Segunda Ley de La Termodinamica (2)

(1)

SEGUNDA LEY DE LA

TERMODINAMICA

(2)



 La primera ley de la termodinámica no aclara la dirección delLa primera ley de la termodinámica no aclara la dirección del

fujo del calor y del

fujo del calor y del trabajo en el proceso de transormación.trabajo en el proceso de transormación. ∗

∗ La segunda ley de la termodinámica se undamenta en losLa segunda ley de la termodinámica se undamenta en los siguientes objetivos:

siguientes objetivos: 

 Estudiar la dirección natural del fujo de calor, de lasEstudiar la dirección natural del fujo de calor, de las

temperaturas altas hacia las temperaturas bajas. temperaturas altas hacia las temperaturas bajas. 

 Aprovechamiento de este fujo de calor para convertirlo enAprovechamiento de este fujo de calor para convertirlo en

trabajo, admitiendo la degradación de la energa !calor" en el trabajo, admitiendo la degradación de la energa !calor" en el proceso. La degradación se mani#esta por la disminución de la proceso. La degradación se mani#esta por la disminución de la capacidad de reali$ar trabajo, debido a las irreversibilidades capacidad de reali$ar trabajo, debido a las irreversibilidades e%istentes en

e%istentes en el proceso termodinámico.el proceso termodinámico.

La ta$a se enra

por si sola, pero no puede

calentarse de un momento a

(3)



 La primera ley de la termodinámica no aclara la dirección delLa primera ley de la termodinámica no aclara la dirección del

fujo del calor y del

fujo del calor y del trabajo en el proceso de transormación.trabajo en el proceso de transormación. ∗

∗ La segunda ley de la termodinámica se undamenta en losLa segunda ley de la termodinámica se undamenta en los siguientes objetivos:

siguientes objetivos: 

 Estudiar la dirección natural del fujo de calor, de lasEstudiar la dirección natural del fujo de calor, de las

temperaturas altas hacia las temperaturas bajas. temperaturas altas hacia las temperaturas bajas. 

 Aprovechamiento de este fujo de calor para convertirlo enAprovechamiento de este fujo de calor para convertirlo en

trabajo, admitiendo la degradación de la energa !calor" en el trabajo, admitiendo la degradación de la energa !calor" en el proceso. La degradación se mani#esta por la disminución de la proceso. La degradación se mani#esta por la disminución de la capacidad de reali$ar trabajo, debido a las irreversibilidades capacidad de reali$ar trabajo, debido a las irreversibilidades e%istentes en

e%istentes en el proceso termodinámico.el proceso termodinámico.

La ta$a se enra

por si sola, pero no puede

calentarse de un momento a

(4)

∗

Enunciado de Kelvin – Planck

Enunciado de Kelvin – Planck .' (Es imposible

.' (Es imposible

construir una má)uina

construir una má)uina t*rmica )ue, operando

t*rmica )ue, operando

continuamente !en un ciclo" transorme

ntegramente el calor )ue recibe de una uente

t*rmica a temperatura uniorme !constante" en

trabajo.

∗

(5)

∗

Axioa de Rudol! Clau"iu"

.' (Es imposible )ue el

calor pase por si s

olo desde una región de menor

temperatura !sumidero

" hacia

otra de mayor

temperatura !uente". Este a%ioma es llamado

tambi*n

(6)



#oco o de%&"i'o '()ico

.'

Es un depósito de granEs un depósito de gran cantidad de masa )ue puede transmitir o, al )ue se puede cantidad de masa )ue puede transmitir o, al )ue se puede transmitir calor sin )ue vare su temperatura por ejemplo: la transmitir calor sin )ue vare su temperatura por ejemplo: la atmósera/ los mares/ el caldero/ cámara rerigerante, )ue se atmósera/ los mares/ el caldero/ cámara rerigerante, )ue se consideran seg0n sus niveles de

consideran seg0n sus niveles de unción.unción.



