Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Depósito de alta temperatura
a T H = 1 000 K
FIGURA 6-47
Ninguna máquina térmica puede tener
una eficiencia mayor que una máquina
térmica reversible operando entre los
mismos depósitos a temperaturas alta y
baja.
MT rev.
η ter = 70%
MT irrev.
η ter = 45%
Depósito de baja temperatura
a T L = 300 K
MT
imposible
η ter = 80%
La eficiencia máxima de una central eléctrica a vapor que opera entre T H
1.000 K y T L 300 K es 70 por ciento, como se determina a partir de la
ecuación 6-18. Comparada con este valor, una eficiencia real de 40 por ciento
al parecer no es tan mala, aun cuando sea posible mejorarla.
De la ecuación 6-18 resulta obvio que la eficiencia de una máquina térmica
de Carnot se incrementa cuando T H aumenta o cuando T L disminuye. Esto
era de esperarse porque cuando T L disminuye pasa lo mismo con la cantidad
de calor rechazado, mientras que cuando T L se aproxima a cero la eficiencia
del ciclo de Carnot tiende a la unidad. Esto es aplicable también para máquinas
térmicas reales. La eficiencia térmica de las máquinas térmicas reales se
puede maximizar al suministrar calor hacia la máquina a la temperatura
máxima posible (limitada por la resistencia del material) y al rechazar calor
de la máquina a la menor temperatura posible (limitada por la temperatura
del medio de enfriamiento, como ríos, lagos o la atmósfera).
EJEMPLO 6-5 Análisis de una máquina térmica de Carnot
Depósito de alta temperatura
a T H = 652 °C
MT de
Carnot
Q H = 500 kJ
Q L
Depósito de baja temperatura
a T L = 30 °C
FIGURA 6-48
Esquema para el ejemplo 6-5.
W neto,salida
Una máquina térmica de Carnot, como la mostrada en la figura 6-48, recibe
500 kJ de calor por ciclo desde una fuente de alta temperatura a 652 °C y
rechaza calor hacia un sumidero de baja temperatura a 30 °C. Determine a) la
eficiencia térmica de esta máquina de Carnot y b) la cantidad de calor rechazada
por ciclo hacia el sumidero.
Solución Se conoce el calor suministrado a una máquina térmica de Carnot.
Se determinará la eficiencia térmica y el calor rechazado.
Análisis a) La máquina térmica de Carnot es una máquina térmica reversible,
por lo tanto su eficiencia se determina a partir de la ecuación 6-18 como
h ter, C h ter,rev 1 T L
T H
1
130 273 2 K
1652 273 2 K 0.672
Es decir, esta máquina térmica de Carnot convierte en trabajo 67.2 por ciento
del calor que recibe.
b) La cantidad de calor Q L que rechaza esta máquina térmica reversible se
determina fácilmente de la ecuación 6-16 como
T L 30 273 K
Q L,rev Q
T H,rev 500 kJ 164 kJ
H 652 273 K
Comentario Observe que durante cada ciclo esta máquina térmica de Carnot
rechaza 164 kJ de los 500 kJ que recibe hacia un sumidero de baja temperatura.