Eficiencia termodinámica de una máquina térmica
La-termodinámica-es-una-rama-fundamental-de-la-física-que-impulsa-muchos-de-los-procesos-a-nuestro-alrededor,-desde-motores-de-automóviles-hasta-plantas-de-energía.-Uno-de-los-conceptos-críticos-en-termodinámica-es-la-eficiencia-de-un-motor-de-calor.-Entender-este-concepto-involucra-un-poco-de-matemáticas,-pero-lo-explicaremos-de-manera-directa-y-atractiva. La-eficiencia-termodinámica,-en-el-contexto-de-los-motores-de-calor,-se-refiere-a-la-proporción-del-trabajo-de-salida-del-motor-con-respecto-al-calor-de-entrada.-Esencialmente,-mide-qué-tan-bien-un-motor-convierte-el-calor-generado-(o-absorbido)-en-trabajo-útil. La-fórmula-para-calcular-la-eficiencia-de-un-motor-de-calor-es: Eficiencia-(η): Aquí: Para-expresar-la-eficiencia-como-un-porcentaje,-multiplica-el-resultado-final-por-100. La-fórmula-calcula-cuánto-del-calor-de-entrada-no-se-'desperdicia'-(es-decir,-no-se-expulsa-al-reservorio-frío),-dándonos-la-eficiencia-del-motor.-Es-crucial-usar-Kelvin-para-las-temperaturas-para-asegurar-la-precisión-en-los-resultados. Supongamos-que-tienes-un-motor-de-calor-con-los-siguientes-parámetros: Usando-la-fórmula: η-=-1---(Tc/Th)-=-1---(300/600)-=-1---0.5-=-0.5 Para-convertir-esto-a-porcentaje: Eficiencia-=-0.5-×-100-=-50% Por-lo-tanto,-el-motor-es-50%-eficiente. Más-allá-de-los-libros-de-texto,-este-concepto-tiene-aplicaciones-tangibles.-Por-ejemplo,-los-fabricantes-de-automóviles-se-esfuerzan-por-diseñar-motores-con-alta-eficiencia-termodinámica-para-maximizar-la-economía-de-combustible.-De-manera-similar,-las-plantas-de-energía-usan-motores-de-calor-para-convertir-energía-térmica-en-energía-eléctrica,-buscando-una-mayor-eficiencia-para-producir-más-energía-con-menos-combustible. Un-motor-de-Carnot,-un-motor-de-calor-idealizado,-opera-en-el-ciclo-de-Carnot-y-sirve-como-estándar-para-la-máxima-eficiencia-posible-que-cualquier-motor-puede-alcanzar,-dadas-las-temperaturas-de-los-reservorios-caliente-y-frío. La-eficiencia-de-un-motor-de-Carnot-también-se-da-por-nuestra-fórmula: η-=-1---(Tc/Th) Los-motores-del-mundo-real-no-pueden-alcanzar-la-eficiencia-de-Carnot-debido-a-irreversibilidades-como-fricción,-pérdidas-de-calor-y-otras-ineficiencias.-Por-lo-tanto,-entender-la-eficiencia-termodinámica-ayuda-a-los-ingenieros-a-identificar-y-mitigar-dichas-pérdidas. P:-¿Por-qué-no-podemos-alcanzar-una-eficiencia-del-100%-en-un-motor-de-calor? R:-Alcanzar-una-eficiencia-del-100%-requeriría-que-Tc-sea-cero-absoluto-(0K),-lo-cual-es-prácticamente-imposible-debido-a-la-tercera-ley-de-la-termodinámica. P:-¿Cómo-podemos-mejorar-la-eficiencia-de-los-motores-de-calor? R:-Mejorando-la-aislación,-reduciendo-la-fricción-y-aumentando-las-temperaturas-del-reservorio-caliente-mientras-se-disminuye-la-temperatura-del-reservorio-frío-puede-ayudar. Entender-la-eficiencia-termodinámica-es-vital-para-desarrollar-tecnologías-más-eficientes-y-amigables-con-el-medio ambiente. La búsqueda de una eficiencia óptima impulsa la innovación y el descubrimiento, desde el desarrollo de nuevos materiales hasta los avances en las prácticas de ingeniería.Comprensión-de-la-Eficiencia-Termodinámica-de-un-Motor-de-Calor
¿Qué-es-la-Eficiencia-Termodinámica?
La-Fórmula-de-la-Eficiencia
η-=-1---(Tc/Th)η-es-la-eficiencia-(salida-en-porcentaje-o-en-forma-decimal)Tc-es-la-temperatura-del-reservorio-frío-en-Kelvin-(K)Th-es-la-temperatura-del-reservorio-caliente-en-Kelvin-(K)Desglosando-la-Fórmula
Cálculo-de-Ejemplo
Th-=-600K-(temperatura-de-la-fuente-de-calor)Tc-=-300K-(temperatura-del-sumidero-de-calor)Aplicaciones-en-la-Vida-Real
El-Motor-de-Carnot-Ideal
Limitaciones-en-Motores-del-Mundo-Real
Tabla-de-Datos:-Cálculos-de-Eficiencia
Tc-(K) Th-(K) Eficiencia-(η) 300 600 50% 400 800 50% 450 1200 62.5% Preguntas-Comunes-sobre-la-Eficiencia-Termodinámica
Tags: Física, Ingeniería, termodinámica