#uen'e

.'

Es un oco )ue Es un oco )ue transmite calor con la naturalidadtransmite calor con la naturalidad sin la ayuda e%terna

sin la ayuda e%terna

.



Suide)o

.'

Es un oco )ue recibe o absorbe calor, sin laEs un oco )ue recibe o absorbe calor, sin la ayuda e%terna. anto la uente como el sumidero mantienen ayuda e%terna. anto la uente como el sumidero mantienen constantes sus temperaturas durante el proceso

constantes sus temperaturas durante el proceso

.

CONCEPTOS #UNDAMENTALES

(7)

1uente

2umidero 3á)uina t*rmica

 Ma*uina T()ica.' Es un sistema termodinámico dise4ado con la #nalidad de transormar calor en trabajo siguiendo un determinando ciclo termodinámico. Este dispositivo es capa$ de absorber calor de un oco caliente y luego ceder una parte de este calor a un oco ro de tal manera )ue realice un

trabajo.

B A

n Q Q

(8)

∗ E+ciencia de la M,*uina T()ica.'Es una medida de )ue tan e#cientemente una má)uina t*rmica convierte el calor )ue recibe en trabajo. La e#ciencia de una má)uina t*rmica está de#nida por la relación:

∗ +omo la e#ciencia de una má)uina t*rmica debe ser siempre menor )ue la unidad o menor )ue 5667

A B A B A Q Q Q Q Q − = − = 1 η

(9)

∗ 2on los procesos en los cuales se pueden revertir su dirección. Entre ellos se pueden mencionar:

∗ E%pansión o compresión de un gas en orma controlada !muy lenta".

∗ 3ovimiento sin ricción.

∗ 1lujo no viscoso de un fuido.

∗ +ircuitos el*ctricos de resistencia 6 !superconductores"

∗ 8escarga controlada de una pila !lenta"

9;+E2;

E-E2<=LE

(10)

∗La mayora de las irreversibilidades caen dentro de la categora de la e%periencia com0n o sea lo )ue sucede en la vida real, e incluye :

5.1ricción

>.esistencia el*ctrica

?.E%pansión ilimitada o e%pansión libre @.3e$cla de dos sustancias dierentes .8eormación inelástica

B.+orriente viscosa de un fuido C.1ricción 2ólido ' 2ólido

(11)

D.Eectos de hist*resis

∗.;ndas de cho)ue

56. Amortiguación de un sistema vibrante 55. Estrangulamiento en válvulas

5>. ;smosis

5?. 3e$cla de fuidos id*nticos a dierentes presiones y temperaturas 5@.ransmisión de calor a trav*s de una dierencia #nita de temperatura

El calor se ha de#nido como la energa transmitida debida a una dierencia de temperatura

∗5B.3e$cla de dos sustancias dierentes

(12)

∗ es un proceso cclico reversible )ue utili$a un gas perecto, y )ue consta de dos transormaciones isot*rmicas y dos

adiabáticas, y )ue tiene el rendimiento más alto de cual)uier otro ciclo )ue trans#era energa de una uente caliente a una uente ra.

(13)

∗

P)oce"o"/

∗ 123 y 425 son procesos isot*rmicos reversibles.

∗ 324 y 521 son procesos adiabáticos reversibles

∗ llamados tambi*n isoentrópicos.

FG6

(14)

∗

a" (La e#ciencia de una ma)uina de +arnot )eal

!irreversible" es menor )ue la de una má)uina t*rmica

ideal !reversible"/ si ambos uncionan entre los mismos

niveles de temperatura !uente ' sumidero".

