Termodinámica endoreversible - Endoreversible thermodynamics

Termodinámica
El motor térmico clásico de Carnot
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Propiedades materiales Bases de datos de propiedades Capacidad calorífica específica   ${\ Displaystyle c =}$ ${\ Displaystyle T}$ ${\ Displaystyle \ parcial S}$ ${\ Displaystyle N}$ ${\ Displaystyle \ parcial T}$ Compresibilidad   ${\ Displaystyle \ beta = -}$ ${\ Displaystyle 1}$ ${\ Displaystyle \ V parcial}$ ${\ Displaystyle V}$ ${\ Displaystyle \ parcial p}$ Expansión térmica   ${\ Displaystyle \ alpha =}$ ${\ Displaystyle 1}$ ${\ Displaystyle \ V parcial}$ ${\ Displaystyle V}$ ${\ Displaystyle \ parcial T}$
Ecuaciones Teorema de carnot Teorema de clausius Relación fundamental Ley de los gases ideales Relaciones de Maxwell Onsager relaciones recíprocas Ecuaciones de Bridgman Tabla de ecuaciones termodinámicas
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La termodinámica endoreversible es un subconjunto de la termodinámica irreversible cuyo objetivo es hacer suposiciones más realistas sobre la transferencia de calor que las que se hacen típicamente en la termodinámica reversible . Proporciona un límite superior en la energía que puede derivarse de un proceso real que es más bajo que el predicho por Carnot para un ciclo de Carnot , y acomoda la destrucción de la exergía que ocurre cuando el calor se transfiere irreversiblemente.

La termodinámica endoreversible fue descubierta en el trabajo simultáneo de Novikov y Chambadal, aunque a veces se atribuye erróneamente a Curzon & Ahlborn.

Motor Novikov

Motor Novikov que muestra una transferencia de calor irreversible entre T_H y T_iH, acoplado a un ciclo de Carnot que opera entre T_iH y T_C.

Se puede demostrar que una ecuación para la eficiencia de un motor térmico semi-ideal que opera a la máxima potencia de salida en la que la transferencia de calor es irreversible pero otros componentes son ideales tiene la siguiente forma, que es la eficiencia de Chambadal-Novikov :

${\ Displaystyle \ eta = 1 - {\ sqrt {\ frac {T_ {L}} {T_ {H}}}}}$

En el límite de una potencia de salida infinitesimalmente pequeña, se recupera el resultado estándar de Carnot para la eficiencia. Para algunos ciclos típicos, la ecuación anterior (tenga en cuenta que se deben usar temperaturas absolutas ) da los siguientes resultados:

Planta de energía	${\ Displaystyle T_ {L}}$ (° C)	${\ Displaystyle T_ {H}}$ (° C)	${\ Displaystyle \ eta}$ (Carnot)	${\ Displaystyle \ eta}$ (Endoreversible)	${\ Displaystyle \ eta}$ (Observado)
Central eléctrica de carbón de West Thurrock ( Reino Unido )	25	565	0,64	0,40	0,36
Central nuclear CANDU ( Canadá )	25	300	0,48	0,28	0,30
Planta de energía geotérmica de Larderello ( Italia )	80	250	0,33	0,178	0,16

Como se muestra, la eficiencia endorreversible modela mucho más de cerca los datos observados. Sin embargo, un motor de este tipo viola el principio de Carnot, que establece que se puede trabajar en cualquier momento en que haya una diferencia de temperatura. El hecho de que los depósitos de agua caliente y fría no estén a la misma temperatura que el fluido de trabajo con el que están en contacto significa que el trabajo puede y se hace en los depósitos de agua caliente y fría. El resultado equivale a acoplar las partes de alta y baja temperatura del ciclo, de modo que el ciclo colapsa. En el ciclo de Carnot existe una estricta necesidad de que el fluido de trabajo esté a las mismas temperaturas que los depósitos de calor con los que están en contacto y que estén separados por transformaciones adiabáticas que eviten el contacto térmico. La eficiencia fue derivada por primera vez por William Thomson en su estudio de un cuerpo calentado de manera desigual en el que se eliminan las particiones adiabáticas entre cuerpos a diferentes temperaturas y se realiza el trabajo máximo. Es bien sabido que la temperatura final es la temperatura media geométrica, de modo que la eficiencia es la eficiencia de Carnot para un motor que trabaja entre y . ${\ Displaystyle {\ sqrt {T_ {H} T_ {L}}}}$${\ Displaystyle T_ {H}}$${\ Displaystyle {\ sqrt {T_ {H} T_ {L}}}}$

Debido a la confusión ocasional sobre los orígenes de la ecuación anterior, a veces se la denomina eficiencia Chambadal-Novikov-Curzon-Ahlborn .

Ver también

En la tesis de Katharina Wagner se ofrece una introducción a la termodinámica endorreversible. También es introducido por Hoffman et al. En el libro de Hans Ulrich Fuchs se ofrece una discusión exhaustiva del concepto, junto con muchas aplicaciones en ingeniería.

Referencias