Termodinámica
Ciencia que estudia todas las propiedades de la materia que se ven afectadas por el calor y la temperatura. Estudia el proceso de transformación de calor en trabajo y viceversa.
Sistemas Termodinámicos
Cantidad de materia que tiene una frontera, la cual puede ser permeable al calor (frontera diatérmica). Tipos de sistemas termodinámicos:
- Homogéneos: Aquellos cuya composición interna es uniforme.
- Heterogéneos: Aquellos cuya composición interna no es uniforme.
- Cerrados: Permiten el cambio de energía con el exterior.
- Abiertos: Permiten el cambio de materia y energía.
- Aislados: No se intercambia ni materia ni energía.
Estado de un Sistema
Situación del sistema descrito por los valores que adquieren sus propiedades.
- Propiedades microscópicas: Aquellas relacionadas con el comportamiento de las partículas individuales del sistema.
- Propiedades macroscópicas: Aquellas que reflejan el comportamiento global de todas las partículas.
Función de Estado
Cuando las variables tienen un valor definido para cada estado del sistema sin depender de los procesos que haya experimentado para alcanzar ese estado. Estas solo dependen del estado final e inicial del sistema, pero no de los procesos intermedios para pasar de un estado a otro.
Primer Principio de la Termodinámica
Principio 0: Dice que si dos sistemas A y B están separadamente en equilibrio con un tercer sistema C, entonces A y B están en equilibrio entre sí. El equilibrio termodinámico se da cuando cambian las variables termodinámicas que definen el sistema.
Procesos reversibles: Aquellos que, invirtiendo las condiciones del sistema, el proceso vuelve a su estado original.
Ciclo termodinámico: Un sistema describe un ciclo termodinámico cuando, por un proceso o varios, vuelve a su estado inicial. El ciclo directo sigue las agujas del reloj y el inverso al contrario.
El principio de la termodinámica es un caso particular de la conservación de la energía y, según Rudolf JE, dice que, en un sistema totalmente aislado, la suma de todas las formas de energía permanece constante de forma que la disminución de una de ellas debe ir acompañada de un aumento equivalente de otra forma cualquiera.
En un ciclo, la AU es 0 porque volvemos al punto inicial. Si el ciclo es directo, el calor es positivo, el sistema absorbe calor y realiza trabajo de expansión. Si el ciclo es inverso es al revés, el sistema cede calor.
Segundo Principio de la Termodinámica
De acuerdo con el primer principio, nada impide que todo el calor suministrado en una máquina se transforme en trabajo al 100%. La experiencia nos dice que es imposible, por lo tanto, hay que complementar el primer principio con un segundo.
- Según Rudolf JE: No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor a cierta temperatura y la absorción de una cantidad igual de calor por una fuente de temperatura más elevada.
- Según Kelvin: No es posible ningún proceso cíclico cuyo único resultado sea extraer calor de una única fuente produciendo una cantidad equivalente de trabajo.
- Según Oswald: El motor perpetuo de segunda especie no existe.
- Según Carnot: Una transformación cíclica de un sistema que intercambia calor con un solo foco térmico no puede producir trabajo.
Desorden
Es la evolución de un sistema. Todos los procesos espontáneos solo son posibles en un único sentido y van hacia el sentido que implica mayor desorden.
Entropía
Es una variable. El grado de desorden de un sistema se puede definir por la entropía (S). Es una función de estado cuyas variaciones en realidad solo se pueden medir en los procesos reversibles. Cuando los procesos reversibles se verifican a temperatura constante, se demuestra que la variación de la entropía es igual al calor/temperatura. Según Clausius, la variación de la entropía en un proceso reversible absorbe 1J a 1 Kelvin. La entropía es una variable que reduce el rendimiento de las máquinas. Es como una flecha indicadora de tiempo. Según Carnot, como consecuencia del 2º principio, el calor siempre pasa de un sistema de más temperatura a uno de menos.
Ciclo de Carnot
Ciclo reversible compuesto por dos curvas. El trabajo neto es positivo y corresponde al área.
- Proceso 2-3: Expansión isotérmica.
- Proceso 3-4: Expansión adiabática-isoentrópica.
- Proceso 4-1: Compresión isotérmica.
- Proceso 1-2: Compresión adiabática-isoentrópica.
Principios de la Sobrealimentación
Alimentación de carga fresca en el cilindro del motor a una presión superior a la atmosférica por medio de un compresor que aumenta la presión y, con ello, la masa de aire o mezcla introducida en el cilindro. Se emplea sobre todo en motores diésel. Es el medio más eficaz de aumentar la potencia sin aumentar las dimensiones de los motores significativamente. Mejora el rendimiento térmico del motor si se aprovechan los gases de escape para accionar el compresor.
Medios para Accionar el Compresor
- Compresor Roots: Accionamiento mecánico desde la correa de la distribución. Mejora la potencia, pero no el rendimiento.
- Accionamiento eléctrico. Turbocompresor: Accionamiento mediante turbina de gas aprovechando la energía de salida de los gases de la combustión. Se llama Ciclo Regenerativo con Turbina de Gas.
- Accionamiento por distintas combinaciones de los anteriores.
Un motor atmosférico de 400 Kw sobrealimentado puede aumentar su potencia hasta 750 Kw.