TEOREMAS DE CARNOT

2umidero ₌ 1uent e _A : F_A F_A F_A H E-FI₌ FII₌ H_<E -rev irrev η η < →

(15)

∗

2i > o más má)uinas reversibles trabajan entre los

mismos ocos !reservorios"/ dichas má)uinas tienen

la misma e#ciencia

1uente _A 2umidero ₌ F_A F_A F_A F₌ F₌ F₌ H? H> H5 5, > y ? son reversibles,

de tal manera )ue se cumple:

3 2 1 η η

(16)

(17)

E#ICIENCIA DEL CICLO DE CARNOT

Eficiencia Termodinámica de la Máquina de Carnot: Ciclo Positivo

) ( Q Q ) ( Q W Q PdV Q W V istrado min su istrado min su neto th + = + = = =

∫

∑

η

Si el fluido operante es un gas ideal se reduce a lo siguiente:

              + =               +        = <        = + − = >        = + − =        +        = − − +        + − − +        = + + + = − − − − − − − − 1 2 A 3 4 B 1 2 A 3 4 B 1 2 A th 3 4 B ) 4 3 ( V 3 4 4 3 1 2 A ) 2 1 ( V 1 2 2 1 3 4 B 1 2 A neto B A 3 4 B A B 1 2 A neto ) 1 4 ( V ) 4 3 ( V ) 3 2 ( V ) 2 1 ( V neto V V Ln T V V Ln T 1 V V Ln mRT V V Ln mRT V V Ln mRT : Luego 0 V V Ln mRT W U U Q 0 V V Ln mRT W U U Q : Adems V V Ln mRT V V Ln mRT W n 1 ) T T ( mR V V Ln mRT n 1 ) T T ( mR V V Ln mRT W W W W W W η _A B carnot T T − =1 η

(18)

∗

+onclusión: (la e#ciencia de un ciclo

reversible no depende sino de las

temperaturas de los reservorios entre los

cuales trabaja.

ambi*n se puede deducir )ue:

!elación

de Jelvin"

∗

una má)uina t*rmica es irreversible o real

cuando:

(19)

5.

Kna má)uina t*rmica opera entre lmites de temperatura de ?66+ y B6+. 8etermina la e#ciencia t*rmica de la má)uina. 36 Kna central t*rmica produce una potencia de 66 3H y su e#ciencia t*rmica se estima )ue es de ?@7.

a" 8etermina el calor absorbido en 3H por el vapor en la caldera !oco caliente", y el calor comunicado al agua de rerigeración !oco ro"

b" 2i la temperatura de la caldera es de 5566 M y la del ambiente es de 5+, determina la e#ciencia má%ima de la central.

?. Las centrales de energa geot*rmica utili$an uentes subterráneas de agua caliente o vapor para la producción de electricidad. Kna central de este tipo recibe un suministro de agua caliente a 5C5+ y cede energa por transerencia de calor a la atmósera a @,@+. 8etermina el rendimiento t*rmico má%imo del ciclo de potencia desarrollado en dicha central.

(20)

@. Entre los ocos t*rmicos de 5>66 M y ?66 M, se instalan dos má)uinas t*rmicas reversibles, de modo )ue el oco t*rmico com0n recibe D66 JH de calor y cede a la otra má)uina D66 JH de calor. La e#ciencia de la primera má)uina )ue recibe calor a 5>66 M es de @7 y la potencia de la segunda má)uina es de >66 JH.

a" 8etermina la potencia de la primera má)uina

b"8etermina la e#ciencia de la segunda má)uina. Anote una conclusión importante.

. Kna má)uina t*rmica reversible sigue el ciclo de +arnot trabajando entre las temperaturas de >66 M y D66 M. Nalle el trabajo sabiendo )ue e%pulsa 566 Ooules.

B. En el siguiente es)uema se muestra una ma)uina t*rmica/ determine si esta má)uina es reversible o irreversible. FAG5>B O / F=G D?C O 66M ?66M F_A F₌ H

(21)

C.

Kn ciclo de +arnot tiene como sustancia de trabajo o%igeno, el calor suministrado es de B6 =K, la relación de e%pansión isoentrópica es de 5,B . 2i la temperatura del sumidero es 6 P1. 8etermina:

a" E#ciencia

b" El trabajo neto.

