Máquinas y Refrigeradores
térmicos
Ciclos termodinámicos
1. Máquina térmica
Convierte parcialmente calor
en trabajo.
El calor que se extrae del
foco caliente se convierte
en trabajo y calor que se
cede al foco frío.
La sustancia de trabajo
puede ser agua, aire, gasoil,
gasolina..
Foco Caliente
Th
Qh>0
Máquina
Qc<0
Tc
Foco Frío
W>0
1.1 Procesos cíclicos
Pueden funcionar como máquinas térmicas.
Ciclo: el primer estado y el último tienen la
misma temperatura.
U  0
W  Qh  Qc  0
Área positiva encerrada por el ciclo en un
diagrama pV
Ideal
Rendimiento térmico
 
W
Qh

Qh  Qc
Qh

W  Qh
Qh  Qc
Qh
  1
Qc
Qh
2. Ciclo de Carnot
Ciclo de
rendimiento
máximo.
Isoterma  Adiabática Isoterma  Adiabática
2. Ciclo de Carnot (2)
12 Expansión
Isotérmica. T=cte
23 Expansión
Adiabática. Q=0
34 Compresión
Isotérmica. T=cte
41 Compresión
Adiabática. Q=0
P1V1  P2V 2
W 12  Q h  nRT h ln
T1  T 2


P2V 2  P3V 3
 1
T 2V 2
 1
P3V 3  P4V 4
T3  T 4
P4V 4  P1V1
 1
T 4V 4
0
V1
W 23  C v (T 2  T3 )
 T 3V 3

V2
Q 0
W 34  Q c  nRT c ln

 T1V1
V4
V3
W 41  C v (T 4  T1 )
 1
Q 0
0
2. Ciclo de Carnot (3)
Trabajo total
Rendimiento
W  Qh  Qc
  1
Qc
W 23  W 41  0
 1
Qh
Entropía
S  S h  S c  0
Tc
Th
3. Ciclo Diesel
Isobara Q23>0
Adiabática
Adiabática
Q41<0
Isocora
Adiabática  Isobara Adiabática Isócora
3. Ciclo Diesel (2)


12 Compresión P1V1  P2V 2
Adiabática. Q=0
 1
T1V1
W 12  C v (T1  T 2 )
 1
Q 0
 T 2V 2
23 Expansión Isobara. T3V 2  T 2V 3
P=cte
P2  P3
34 Expansión
Adiabática. Q=0


 1
Q 23  C p (T3  T 2 )
W 34  C v (T3  T 4 )
P3V 3  P4V 4
T 3V 3
W 23  P2 (V 3  V 2 )
 1
 T 4V 4
41 Compresión isócora. T 4V1  T 4V1
V=cte
P4  P1
Q 0
W 41  0
Q 41  C v (T1  T 4 )
3. Ciclo Diesel (3)
Grado de compresión
Trabajo total
r 
V2
V1
W  Qh  Qc
Rendimiento
  1
Qc
Qh
Entropía
 1
C v (T1  T 4 )
C p (T 3  T 2 )
 S   S 23   S 41  0
4. Refrigerador térmico
Extrae calor de un foco frío.
El calor se extrae del foco
frío realizando trabajo y se
cede al foco caliente.
La sustancia de refrigeración
puede ser agua, aire, gasoil,
gasolina..
Foco Caliente
Th
Qh<0
Refrigerador
Qc>0
Tc
Foco Frío
W<0
4.1 Procesos cíclicos
Pueden funcionar como refrigeradores
térmicos. Son los mismos ciclos que la
máquina, pero recorridos en sentido contrario.
Ciclo: el primer estado y el último tienen la
misma temperatura.
U  0
W  Qh  Qc  0
Área negativa encerrada por el ciclo en un
diagrama pV
Eficacia térmica
 
Qc
W

Qc
Qh  Qc
 
1
Qh
Qc
1
4.2 Ciclo de Carnot (ref.)
14 Expansión
Adiabática. Q=0

P4V 4  P1V1
 1
T 4V 4

 T1V1
W 14  C v (T1  T 4 )
 1
43 Expansión
P3V 3  P4V 4
Isotérmica. T=cte
T3  T 4
32 Compresión
Adiabática. Q=0
21 Compresión
Isotérmica. T=cte

W 34  Q c  nRT c ln
T 2V 2
 1
 T 3V 3
P1V1  P2V 2
T1  T 2
V3
0
V4
W 32  C v (T3  T 2 )

P2V 2  P3V 3
 1
Q 0
Q 0
W 21  Q h  nRT h ln
V1
V2
0
4.2 Ciclo de Carnot (ref.)
Trabajo total
Eficacia
W  Qh  Qc
 
1
Qh
Qc
Entropía

1
W 23  W 41  0
1
Th
Tc
S  S h  S c  0
1
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