Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CICLOS DE POTENCIA DE GAS
Ideal
Agua
Horno
175 ˚C
Real
Papa
FIGURA 9-1
La modelación es una herramienta
poderosa de la ingeniería que proporciona
gran perspicacia y simplicidad
a expensas de un poco menos de
precisión.
P
Ciclo real
Ciclo ideal
FIGURA 9-2
El análisis de muchos procesos
complejos puede ser reducido a un
nivel manejable utilizando algunas
idealizaciones.
¡VUELA!
¡HMMM! ¡SI CORTAS
LAS ALAS DE UN
MOSQUITO SE
VUELVE SORDO!
FIGURA 9-3
Debe tenerse cuidado en la interpretación
de los resultados de los ciclos
ideales.
Blondie © Reimpreso con el permiso especial del
King Features Syndicate.
v
9-1 ■ CONSIDERACIONES BÁSICAS PARA EL
ANÁLISIS DE LOS CICLOS DE POTENCIA
La mayor parte de los dispositivos que producen potencia operan en ciclos, y el
estudio de los ciclos de potencia es una parte interesante e importante de la termodinámica.
Los ciclos que se llevan a cabo en los dispositivos reales son difíciles
de analizar debido a la presencia de efectos complicados, como la fricción
y la falta de tiempo suficiente para establecer las condiciones de equilibrio durante
el ciclo. Para que sea factible el estudio analítico de un ciclo es necesario
mantener estas complejidades en un nivel manejable y utilizar algunas idealizaciones
(Fig. 9-1). Cuando al ciclo real se le eliminan todas las irreversibilidades
y complejidades internas, se consigue finalmente un ciclo que se parece en gran
medida al real pero que está formado en su totalidad de procesos internamente
reversibles. Tal ciclo es llamado un ciclo ideal (Fig. 9-2).
Un modelo idealizado simple permite a los ingenieros estudiar los efectos de
los principales parámetros que gobiernan el ciclo, sin detenerse en los detalles.
Los ciclos estudiados en este capítulo se encuentran un poco idealizados, pero
mantienen las características generales de los reales a los cuales representan. Frecuentemente
las conclusiones del análisis de ciclos ideales son aplicables a los
reales, por ejemplo la eficiencia térmica del ciclo de Otto, el ciclo ideal para
los motores de automóvil de encendido por chispa, aumenta con la relación de
compresión. Éste es también el caso para los motores de automóvil reales. Sin
embargo, los valores numéricos obtenidos del análisis de un ciclo ideal no son
necesariamente representativos de los ciclos reales y debe tenerse cuidado en su
interpretación (Fig. 9-3). El análisis simplificado presentado en este capítulo para
diferentes ciclos de potencia de interés práctico también puede servir como punto
de partida para un estudio más profundo.
Las máquinas térmicas se diseñan con el propósito de convertir energía térmica
en trabajo y su desempeño se expresa en términos de la eficiencia térmica
h tér , que es la relación entre el trabajo neto producido por la máquina y la entrada
de calor total:
h tér
W neto
Q entrada
o h tér w neto
q entrada
(9-1)
Recuerde que las máquinas térmicas operadas en un ciclo totalmente reversible,
como el ciclo de Carnot, tienen la eficiencia térmica más alta de todas las
máquinas térmicas que operan entre los mismos niveles de temperatura. Es decir,
nadie puede desarrollar un ciclo más eficiente que el ciclo de Carnot. Entonces
la siguiente pregunta surge inevitablemente: si el ciclo de Carnot es el mejor
ciclo posible, ¿por qué no emplearlo como el ciclo modelo en todas las máquinas
térmicas, en vez de ocuparse de los ciclos denominados ideales? La respuesta
a esta pregunta está relacionada con las máquinas reales. La mayor parte de los
ciclos encontrados en la práctica difieren significativamente del de Carnot, de
ahí que sea inadecuado como un modelo realista. Cada ciclo ideal estudiado en
este capítulo se relaciona con un dispositivo que produce trabajo específico y es
una versión idealizada del ciclo real.
Los ciclos ideales son internamente reversibles, pero, a diferencia del ciclo
de Carnot, no son de manera necesaria externamente reversibles. Esto es, pueden
incluir irreversibilidades externas al sistema como la transferencia de calor
debida a una diferencia finita de temperatura. Entonces, la eficiencia térmica
de un ciclo ideal, en general, es menor que la de un ciclo totalmente reversible
que opera entre los mismos límites de temperatura. Sin embargo, incluso es