+" El calor e%pulsado o recha$ado.

D. Kna má)uina motri$ de +arnot unciona con 6,5?B Mg de aire como sustancia de trabajo. La presión y el volumen al principio de la e%pansión isot*rmica son >,5 39a y ,B litros respectivamente. El aire se comporta como gas ideal. La temperatura del sumidero es de 6P+ y el calor suministrado vale ?> MO.

a" 8etermine la temperatura de la uente. b" 8etermine la e#ciencia del ciclo.

c" La presión al #nali$ar la e%pansión isot*rmica.

. 8os má)uinas reversibles A y = uncionan en serie entre un depósito de

alta temperatura !a" y otra de baja temperatura !b". la má)uina A cede

calor a la má)uina = )ue a su ve$ cede calor al depósito de baja temperatura. El deposito de alta temperatura suministra calor a la

ma)uina A. sean aG5666PM y bG@66PM e iguales las e#ciencias t*rmicas

de las ma)uinas. El calor recibido por A es 66MO. 8etermine: a" Los trabajos eectuados por las ma)uinas A y =.

(22)

56. 8os má)uinas reversibles !5 y >" se conectan en serie entre una uente de calor (N y un cuerpo rio (L como se muestra en la #gura:

2i ₅G>D> + y _>G ' 5 +, además F_AG@?? JO y las má)uinas tienen los mismos rendimientos t*rmicos.

8etermina:

a" La temperatura a la cual el calor es cedido por la má)uina 5 y recibido por la má)uina >.

b" El trabajo H₅ y H_> reali$ado por cada má)uina. c" El calor recha$ado al cuerpo rio.

N _L 5 > 8_A 8 8_. 9 1 9 3 n₁ _n 3

(23)

8c

9n

8!

∗ El propósito de una má)uina +arnot de ciclo inverso consiste en retirar o e%traer cierta cantidad de calor a baja temperatura F1

mediante el suministro de trabajo. Esto da por resultado una cesión de calor a alta temperatura F+. El rendimiento de las

ma)uinas de ciclo inverso se e%presa por el llamado coe+cien'e de !uncionaien'o COP !del ingles (+oeRcient o 9erormance" )ue en este caso sustituye al concepto de e#ciencia.

∗

Ciclo Ca)no' Inve)'ido

:RE#RIGERADOR CARNOT;

RESER-ORIO CALIENTE T_C E2E-;<; 1<; ₁

(24)

5 > @ ? F_ F_c FG6 FG6 cG5G@Gcte _G>G?Gcte

8iagrama 9 S - correspondiente al ciclo de +arnot invertido

9

(25)

-Este ciclo termodinámico inverso presenta e%actamente los mismos procesos )ue el ciclo de +arnot directo

!5'>": e%pansión adiabática reversible !>'?": e%pansión isot*rmica reversible ! "

!?'@": compresión adiabática reversible

!@'5": compresión isot*rmica reversible !c"

E$e%lo/ Kn sistema +arnot de ciclo inverso e%trae @6 666 H de un deposito (rio. La temperatura de este 0ltimo es de >B6 M, y la de un depósito (caliente )ue interviene tambi*n en el sistema es de ?>6 M. 8etermina la potencia re)uerida para la operación del sistema rigor#co.

Soluci&n/

(26)

;tro dispositivo )ue trans#ere calor desde un medio de baja temperatura a otro de alta es la <o<a de calo)6

Los rerigeradores y las bombas de calor operan en el mismo ciclo , pero di#eren en sus objetivos. El propósito de un rerigerador es mantener el espacio rerigerado a una temperatura baja eliminando calor de *ste.

El objetivo de una bomba de calor es mantener un espacio calentado a una temperatura alta )ue se logra absorbiendo calor desde una uente )ue se encuentra a temperatura baja y suministrando *ste calor a un medio de temperatura alta como por ejemplo una casa.

