Caso extremo de ciclo Diesel
De Laplace
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1 Enunciado
Una máquina térmica funciona funciona con aire (gas ideal) según el siguiente proceso:
- El gas contenido en una cámara se comprime adiabáticamente de forma reversible desde un volumen máximo VA hasta un volumen VB, siendo la razón de compresión r = VA / VB.
- A partir de ahí, el gas se pone en contacto con un foco térmico y se calienta a presión constante hasta un estado C, cuyo volumen es igual al inicial.
- Acto seguido, el gas se enfría a volumen constante hasta que la temperatura retorna a su valor inicial.
- Halle el calor absorbido y cedido por el gas durante el ciclo, así como el trabajo realizado sobre el sistema. Demuestre que el rendimiento de este ciclo es igual a
- Para el caso concreto de aire con
, 
, 
y r = 3, ¿cuánto valen las temperaturas y presiones en B y C? ¿Y el calor absorbido, el cedido y el trabajo realizado? ¿Y el rendimiento? - Supongamos que el calentamiento se produce a base de poner en contacto el gas con un foco a temperatura constante TC, y el enfriamiento mediante el contacto con el ambiente a TA. ¿Cuánto vale la variación de entropía en el sistema y en el universo en cada paso? ¿Cuál es la variación neta de entropía del universo?
- ¿Cuánto vale el trabajo perdido en este ciclo si lo comparamos con el máximo posible para el mismo calor absorbido con las temperaturas de trabajo TA y TC?
2 Calor, trabajo y rendimiento
2.1 Calor absorbido
De los tres procesos que tienen lugar en el ciclo en uno de ellos, la compresión adiabática, no se intercambia calor; en otro, el calentamiento isóbara, el sistema absorbe calor, y en el tercero, el enfriamiento isócoro, el sistema cede calor.
Al ser el proceso de calentamiento uno a presión constante entre las temperaturas TB y TC, el calor absorbido es
3 Calor cedido
El calor se cede en un proceso a volumen constante, entre las temperaturas TC y TA, por lo que vale
puesto que TA < TC, este calor es negativo, como corresponde a que este calor slae del sistema hacia el ambiente.
3.1 Trabajo
Podemos calcular el valor neto del trabajo realizado sobre el sistema empleando el Primer Principio de la termodinámica, ya que en un proceso cíclico la energía interna al final es la misma que al principio
