Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 6
Para suministrar energía a esta tasa, la máquina debe quemar combustible a
una tasa de
# 689 270 Bt u >h
m 36.3 lbm/h
19 000 Bt u >lb m
ya que se liberan 19 000 Btu de energía térmica por cada lbm de combustible
quemado.
Comentario Si se pudiera duplicar la eficiencia térmica del automóvil, la tasa
de consumo de combustible se reduciría a la mitad.
La segunda ley de la termodinámica:
enunciado de Kelvin-Planck
Respecto a la máquina térmica mostrada en la figura 6-15 se demostró que
incluso bajo condiciones ideales una máquina de este tipo debe rechazar algo
de calor hacia un depósito que se encuentra a baja temperatura con la finalidad
de completar el ciclo. Es decir, ninguna máquina térmica puede convertir
todo el calor que recibe en trabajo útil. Esta limitación de la eficiencia térmica
de las máquinas térmicas forma la base para el enunciado de Kelvin-Planck de
la segunda ley de la termodinámica, que se expresa como sigue:
Es imposible que un dispositivo que opera en un ciclo reciba calor de un solo
depósito y produzca una cantidad neta de trabajo.
Es decir, una máquina térmica debe intercambiar calor con un sumidero de baja
temperatura así como con una fuente de temperatura alta para seguir funcionando.
El enunciado de Kelvin-Planck se puede expresar también como: ninguna
máquina térmica puede tener una eficiencia térmica de 100 por ciento
(Fig. 6-18), o bien: para que una central eléctrica opere, el fluido de trabajo
debe intercambiar calor con el ambiente, así como con el horno.
Observe que la imposibilidad de tener una máquina térmica con 100 por
ciento de eficiencia no se debe a la fricción o a otros efectos de disipación, es
una limitación que se aplica a las máquinas térmicas ideales y reales. Después
en este capítulo, se desarrolla una relación para la eficiencia térmica máxima de
una máquina térmica. Asimismo, se demuestra que este valor máximo depende
sólo de la temperatura del depósito.
Depósito de energía térmica
Máquina
Térmica
·
Q H = 100 kW
·
W neto,salida = 100 kW
·
Q L = 0
FIGURA 6-18
Ésta es una máquina térmica que viola
el enunciado de Kelvin-Planck de la
segunda ley.
6-4 ■ REFRIGERADORES Y BOMBAS DE CALOR
Se sabe por experiencia que el calor se transfiere en la dirección de temperatura
decreciente, es decir, desde medios a temperatura alta hacia los de temperatura
baja. Este proceso de transferencia de calor ocurre en la naturaleza sin
requerir ningún dispositivo. Sin embargo, el proceso inverso no puede ocurrir
por sí mismo. La transferencia de calor de un medio que se encuentra a baja
temperatura hacia otro de temperatura alta requiere dispositivos especiales llamados
refrigeradores.
Los refrigeradores, como las bombas de calor, son dispositivos cíclicos.
El fluido de trabajo utilizado en el ciclo de refrigeración se denomina refrigerante.
El ciclo de refrigeración que se utiliza con mayor frecuencia es el
ciclo de refrigeración por compresión por vapor, en el que intervienen cuatro
componentes principales: un compresor, un condensador, una válvula de
expansión y un evaporador, como se ilustra en la figura 6-19.