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416 Capítulo 20 Termodinámica

Solución: La eficiencia ideal es
^ent - Tsal _ 500 K - 400 K
e = = 0.200
r ent 500 K
Por consiguiente, la eficiencia ideal es de 20%. Ahora, por definición, la eficiencia es la
razón W /Q , de modo que se determina que
W ,
e = — = 0.200 o WsaI = (0.200)(900 J) = 180 J
G e nt
Con base en la primera ley de la termodinámica, el trabajo neto ha de ser igual al intercam­
bio neto de calor

W » L = 2 e o t “ G s a , O ~ W (a]
Qsal = 9 0 0 J - 180 J y O al = 720 J
Se observa que una máquina ideal con una eficiencia de 20% toma 900 J de energía, realiza
180 J de trabajo y libera 720 J al medio.

Máquinas de combustión interna

Un motor de combustión interna genera el calor de entrada dentro de la máquina misma. La
máquina más común de este tipo es el motor de gasolina de cuatro tiempos, en el cual la mez­
cla de gasolina y aire se inflama por medio de una bujía en cada cilindro. La energía térmica
liberada se convierte en trabajo útil debido a la presión que ejercen los gases que se dilatan
sobre el pistón. El proceso de cuatro tiempos se muestra en la figura 20.13. Durante la carre­
ra de admisión (figura 20.13a) una mezcla de aire y vapor de gasolina entra en el cilindro a
través de la válvula de admisión. Ambas válvulas se cierran durante la carrera de compresión
(figura 20.13b) y el pistón se mueve hacia arriba causando una elevación en la presión. Justo
antes de que el pistón llegue al extremo superior, se lleva a cabo el encendido de la mezcla, lo
que origina un cambio abrupto tanto en la temperatura como en la presión. En la carrera de
trabajo (figura 20-13c) la fuerza de los gases que se expanden impulsa al pistón hacia abajo,
con lo que se realiza trabajo externo. Durante la carrera de expulsión (figura 20-13d) se ex­
pulsan los gases quemados fuera del cilindro a través de la válvula de escape. Nuevamente se
repite todo el ciclo mientras se siga suministrando combustible al cilindro.
El ciclo ideal que usa un ingeniero para perfeccionar un motor de gasolina se muestra en
la figura 20-14. Se conoce como ciclo de Otto en honor a su inventor. La fase de compresión
se representa con la curva ab. La presión aumenta adiabáticamente a medida que el volumen

(d)
Figura 20.13 El motor de gasolina de cuatro tiempos: (a) can-era de admisión, (b) carrera de compresión,
(c) carrera de trabajo y (d) carrera de expulsión.