La medida del desempe4o de una bomba de calor tambi*n se e%presa en t*rminos del coefciente de desempeño COP.

∗

(27)

∗

Kna bomba de calor se utili$a para calentar una casa

durante el invierno. La casa se mantiene a >5+ todo

el tiempo y se estima )ue pierde calor a una tasa de

5? 666 JOTh cuando la temperatura e%terior

desciende a '+. 8etermina la potencia mnima

necesaria para impulsar esta bomba de calor

∗

2olución: 

c

G >5+G>@ M , 

f

G' + G >BD M

∗

F

c

G 5? 666 JOTh G ?C, JH

∗

Entonces la entrada de potencia re)uerida para esta

bomba de calor reversible es: G ?,?> MU

∗

(28)

∗

P)o%ue"'o"/

5. 2e necesita un rerigerador )ue opere con el ciclo +arnot para transmitir >66 JOTs de una uente de calor de '?6+ a la atmosera a >5 +. 8etermina la potencia del rerigerador.

>. 2i la e#ciencia t*rmica de una má)uina de +arnot es igual a 5T / calcula el uncionamiento de esta má)uina al operar como rerigerador.

?. 9ara calentar un edi#cio durante el invierno se emplea una bomba t*rmica de +arnot. El aire e%terior se encuentra a 56+ y se desea mantener el interior del edi#cio a >+. 3ediante un análisis previo de transerencia de calor se estima )ue las p*rdidas de calor del edi#cio hacia el e%terior son apro%imadamente 6 666 JcalTh.

a" 8etermina el fujo de calor absorbido por la bomba

(29)

∗

La entropa puede verse como una medida de

desorden molecular, o aleatoriedad molecular

6 ENTROPIA

Sólido Líquido as

(30)

∗

DESIGUALDAD DE CLAUSIUS6

rata sobre la degradación de la energa en todo proceso en t*rminos arti#ciales o naturales del universo, esta se enuncia de la siguiente manera: (La integral cclica de

la relación ó

es siempre menor )ue cero para ciclos irreversibles !reales" y es igual a cero para ciclos reversibles !ideales".

V !9ara ciclos irreversibles" G !9ara ciclos reversibles"

ambi*n: donde

ó son dierenciales e%actas de una cierta unción )ue

se representa con S y llamada por +lausius, ENTROPIA

Entropa !2"

• !unción de estado

• Pro"iedad e#tensiva

(31)

∗ La variación de la entropa de un estado 5 a un estado > a lo largo de una transormación reversible vale:

∗ La entropa espec#ca es : en ∗ DIAGRAMA TEMPERATURA -S ENTROPIA

5 > ? @ _c _ 2₅ 2_>

El área bajo el diagrama '2 representa la transerencia 8e calor durante cual)uier proceso reversible  2 ( ₂ ₁) 2 1 mT s s Q ₋ = −

(32)

∗ Nay > ecuaciones )ue describen el cambio de entropa correspondiente a un gas ideal en un sistema cerrado.

5. >.

∗ La ecuación )ue debe emplearse particularmente será la )ue simpli#)ue más la solución del problema

(33)

∗

CALENTAMIENTO DE UN GAS A PRESI>N

CONSTANTE

PROCESOS ISOTERMICOS

∗

CALENTAMIENTO DE UN GAS A -OLUMEN

CONSTANTE

(34)

∗

8urante un proceso adiabático como el calor no se

suministra ni se recha$a.

, entonces :

∗

Esto muestra )ue no hay cambio en entropa y por lo tanto

se conoce como un proceso isentrópico

PROCESO POLITR>PICO

La e%presión para el Wcambio en entropaX en un proceso

politrópico

es:

por Jg de gas.

∗

(35)

∗

E$e%lo"

:

5

. 2e calienta una masa de ? Jg de aire desde >CP+ a >CP+/ si la presión varia de 566 Mpa a 66 Mpa. 8etermina el cambio de entropa.

