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INTRODUCCIÓN TEÓRICA
Una máquina térmica es un dispositivo que produce trabajo a partir de calor. Algunos ejemplos
de máquinas térmicas son: las máquinas de vapor, motores de gasolina y motores diesel.
Las máquinas de vapor usan agua, mientras que los motores diesel y a gasolina usan una mezcla
de combustible y aire.
La figura 6.1 muestra un esquema de una máquina térmica que trabaja entre un foco caliente
a temperatura T C y un foco frío a temperatura TF. En un ciclo, se extrae calor Q C del foco
caliente; parte de este calor se convierte en trabajo, W, y el calor restante, QF, es cedido al
foco frío. Consideraremos al calor que absorbe la máquina positivo, es decir, +|Q C| y al calor
que es cedido como -|Q F|. En un ciclo completo la energía interna de la sustancia de trabajo
(agua o aire y gasolina, por ejemplo) no cambia. De acuerdo con la Primera Ley, ΔU = Q
- W = 0, el trabajo neto hecho por la máquina en un ciclo es igual al flujo entrante neto.
Máquina
La eficiencia térmica e de la máquina térmica se define como el trabajo producido dividido
entre el calor introducido.
donde se ha usado la expresión 6.1. Un 100 por ciento de eficiencia, es decir, ε = 1 sólo se
obtendría si Q F = 0. En este caso, todo el calor absorbido sería convertido en trabajo. Sin embargo,
esto no es posible y la eficiencia aún de una máquina ideal es menor a 100 por ciento. Una
máquina de gasolina tiene una eficiencia de 20 por ciento mientras que una de diesel tiene
una eficiencia de alrededor de 50 por ciento.
EXPLICACIÓN DE LA BOMBA DE VAPOR
W = Q − Q
T F
W QF
ε = = 1 −
QC
QC
C
T C
En la bomba de vapor de la actividad experimental del mismo nombre, el depósito caliente
está constituido por el mechero, que provee de la energía calorífica. El agua del matraz superior
se convierte en vapor con lo que el calor neto absorbido se puede calcular a través de
Q C
Figura 6.1 Esquema de una máquina térmica
Q F
Q = mcΔT + mH v
F
46
W
(6.1)