- ¿Hasta que punto es posible sustituir en la actualidad las máquinas termicas
por otras que funcionen con otras energias?
Respuestas a la pregunta
Respuesta:
hasta la existencia del proyecto demostrativo
Respuesta:
¿Hasta que punto es posible sustituir en la actualidad las máquinas termicas
El primer principio de la termodinámica establece que en todo sistema físico y para todo proceso
Q + W = \Delta E\,
siendo Q y W respectivamente el calor y el trabajo que entran en el sistema por su frontera y E la energía total del sistema, que incluye potencial, cinética y todo el resto que englobamos en el concepto de energía interna.
Un proceso cíclico es uno en el que el estado final es el mismo que el inicial, o que se repite periódicamente. Los procesos cíclicos son la base de todas las máquinas y motores, que operan de forma periódica. En un proceso cíclico la energía total al final del proceso es la misma que al principio, por tratarse de una función de estado. Por tanto
\Delta E = 0\qquad\Rightarrow\qquad Q + W = 0
Si desglosamos el calor y el trabajo entre lo que entra y lo que sale
Q = Q_\mathrm{in,neto}= Q_\mathrm{in}-Q_\mathrm{out}\qquad\qquad W = W_\mathrm{in,neto}= W_\mathrm{in}-W_\mathrm{out}
nos queda
Q_\mathrm{in}+W_\mathrm{in} = Q_\mathrm{out}+W_\mathrm{out}\,
lo que nos dice que en un proceso cíclico lo que entra es igual a lo que sale.
No todos los términos son no nulos en todas las ocasiones.
En un motor eléctrico ideal, por ejemplo, en el sistema (el motor) entra trabajo eléctrico y sale trabajo mecánico, sin que haya calor implicado.
Archivo:motor-electrico-ideal.png
En un motor real, la situación anterior no es posible. Siempre hay factores que disipan energía en forma de calor como las resistencias eléctricas y el rozamiento. Esto provoca que no salga tanto trabajo como el que entra, y una parte se escapa en forma de calor disipado al ambiente. Para que fluya calor desde el sistema al ambiente, éste debe estar a una temperatura más baja que el sistema (lo que es lo habitual, ya que en los motores se alcanzan altas temperaturas). Por ello, el calor desechado va al “foco frío”.
Archivo:motor-electrico-02.jpg Archivo:motor-electrico-real.png
Definimos entonces el rendimiento o eficiencia de una máquina, de manera general, como
\eta = \frac{\mbox{lo que uno saca}}{\mbox{lo que le cuesta}}
que, en el caso de un motor eléctrico real sería
\eta = \frac{W_\mathrm{out}}{W_\mathrm{in}}
En una estufa de resistencia, en cambio, todo el trabajo que entra sale en forma de calor.