Un modelo termodinámico de tiempos finitos de las posibles futuras temperaturas de la superficie terrestre

Abstract

RESUMEN:

La termodinámica de tiempos finitos (TTF) inició con el trabajo publicado por Curzon y Ahlborn en 1975 al modelar un ciclo Carnot con transferencia finita de calor entre los almacenes térmicos y la sustancia de trabajo bajo un régimen de operación de máxima potencia. Posteriormente, la TTF se ha desarrollado tomando en cuenta otros regímenes de operación como eficiencia, potencia, función ecológica y otros más. Los modelos desarrollados con la TTF proporcionan cotas de operación más realistas de los convertidores de energía del mundo real. En 1989 Gordon y Zarmi (GZ) propusieron un modelo de convección atmosférica, para calcular la temperatura de la capa más baja de la atmósfera de la Tierra y un límite superior de la potencia media de los vientos. El modelo de GZ está constituido por una celda de convección, un ciclo de Carnot endorreversible y dos reservorios térmicos externos a la sustancia de trabajo (aire). Este tipo de modelos GZ fueron usados para proponer una posible solución de la llamada paradoja del joven y débil Sol, que fue propuesta inicialmente por Carl Sagan y George Mullen en 1972. En la presente tesis se aplica el modelo de GZ y el modelo de Gough de la evolución de la constante solar para estudiar los posibles escenarios futuros de la temperatura del planeta Tierra usando diferentes funciones objetivo como la potencia máxima, la potencia eficiente y la función ecológica.

ABSTRACT:

The finite time thermodynamics (FTT) began with the work published by Curzon and Ahlborn in 1975 by modeling a Carnot cycle with finite heat transfer between the heat reservoir and the working substance under a maxium power operating regime. Subsequently, the FTT has been developed taking into account other operating regimes such as eficiency power, ecological function and others. Models developed with FTT provide more realistic operating levels of real-world power converters. In 1989 Gordon and Zarmi (GZ) proposed an atmospheric convection model, to calculate the temperature of the lowest layer of the Earth's atmosphere and an upper limit of the average wind power. The GZ model consists of a convection cell, an endreversible Carnot cycle and two thermal reservoirs external to the working substance (air). These types of GZ models were used to propose a possible solution to the so-called paradox of the young and weak Sun, which was initially proposed by Carl Sagan and George Mullen in 1972. In this thesis the GZ model and the Gough model are applied of the evolution of the solar constant to study the possible future scenarios of the planet Earth's temperature using diferent objective functions such as maximum power, eficient power and ecological function.