Semana 09 Sesión 3

Maquinas de calor y refrigeradores

Máquinas de calor: Ciclo de Otto, ciclo Diesel. Refrigeradores. Práctica dirigida.

UPC Física 2

Logro de la sesión

Al término de la sesión el alumno

Explica qué es una máquina térmica y cómo se calcula su eficiencia y el rendimiento de refrigeradores.Realiza cálculos que implican el ciclo de Carnot idealizado para motores y refrigeradores.

10/03/2012 FISICA 22

Agenda de la sesión de clases Máquinas de calor.

Ciclo de Otto

Ciclo de Diesel

Refrigeradores

Refrigerador de Carnot

Práctica dirigida

Cierre.

28/04/2023 Los profesores 3

Física 4

Máquinas térmicasSon dispositivos que transforman el calor de una fuente determinada en trabajo, arrojando calor residual a una fuente más fría.La sustancia de trabajo, a través de un proceso cíclico, experimenta entrada y salida de calor. La diferencia neta de los calores de entrada y salida representa el trabajo total realizado por el sistema.En un proceso cíclico, el cambio en la energía interna es cero.

El calor absorbido es positivo y el cedido es negativo.El calor neto en un ciclo es:

C

F

C

F

W2 1 0U U Q W Q W

c F c FW Q Q Q Q Q

28/04/2023 L. Arrascue / L. Reyes 5

Motores de combustión internaCiclo de motor de combustión interna de cuatro tiempos: (a) carrera de admisión, (b) carrera de compresión, (c) Encendido, (d) Carrera de potencia, (e) carrera de escape.

28/04/2023 L. Arrascue / L. Reyes 6

Ciclo de Otto

( )c V a dQ nC T T

La eficiencia del motor se mide por:

( )h V c bQ nC T T

h c

h

Q QeQ

1 2ComoV rV

1 1( )a bT rV T V 1 1( )d cT rV TV

1

11er

28/04/2023 L. Arrascue / L. Reyes 7

C

F

Se caracteriza porque el calor entra a presión constante y sale a volumen constante. El ciclo consta también de cuatro procesos:

–A-B: Carrera de compresión (compresión adiabática) –B-C: Encendido de combustible (calentamiento a presión constante) –C-D: Carrera de potencia (expansión adiabática) –D-A: Expulsión de calor al entorno (enfriamiento a volumen constante)

Ciclo Diesel

28/04/2023 L. Arrascue / L. Reyes 8

RefrigeradorEs una máquina térmica que extrae calor del reservorio frío y lo vierte en el reservorio caliente. Para ello es necesario hacer trabajo.

Coeficiente de rendimiento de un refrigerador

Cuanto mayor sea K, mejor será el refrigerador.

Nota: El principio operativo del refrigerador, acondicionador de aire y las bombas térmicas es el contrario de una máquina térmica.

FC

FF

QQQ

WQ

k

Depósito frío a Tf

Motor

Deposito caliente a Tc

Qc

Qc

W

28/04/2023 L. Arrascue / L. Reyes 9

Refrigerador de Carnot

Coeficiente de rendimiento de un refrigerador

FQkW

F F

C F C F

Q TkQ Q T T

28/04/2023 L. Arrascue / L. Reyes 10

Recomendaciones

Revisar los temas del libro Sears, páginas 680-682, 684-688.Resolver los ejercicios: 20.9-20.23, página 703-704. Resolver los problemas: 20.37, 20.38, 20.39, 20.41, 20.42, 20.47, 20.49, página 705-707.

28/04/2023 L. Arrascue / L. Reyes 11

Fin de la presentación