Técnicas del automóvil motores

El fluido operante produce trabajo cuando se expansiona después de haber recibido cierta cantidad de calor. Al objeto de que este trabajo sea producido de un modo constante, el calor debe ser introducido de una manera continua. En los motores térmicos, una vez realizado el trabajo, se descarga el fluido al exterior, siendo sustituido por una nueva carga de gas, que se lleva al estado inicial del ciclo, lo cual solamente puede ser realizado a condición de gastar cier­ to trabajo en otras transformaciones. Para obtener trabajo útil en esta sucesión de transformacio­ nes, es necesario que el trabajo gastado en llevar el fluido a su estado inicial, sea inferior al rea­ lizado por el fluido durante la transformación. Si el ciclo térmico representado en el diagrama p-v de la Figura 1.13 es recorrido en el senti­ do de las agujas del reloj (sentido directo), el gas efectúa un trabajo. En caso contrario, el gas absorbe trabajo. El área limitada por las líneas correspondientes a cada transformación represen­ ta el trabajo realizado por el fluido. 1. 7 ENTROPIA Analicemos la siguiente experiencia. En la cámara A (Fig. 1.14) se encuentra comprimido un gas perfecto, que se deja expansionar hacia otra cámara B en la que se ha hecho el vacío. Ambos recipientes se encuentran sumergidos en un contenedor lleno de agua, cuyas paredes son aislan­ tes para el calor. En esta expansión, el gas no realiza trabajo externo al aumentar de volumen, y experimentalmente se comprueba que la temperatura del agua no varía durante la expansión, lo que prueba que el gas no intercambia calor con el agua, lo que supone que la energía interna del gas se mantiene constante. U j - U\ = O, ya que Q = IV = O^ Uj = U\. Figura 1.14 Si las vasijas ^ y fi se sumergen en recipientes separados, el continente de A experimenta un descenso de temperatura debido a la expansión, mientras el correspondiente a B se calienta en virtud de la compresión; pero como los dos efectos se compensan, puede afirmarse que la energ­ ía interna del gas, en conjunto, no cambia, por lo que puede decirse que “en una expansión iso­ terma sin trabajo externo, la energía interna no varía”. Esta ley sólo es rigurosamente cierta para los gases ideales, puesto que en los reales, una expansión aún sin trabajo externo, va acompaña­ da de un cambio de temperatura. La expansión libre de un gas perfecto, como la detallada en la experiencia de la figura, es un modelo clásico de proceso irreversible (no hay variación de temperatura ni de energía interna) y el gas posee el mismo contenido energético antes y después de la expansión; sin embargo, cuando se desea devolver al gas a su estado inicial, debe realizarse un cierto trabajo contra el mismo para rechazarlo hacia la vasija A, y es por esto, que puede decirse que en virtud de la expansión, el gas ha experimentado cierta degradación termodinámica, o lo que es igual, ha perdido parte de su capacidad de producir trabajo, a pesar de que su energía interna no ha variado. En todos los procesos irreversibles hay degradación termodinámica. Cuando pasa calor di­ rectamente de un sistema a otro de menor temperatura, se origina una generación de energía no disponible y, por tanto, una irreversibilidad térmica. Efectivamente, una vez que el calor pasó del sistema de mayor temperatura al de menor, ya no puede retomar otra vez al primer sistema. Con ello se ha perdido la oportunidad de obtener trabajo de dicho calor en un motor