>

. Kna masa de > Mg. de un cierto gas se enra de 66P+ a >66P+ a presión constante en un cambiador de calor. 8etermine el cambio de entropa en al caso de a" aire. b" 8ió%ido de carbono. c" Nelio.

?. 2e produce la compresión isoentrópica de un gas. +alcule la relación de temperaturas )ue permite esto si la relación de presiones vale B y el gas es: a" Nelio/ b" Aire/ c" 9ropano.

(36)

+<+L;2 E3;8<YZ3<+;2

+iclos de 9otencia _{erigeración}+iclos de

3á)uinas _{acondicionadores de aire}erigeradores,

o bombas de calor

8ependiendo de la ase del fuido de trabajo +iclos de

gas

+iclos de vapor

(37)

+iclos termodinámicos

+iclos cerrados

+iclos abiertos

(38)

∗ 2eg0n se suministre calor al fuido de trabajo las má)uinas t*rmicas se clasi#can como:

3á)uinas de +ombustión interna:  3otor de automóvil, etc. 3á)uinas de +ombustión e%terna  +entrales el*ctricas de vapor

(39)

∗ La má)uina reciprocante es básicamente un dispositivo de cilindro'*mbolo simple ha probado ser muy versátil y abarcar un amplio rango de aplicaciones. Es la uente de poder de la vasta mayora de automóviles, camiones, pe)ue4os aviones, barcos y generadores de energa el*ctrica, y de muchos otros dispositivos.

∗ Co%onen'e" <,"ico" de una ,*uina )eci%)ocan'e/

Pun'o ue)'o "u%e)io)6 :PMS;6 La posición del *mbolo cuando se orma el menor

volumen en el cilindro.

Pun'o ue)'o in!e)io)6 :PMI;6 La posición del *mbolo cuando se orma el volumen más grande en el cilindro

Ca))e)a. Es la distancia entre el 932 y 93< )ue el *mbolo puede recorrer.

Cali<)e6 8iámetro del pistón.

-,lvula de adi"i&n6 9or donde ingresa al +ilindro el aire o me$cla aire'combustible -,lvula de e"ca%e6 9or donde se e%pele Los productos de combustión.

-oluen de e"%acio li<)e6 -olumen mnimo ormado cuando el *mbolo está en el 932

-oluen de de"%la@aien'o6 -olumen despla$ado por el *mbolo cuando se mueve entre el 932 y 93<

Relaci&n de co%)e"i&n. Es la relación entre el má%imo volumen ormado en el cilindro y el volumen

ALGUNAS CONSIDERACIONES DE LAS

(40)

P)e"i&n edia e!ec'iva6:PME;6 Es una presión #cticia, )ue si actuara sobre el *mbolo durante toda la carrera de potencia, producira la misma cantidad de trabajo neto )ue el producido durante el ciclo real , es decir: H neto G 93E % área del *mbolo % carrera G 93E % volumen de despla$amiento

∗ Las má)uinas reciprocantes se clasi#can como ,*uina" de encendido %o) ci"%a :ECB; o ,*uina" de encendido %o) co%)e"i&n :ECOM; seg0n como se inicie el proceso de combustión en el cilindro . En las má)uinas E+N, la combustión de la me$cla de aire y combustible se inicia con una chispa en la buja, mientras )ue en las E+;3 la me$cla de aire y combustible se autoenciende como resultado de comprimirla arriba de su temperatura de autoencendido. Los ciclos ideales más importantes para las ma)uinas E+N y E+;3 son los ciclos de Otto y Diesel respectivamente .

PMS PMI mín máx V V V V r = =

(41)

∗ 3uchas de las má)uinas t*rmicas )ue se construyen en la actualidad !motores de camiones, coches, ma)uinaria, etc" están provistas de un motor denominado o'o) de cua')o 'ie%o". El ciclo )ue describe el fuido de trabajo de dichas má)uinas se denomina ciclo de ;;, inventado a #nales del siglo [<[ por el ingeniero alemán del mismo nombre.

