Rendimiento térmico

La energía producida o energía salida del sistema (E_sal) es siempre menor que la energía suministrada o energía entrada al sistema (E_ent).

El rendimiento térmico o eficiencia de una máquina térmica es un coeficiente o ratio adimensional calculado como el cociente de la energía producida (en un ciclo de funcionamiento) y la energía suministrada a la máquina (para que logre completar el ciclo termodinámico). Se designa con la letra griega η_ter: Plantilla:Ecuación Dependiendo del tipo de máquina térmica, la transferencia de estas energías se realizará en forma de calor, Q, o de trabajo, W.

Historia

En 1824, el físico francés Sadi Carnot derivó la eficiencia térmica para una máquina térmica ideal como una función de la temperatura de sus focos frío y caliente: Plantilla:Ecuación donde

$T_H$ es la temperatura del foco caliente;

$T_C$ es la temperatura del foco frío.

La ecuación demuestra que se obtienen mayores niveles de eficiencia con un mayor gradiente de temperatura entre los fluidos calientes y fríos. En la práctica, cuanto más caliente el fluido, mayor será la eficiencia del motor.

Cálculo del rendimiento para las distintas máquinas térmicas

• El motor térmico recibe un calor, $Q_c$, de un foco o fuente caliente, efectúa un trabajo, W, y debe ceder calor, $Q_f$, a un foco frío. Para que la energía se conserve debe cumplirse que $Q_c=W+Q_f$. El rendimiento es por lo tanto:

donde se cumple que 0<η<1.

• La bomba térmica o de calor es capaz de transferir una energía calorífica, $Q_c$, a un foco caliente desde una fuente fría de la que absorbe un calor, $Q_f$, si se realiza un determinado trabajo, W, sobre la máquina. Este proceso es justo el opuesto al realizado por el motor térmico, es por ello que también debe cumplirse la relación $Q_c=W+Q_f$. El rendimiento es:

y se tiene que η>1.

• El refrigerador funciona exactamente igual que la bomba térmica pero como el interés de ésta máquina es enfriar, la transferencia de energía deseada es $Q_f$ y el rendimiento queda como:

donde ahora η>0.

Véase también

• Rendimiento (física)
• Motor térmico
• Eficacia energética