Ciclo del Motor Térmico

Un motor térmico usa típicamente energía proporcionada en forma de calor para hacer trabajo, y luego expulsa el calor que no se pudo usar. La termodinámica es el estudio de las relaciones entre calor y trabajo. La primera ley y la segunda ley de la termodinámica, restringen la operación de un motor térmico. La primera ley es la aplicación de la conservación de la energía al sistema y la segunda establece los límites de la posible eficiencia de la máquina y determina la dirección del flujo de la energía.

Análisis de un Ciclo Simple Los motores térmicos se ilustran típicamente sobre un diagrama PV

Los motores térmicos, tales como los motores de automóviles operan de una manera cíclica, añadiendo energía en forma de calor en una parte del ciclo, y usando esa energía para realizar trabajo útil en otra parte del ciclo.

Diagramas PV

Los diagramas de presión-volumen, son las herramientas de visualización primarias en el estudio de los motores térmicos. Puesto que los motores normalmente usan un gas como sustancia de trabajo, la ley de gas ideal relaciona el diagrama PV con la temperatura, de modo que se pueden rastrear a través del ciclo del motor, las tres variables de estado esenciales del gas. Como el trabajo se realiza solamente cuando cambia el volumen del gas, el diagrama nos da una interpretación visual del trabajo realizado. Como la energía interna de un gas ideal, depende de su temperatura, el diagrama PV junto con las temperaturas calculadas de la ley de gas ideal, determinan los cambios en la energía interna del gas, de modo que la cantidad de calor añadido se puede evaluar de la primera ley de la termodinámica. En resumen, el diagrama PV proporciona el marco para el análisis de cualquier máquina térmica, que utilice un gas como sustancia de trabajo.

En un proceso cíclico del motor térmico, el diagrama PV será un bucle cerrado. El área dentro del bucle es una representación de la cantidad de trabajo realizado durante el ciclo. Se puede obtener una idea sobre la eficiencia relativa de un ciclo de motor, comparando su diagrama PV con el del ciclo de Carnot, que es la mas eficiente clase de ciclo de motor térmico

Motores Térmicos

Un motor térmico usa típicamente energía proporcionada en forma de calor, para hacer trabajo, y luego expulsa el calor que no se pudo usar. La termodinámica es el estudio de las relaciones entre calor y trabajo. La primera ley y la segunda ley de la termodinámica, restringen la operación de un motor térmico. La primera ley es la aplicación de la conservación de la energía al sistema, y la segunda establece los límites de la posible eficiencia de la máquina, y determina la dirección del flujo de la energía.

Los motores térmicos en general, se pueden describir por el modelo de reservas (izquierda) o por el diagrama PV (derecha)

Modelo Reservas de Energía

Una de las formas generales para ilustrar un motor térmico es el modelo de reservas de energía. El motor toma la energía de un foco caliente y usa parte de ella para hacer trabajo, pero se ve limitado por la segunda ley de la termodinámica a verter parte de la energía hacia un foco frío. En el caso del motor del automóvil, la reserva o foco caliente es la quema de combustible y el foco o reserva fría es el entorno o ambiente, donde se expulsan los humos del escape (los productos de la combustión).

La expresión de eficiencia dada es una forma general, pero la máxima eficiencia está limitada a la del ciclo de Carnot. Esta limitación se llama a menudo, cuello de botella térmico.

Otra forma de caracterizar los motores térmicos es por medio del Diagrama PV