∗ En el ciclo de O''o, el fuido de trabajo es una me$cla de aire y gasolina, la combustión de la me$cla aire'combustible se inicia con una chispa en la buja.

∗ 3á)uinas de combustión interna de @ tiempos 6'5: Admisión de la me$cla a 9 G cte

5'>: +ompresión isoentrópica

>'?: <gnición y combustión !adición de calor a v G cte" ?'@: E%pansión isoentrópica

@'5: echa$o de calor a v G cte !escape de gases" ∗

(42)

(43)

E#ICIENCIA TERMICA DEL CICLO DE OTTO

La absorción de calor tiene lugar en la etapa 34 y la cesión en la 51, por lo )ue :

2uponiendo )ue la me$cla de aire y gasolina se comporta como un gas ideal, los calores )ue aparecen el la ecuación anterior vienen dados por:

∗ ya )ue ambas transormaciones son isócoras. 2ustituyendo en la e%presión del rendimiento:

(44)

Las transormaciones 13 y 45 son adiabáticas, por lo )ue:

puesto )ue V _> G V _? y V _@ G V _{5 y} estando

La relación entre vol0menes V ₅TV _> se denomina )elaci&n de

(45)

∗

2ustituyendo en la e%presión del rendimiento se

obtiene:

El rendimiento e%presado en unción de la relación de compresión es

+uanto mayor sea la relación de compresión, mayor será el rendimiento del ciclo de ;tto.

(46)

CICLO DIESEL

∗ Aplicaciones: ∗ 2 ransporte vehicular. 2 9ropulsión fuvial 2 9ropulsión naval. 2 +entrales *rmicas

.

'

E)uipo minero

(47)

∗ 3otor a cuatro tiempos:

 5er iempo: A83<2<\Y

2ólo entra aire !no e%iste carburador"

 >do iempo: +;39E2<\Y

Eleva la temperatura a una mayor )ue la de la combustión del combustible. Yo e%iste buja.

 ?er iempo: <Y]E++<\Y 8E +;3=K2<=LE

+ombustión.

 @to iempo: E[9KL2<\Y ; E2+A9E.

Eliminan gases del cilindro.

El uncionamiento es similar al ciclo ;tto, solamente cambia en la ase de la inyección del combustible. Ahora será un proceso

(48)

5 > ? @ )_entrada 9G constante -Gcte )_salida  s 8iagrama 9'- 8iagrama ' s

2e observa )ue el ciclo 8iesel se ejecuta en un dispositivo de pistón y cilindro, )ue orma un sistema cerrado, entonces la cantidad de calor a4adida al fuido de trabajo a presión constante y recha$ada por *ste a volumen constante puede e%presarse como:

(49)

Entonces, la e#ciencia t*rmica de un ciclo 8iesel ideal bajo las suposiciones de aire rio estándar es :

Ahora se puede de#nir una nueva cantidad, la )elaci&n de co)'e de adi"i&n r _{c ,})ue es la relación de los vol0menes del cilindro

antes y despu*s del proceso de combustión:

( ) ( ) ( ( 1) 1 ( 1 1 1 2 3 2 1 ) 1 2 3 1 ) * − − − = − − − = − = = T T kT T T T T T k T T q q q w entrada salida entrada neto Diesel ter η 2 3 2 3 v v V V r _c = =

(50)

∗ +uando se usa esta de#nición y las relaciones del gas ideal isentrópicas para los procesos 5'> y ?'@ , la relación de la e#ciencia t*rmica se reduce a :

∗ +omo los motores 8iesel operan con relaciones de compresión mucho mas altas , suelen ser más e#cientes )ue los de encendido por chispa !gasolina"

8onde r es la relación de compresión de#nida por la ecuación 2 1 2 1 min ma# v v V V V V r = = =