MOTOR TÉRMICO COMO REFRIGERADOR

El frigorífico es un motor térmico que funciona como refrigerador. El trabajo neto que realiza en este proceso la sustancia sobre los pistones para pasar de un lugar a otro vendrá dado como el trabajo para mover el pistón hacia la derecha, hacia afuera y el que realiza al obligar a que se mueva el pistón de la izquierda. (Experimento del tapón poroso)

T=F·e=p·S·e=p·V

p1 es la presión myor (a la izquierda); presión elevada
v1= del fluido a alta presión
p2 es la presión al otro lado y es menos que p1
v2 es el volumen del fluido a baja presión

Wneto=Wfinal-Winicial
W inicial=p1 (Vfinal-V1)=p1·(0-V1)=-p1V1
Wfinal=p2·(V2-V1)=P2·(V2-0)=p2V2
Wneto=p2V2+p1v1

Es un proceso adiabático, es decir, el calor es igual a cero.
Ateniendonos al primer principio de la termodinámica y al sistema de signos de la IUPAC:
AU=W (proceso adiabático Q=0)
U2-U1=-p2v2+p1v1
U2+p2v2=U1+p1v1
H1=H2 (entalpías)
Esto es una muestra que la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma.
A los términos H1 y H2 se les llama entalpía y significa que la cantidad de energía en el fluido permanece constante.

MÁQUINA TÉRMICA COMO REFRIGERADOR:

El frigorifico o nevera enfría su interior mediante un sistema de refrigeración, basado en un compresor y un gas refrigerante que generalmente es el Freón, un compuesto de carbono, fluor y cloro (CF2Cl2)
Este proceso se logra evaporando y condensando continuamente el gas refrigerante que recorre un circuito de tubos. Así, cuando el gas se evapora, absorve calor, y al condensarse lo libera.

FUNCIONAMIENTO:

El refrigerante (Frehón) a baja presión es comprimido por medio del compresor hasta unas 10 atmósferas (1atm = 1kg/m(3)), y su temperatura aumenta entre 100 y 120 ºC. Este gas caliente pasa por un sistema de tubos, que están en la parte trasera del frigorífico y que forman una figura parecida a la de un serpentín. A este sistema de tubos se le denomina CONDENSADOR, porque es el lugar donde el refrigerante se licúa, al estar en contacto con el aire circundante de la cocina, es decir, que el aire circundante actúa de refrigerador, condensando el refrigerante y liberando calor.
El gas caliente libera calor y se convierte en líquido a alta presión. Este gas condensado pasa por un estrechamiento llamado válvula de estrangulación o de expansión y que hace que la presión disminuya).
Al salir ese líquido de la zona de estrechamiento se evapora dentro del tubo (evaporador) por encontrar más espacio y tener presiones más bajas. Durante la evaporación, las moléculas de vapor necesitan energía para moverse o expandirse y a la vez abandonar el líquido. Esta energía (calor) es arrancada del propia líquido de los alimentos que se encuentren en esa zona, por ello el refrigerante se enfría y enfría las paredes del evaporador, haciendo que su temperatura disminuya entre -15 y -20 ºC.
Posteriormente, el gas expandido pasa al compresor y se vuelve a repetir el ciclo.

DEMOSTRACIÓN DE LA EFICIENCIA:

- Se le aplica un trabajo al gas(COMPRESOR).
- El gas absorbe calor del foco frío(Qc).
- Se cede calor al foco caliente(Qh).

Ateniéndonos al 1º Principio de la Termodinámica (AU = Q + W)y al ser un proceso cíclico----- AU = 0.
Q = /Qc/ + /Qh/; Aplicamos el sistema de signos de la IUPAC.
Q = -Qh + Qc;
W = -Q; W = -(-Qh + Qc); W = Qh – Qc.
Lo que nos interesa y aprovechamos es Qc
W/Qc = Qh – Qc / Qc; Qc / W = Qc / Qh – Qc
Si el ciclo es reversible se cumple que esto anterior es igual a Tc / Th-Tc.
Por lo cual, E = Qc/W = Qc / Qh-Qc = Tc / Th-Tc
La eficiencia significa que extraemos tantas veces mayor trabajo que el aplicado en el compresor. La eficiencia siempre es mayor o igual que 1.