¿Qué es la eficiencia térmica?
La eficiencia térmica (\(\eta\)) mide con qué eficacia una máquina térmica convierte la energía térmica (el calor que recibe) en trabajo mecánico útil. Se trata de una relación adimensional que suele expresarse en porcentaje. Ninguna máquina real alcanza el 100 %, porque siempre se cede algo de calor a un foco frío, tal como exige la segunda ley de la termodinámica.
Cómo usar esta calculadora
Introduce el calor de entrada Qin (la energía suministrada a la máquina, por ejemplo al quemar combustible) y el calor cedido Qout (la energía que se pierde hacia el entorno o el foco frío), ambos en julios. La calculadora devuelve la eficiencia como fracción y como porcentaje, junto con el trabajo neto producido.
La fórmula explicada
El trabajo neto es la diferencia entre la energía que entra y la que sale:
$$W_{net} = \text{Q}_{in} - \text{Q}_{out}$$La eficiencia es la fracción del calor de entrada que se transforma en trabajo:
$$\eta = \frac{W_{net}}{\text{Q}_{in}} = 1 - \frac{\text{Q}_{out}}{\text{Q}_{in}}$$Multiplica por 100 para expresarla en porcentaje.
Ejemplo resuelto
Imagina una máquina que absorbe 1000 J de calor y cede 600 J. Entonces
$$W_{net} = 1000 - 600 = 400 \text{ J}$$y
$$\eta = \frac{400}{1000} = 0{,}40$$es decir, un 40 %. Esto significa que el 40 % del calor suministrado se convierte en trabajo útil, mientras que el 60 % restante se cede al entorno.
Preguntas frecuentes
¿Puede la eficiencia superar el 100 %? No. En una máquina real, Qout siempre es mayor que cero, por lo que \(\eta\) siempre es menor que 1 (el 100 %).
¿Qué unidades debo usar? Sirve cualquier unidad de energía coherente (julios, kJ, BTU), siempre que ambos valores se introduzcan en la misma unidad: la eficiencia es adimensional.
¿Cómo se relaciona con la eficiencia de Carnot? La eficiencia de Carnot \(\left(1 - \frac{T_{fr\acute{\imath}o}}{T_{caliente}}\right)\) es el máximo teórico. La eficiencia real que se calcula aquí a partir de los calores medidos siempre es menor o igual que ella.
