Rendiment tèrmic

El rendiment tèrmic o eficiència d'una màquina tèrmica és un coeficient o ràtio adimensional calculat com el cocient de l'energia produïda (en un cicle de funcionament) i l'energia suministrada a la màquina (per a que conseguixca completar el cicle termodinàmic). Es designa en la lletra grega η_ter:

Erro al crear miniatura:

L'energia produïda o energia eixida del sistema (I_sal) és sempre menor que l'energia suministrada o energia entrada al sistema (I_ent).

Depenent del tipo de màquina tèrmica, la transferència d'estes energies es realisarà en forma de calor, Q, o de treball, W.

Història

En 1824, el físic francés Sadi Carnot va derivar l'eficiència tèrmica per a una màquina tèrmica ideal com una funció de la temperatura dels seus focs fret i calent:

a on

T_{H}

és la temperatura del foc calent;

T_{C}

és la temperatura del foc fret.

L'equació demostra que s'obtenen majors nivells d'eficiència en un major gradient de temperatura entre els decorreguts calents i fredor. En la pràctica, quant més calenta el decorregut, major serà l'eficiència del motor.

Càlcul del rendiment per a les distintes màquines tèrmiques

El motor tèrmic rep una calor, $Q_{c}$ , d'un foc o font calenta, efectua un treball, W, i deu cedir calor, $Q_{f}$ , a un foc fret. Per a que l'energia es conserve deu complir-se que $Q_{c} = W + Q_{f}$ . El rendiment és per lo tant:

$η = \frac{W}{Q_{c}} = \frac{Q_{c} - Q_{f}}{Q_{c}} = 1 - \frac{Q_{f}}{Q_{c}}$

a on es complix que 0<η<1.

La bomba tèrmica o de calor és capaç de transferir una energia calorífica, $Q_{c}$ , a un foc calent des d'una font freda de la que absorbix una calor, $Q_{f}$ , si es realisa un determinat treball, W, sobre la màquina. Este procés és just l'opost al realisat pel motor tèrmic, és per això que també deu complir-se la relació $Q_{c} = W + Q_{f}$ . El rendiment és:

$η = \frac{Q_{c}}{W} = \frac{Q_{c}}{Q_{c} - Q_{f}}$

i es té que η>1.

El refrigerador funciona exactament igual que la bomba tèrmica pero com l'interés d'esta màquina és gelar, la transferència d'energia desijada és $Q_{f}$ i el rendiment queda com:

$η = \frac{Q_{f}}{W} = \frac{Q_{f}}{Q_{c} - Q_{f}}$

a on ara η>0.

Referències

Este artícul conté una traducció derivada de «Rendimiento térmico» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.