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 ηter:
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:
donde es la temperatura del foco caliente; 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, , de un foco o fuente caliente, efectúa un trabajo, W, y debe ceder calor, , a un foco frío. Para que la energía se conserve debe cumplirse que . 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, , a un foco caliente desde una fuente fría de la que absorbe un calor, , 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 . 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 y el rendimiento queda como:
donde ahora η>0.
Véase también
Rendimiento (física) Motor térmico Eficacia energética
Categoría:Magnitudes termodinámicas