciclo combinado, que convierten calor en

trabajo.

%ncluso en las centrales nucleares, lo que se aprovecha realmente es s&lo la ener$'a trmica$enerada por la reacci&n en cadena.

or otro lado, si e)ceptuamos el tren elctrico, la mayor parte del transporte mundial por tierra y todo

el transporte mar'timo es movido por motores trmicos de combusti&n.

*+ los aviones -ambin vuelan $racias a turbinas

/. 0l ciclo de Carnot

icolas Carnot propuso a principios del si$lo 2%2 un modelo de mquina trmica basada en el trabajo

realizado por la e)pansi&n de un $as al aumentar su temperatura.

Como veremos, el modelo es lo suficientemente universal para que toda mquina trmica se pueda

comparar con la mquina de Carnot.

0l modelo de mquina trmica de Carnot es un cilindro de $as con un mbolo que trabaja entre una

fuente de calor 31 a temperatura -1 y un sumidero 3/ a temperatura -/4

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0l proceso que propone Carnot para $enerar trabajo a partir del calor es el si$uiente

roceso 54 artimos del cilindro en reposo a temperatura -/. 6o aislamos para que no pueda

intercambiar calor con el e)terior (lo que se conoce como proceso adiabtico y lo comprimimos

reversiblemente (con lo que el $as se calienta hasta que alcanza la temperatura -1. Como no hay

intercambio de calor4

7 85 9 "

roceso :4 8e$uidamente, retiramos el aislamiento y lo ponemos en contacto con la fuente 31.

;ejamos que el $as se e)panda reversiblemente, a temperatura constante -1. 0l $as absorbe un

calor

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Como a lo lar$o del ciclo no hay variaci&n de ener$'a interna ? (el estado inicial y final son e

mismo, aplicamos el primer principio de la termodinmica4 el trabajo realizado es i$ual al calor

intercambiado con el medio (con si$no ne$ativo4

@ 9 7 8; A -/ > 7 8: A -1

Como 8 es una funci&n de estado, s&lo depende del estado inicial y final. 8i llamamos 85, 8:, 8C y

8; a las entrop'as al comienzo de los procesos 5, :, C y ; respectivamente4

7 8; 9 85 B 8;

7 8: 9 8C B 8:

ero4

" 9 7 85 9 8: B 85 de donde 8: 9 85

" 9 7 8C 9 8; B 8C de donde 8; 9 8C

or lo tanto4

7 8; 9 85 B 8;

7 8: 9 8C B 8: 9 8; B 85 9 > 7 8;+4

@ 9 ( 85 B 8; A -/ > ( 8; B 85 A -1

eordenando 4

@ 9 -1 9 ( 85 > 8; A ( -1 B -/ E "

85 E 8; pues se lle$a de ; a 5 absorbiendo calor. or tanto, la mquina realiza un trabajo. 0l

rendimiento de la mquina ser entonces4

endimiento 9 @ =

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3uentes4

http4==es.GiHipedia.or$=GiHi=icolasI6#CJ#5!onardI8adiICarnot

http4==GGG.sc.ehu.es=sbGeb=fisica=estadistica=carnot=carnot.htm

http4==es.GiHipedia.or$=GiHi=K#CJ#51quinaIdeICarnot

/.1. -eoremas de Carnot

6a mquina de Carnot puede funcionar en sentido inverso (ejecutando los procesos en orden

inverso4 ;, C, : y 5.

0n este caso, actLa como una mquina fri$or'fica que absorbe trabajo y traspasa calor del sumidero

3/ a la fuente 31 (al$o que hacen con re$ularidad los refri$eradores de nuestras casas.

8i tenemos otra mquina trmica K que trabaja entre las temperaturas -1 y -/, podemos acoplarla a

una hipottica mquina de Carnot funcionando en sentido inverso como se indica en este esquema4

+ e)traer dos conclusiones, conocidas como teoremas de Carnot4

M K no puede tener un rendimiento superior a C, ya que, en este caso4

@ =

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0stos dos importantes teoremas tienen consecuencias fundamentales4

M 0l rendimiento de una mquina trmica que opera entre dos temperaturas muy pr&)imas

tiende a ", a medida que disminuye la diferencia entre ambas temperaturas.

M 6as mquinas trmicas ms eficientes operan a altas temperaturas, aunque e)isten

limitaciones derivadas de las propiedades de los materiales que las componen.

o or ejemplo, una turbina de vapor t'pica opera a temperaturas de la fuente en torno a O"">P""QC (temperatura por encima de la cual el a$ua comienza a descomponerse en R y S con el

consi$uiente proceso de corrosi&n de los materiales que la componen, obteniendo rendimientos de

hasta el JP#.

o ?na turbina de $as de ciclo combinado puede operar a temperaturas de unos 1.JP" TC a la

salida de los $ases de la cmara de combusti&n y tiene, por tanto, un rendimiento muy superior,

cercano al P"#. 0l l'mite actualmente es la resistencia a soportar esas temperaturas por parte de los

materiales cermicos empleados en el recubrimiento interno de las cmaras de combusti&n de esas

turbinas.

o ?n motor de combusti&n interna (disel o $asolina opera apro)imadamente a unos 1/"QC

obteniendo rendimientos del /P#.

o 6os sistemas de ener$'a basados en e)tracci&n del calor ocenico, tienen rendimientos muypobres, en torno al J#.

5dems, hay que tener en cuenta que una cosa es el rendimiento m)imo te&rico, y otra e

rendimiento real, que habitualmente oscila entre un P"# y un U"# del te&rico, en funci&n del diseo

y los materiales empleados en la mquina.

or ejemplo, para una turbina de vapor, pasar de un rendimiento del W"# a uno del U"# puede

suponer duplicar o incluso triplicar la inversi&n y los costes de mantenimiento.

eferencias4

http4==es.GiHipedia.or$=GiHi=-urbom#CJ#51quina

http4==es.GiHipedia.or$=GiHi=-urbinaIdeIvapor

http4==es.GiHipedia.or$=GiHi=KotorIt#CJ#5!rmico

http4==es.GiHipedia.or$=GiHi=CicloIcombinado