Banco de preguntas: Termodinámica: Máquinas Térmicas

Un ingeniero ha desarrollado una máquina térmica para ser utilizada en una planta que utiliza energía solar. La máquina opera en base al ciclo de Carnot y tiene una temperatura caliente de 900K y una temperatura fría de 300K en el depósito de calor. a) Calcule la eficiencia teórica máxima de esta máquina térmica utilizando la fórmula del ciclo de Carnot. b) Suponiendo que la máquina absorba 4000 J de energía térmica del depósito caliente en cada ciclo, determine la cantidad de trabajo realizado en cada ciclo. c) Evalúe si esta máquina es ventajosa en términos de sostenibilidad y eficiencia energética, teniendo en cuenta las fuentes de energía actualmente utilizadas.

Las máquinas térmicas son equipos fundamentales para la producción de energía eléctrica, ya que logran convertir calor en trabajo mecánico con gran eficiencia. Existen varios tipos de estos dispositivos, pero las principales clasificaciones son aquellas que operan con ciclos abiertos, cerrados o mixtos. ¿Cuál de estas opciones describe correctamente lo que son los ciclos abiertos?

Una máquina térmica opera en un ciclo que consiste en dos procesos isobáricos y dos procesos adiabáticos, como se muestra en el diagrama T-S para un gas ideal. En el punto A, el gas está a 300 K y 1 atmósfera, y en el punto B, el gas está a 500 K. Considerando que la máquina recibe 15.000 J de calor en cada uno de los procesos isobáricos y que el trabajo neto realizado por el gas en un ciclo es de 9.000 J. Con base en estos datos, calcula el calor rechazado por el gas al ambiente en los procesos adiabáticos, sabiendo que el calor rechazado es igual al calor recibido en los procesos isobáricos menos el trabajo neto del ciclo. Además, determina la eficiencia de la máquina térmica, que se calcula como la razón entre el trabajo neto realizado y el calor recibido. Considera que el gas ideal sigue la ecuación PV = nRT, donde P es la presión, V es el volumen, n es la cantidad de sustancia, R es la constante de los gases ideales y T es la temperatura en kelvin. La constante R es 8,31 J/(mol·K) para el gas ideal y la máquina opera con un mol de gas ideal.

En una fábrica, un ingeniero diseña una máquina térmica para ahorrar energía y contribuir a la sostenibilidad de la empresa. La máquina opera en un ciclo de Carnot entre dos temperaturas, T1 = 600 K y T2 = 300 K. Utilizando estos datos, ¿cuál es la eficiencia máxima posible de esta máquina térmica?