Maquinas termicas

Primera ley de la termodinámicaArtículo principal: PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICATambién conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica — en realidad el primer principio dice más que una ley de conservación—, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:Eentra − Esale = ΔEsistema

Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma:ΔU = Q − WDonde U es la energía interna del sistema (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema.

LEYES DE LA TERMODINAMICA

Segunda ley de la termodinámicaEsta ley arrebata la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, la segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el Primer Principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía, de tal manera que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.La aplicación más conocida es la de las máquinas térmicas, que obtienen trabajo mecánico mediante aporte de calor de una fuente o foco caliente, para ceder parte de este calor a la fuente o foco o sumidero frío. La diferencia entre los dos calores tiene su equivalente en el trabajo mecánico obtenido.Existen numerosos enunciados equivalentes para definir este principio, destacándose el de Clausius y el de Kelvin.Enunciado de ClausiusEn palabras de Sears es: "No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor de un recipiente a una cierta temperatura y la absorción de una cantidad igual de calor por un recipiente a temperatura más elevada". Enunciado de KelvinNo existe ningún dispositivo que, operando por ciclos, absorba calor de una única fuente (E. absorbida), y lo convierta íntegramente en trabajo (E. útil).

ENTROPÍA: (simbolizada como S) es la magnitud física que mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo.

Se denomina Máquina térmica a aquel sistema y/o mecanismo que realiza un ciclo convirtiendo el calor en trabajo.

La Máquina térmica no debe sufrir ninguna variación permanente, después de su utilización debe quedar como al inicio.

El proceso a partir del cual se produce el trabajo se llama ciclo. El ciclo de una máquina térmica es siempre un ciclo cerrado.

En general la máquina absorberá o perderá calor durante los diversas etapas del ciclo

de trabajo.

¿QUE SON LAS MAQUINAS TERMICAS?

Su inventor fue Herón siglo I D.C,pero no pudo ser empleada con fines prácticos para la producción de grandes cantidades de energía mecánica.

La primera máquina térmica

Las primeras máquinas térmicas de vapor inventadas en el siglo XVIII, eran muy rudimentarias y tenían un rendimiento muy bajo; es decir, consumían una gran cantidad de combustible para producir un trabajo relativamente pequeño.

HISTORIA DE LAS MAQUINAS TERMICAS

1769: J. Watt inventa la máquina de vapor.• 1816: R. Stirling inventa el motor de aire caliente.• 1839: J. Ericsson desarrolla varios modelos de motores de aire caliente• 1876: N. Otto desarrolla el motor de combustión interna (agasolina)• 1883: C. Laval desarrolla las turbinas de vapor• 1892: R. Diesel inventa el motor a compresión (Diesel)• 1930: F. Whittle inventa la turbina a gas para aviones• 1944: En Alemania se desarrollan los motores para cohetes(von Braun)

EXISTEN TRES TIPOS DE MAQUINAS TERMICASDe combustión externa: el combustible se quema fuera del motor. Ejemplo: una máquina de vapor.

De combustión interna: el combustible se quema dentro de la máquina. Ejemplo: motor de un coche.

De reaccion : estas usan el principio de accion y de reaccion. Ejemplo: motor de avion.

¿CUANTOS TIPOS DE MAQUINAS TERMICAS

EXISTEN?

Combustión internaEl motor de cuatro tiempos: es el más usado y se usa en la mayoría de los coches. Para que un motor genere energía necesita combustible y aire (el oxígeno es un gas necesario para producir la combustión). Se llama de cuatro tiempos porque tiene cuatro fases:

1 Admisión 2 Compresión 3 Explosión 4 Escape

1.Admisión: La válvula de admisión se abre, baja el pistón haciendo el vacío en el cilindro y entra aire y combustible.

2.Compresión: Se cierran las válvulas y el pistón sube comprimiendo la mezcla (gasolina y aire). La primera vez que sube el pistón lo hace gracias al motor de arranque, que es eléctrico. Después se mueve por los gases producto de la combustión.

3.Explosión: La mezcla comprimida explota, por la chispa de la bujía. Los gases muy calientes se expanden y bajan el pistón.

4. Escape: Se abre la válvula de escape y se expulsan los gases de la combustión, al subir el pistón, por esa válvula. Los gases pasan al tubo de escape que los expulsa al exterior.

El motor de dos tiempos: motor más sencillo, que se usa mucho en las motos, cortadores de césped, etc. Realiza el mismo ciclo que el motor de cuatro tiempos pero en sólo dos fases.

2. Escape-Admisión: Con el pistón abajo, los gases de la combustión escapan por la lumbrera, y a la vez entra la mezcla de aire y gasolina por otra lumbrera. Vuelve a repetirse el ciclo.

1.Compresión-Explosión: Pistón sube y comprime la mezcla. Arriba se enciende la bujía provocando la explosión de la mezcla. Los gases muy calientes se expanden y bajan el pistón son mucha energía.

Los motores diésel: usan gasoil y no tienen bujías. La mezcla del aire y el combustible se comprime mucho y alcanza temperaturas muy altas, por lo que la mezcla arde sin necesidad de la chispa de la bujía.

Éstas maquinas utilizan el principio de accion y de reaccion para poder funcionar.Algunos ejemplo de maquinas de reaccion son:

Turborreactor: el aire entra aspirado por las hélices de un compresor. Después pasa a la cámara de combustión, donde se inyecta queroseno. La mezcla arde por la alta temperatura y los gases salen por la parte de atrás a gran velocidad. Al salir los gases hacen girar una turbina que, a su vez, hace girar el compresor delantero.

Turbopropulsor: Es muy parecido al turborreactor. La diferencia está en que la turbina de la parte posterior hace girar al compresor y a una hélice delantera exterior. La propulsión se debe a dos causas: a los gases que salen por la parte posterior y al empuje de la hélice.

Máquina de vapor

Fue la primera máquina en convertir energía térmica en mecánica.

Su funcionamiento se basa en calentar agua a alta presión para elevar su temperatura hasta un vapor saturado. Una vez sobrecalentado ese vapor se deja escapar por un cilindro que convierte la energía en mecánica. Se vuelve a condensar el agua y esta otra vez preparada para ser enviada por la bomba al calentador.

Trabajo efectuado

El trabajo realizado por la máquina en un ciclo será el área del ciclo recorrido.

Si se trata de una máquina térmica ese trabajo será positivo ya que el área se calculará en el sentido del ciclo calculando el área de cada transformación, teniendo en cuenta que cuando se produce una expansión el trabajos será + y cuando se produce una compresión el w será -.

Por tanto el trabajo obtenido o realizado por la máquina no depende solo del estado final e inicial de la máquina, sino que también depende del camino recorrido.

Ciclo de Rankine

• 1-2: Compresión adiabática hasta la presión de la caldera (la T cambia muy poco)

• 2-3: calentamiento isobárico del agua hasta el punto de ebullición

• 3-4: Vaporización isobárica e isotérmica del agua hasta convertirse en vapor saturado

• 4-5: calentamiento isobárico del vapor convirtiéndolo en vapor a temperatura Th

• 5-6: Expansión adiabática del vapor hasta vapor frío

• 6-1: condensación isobárica e isotérmica del vapor, convirtiéndolo en agua

Proceso reversible

Es aquel en el que un sistema puede cambiar de un estado inicial a otro final a través de numerosas etapas de modo que la transferencia de W y Q hacia y desde el sistema se tal que en cualquiera de las etapas sucesivas sea tal que el sistema pueda retornar hacia su etapa original. Se dice que estas etapas sucesivas están en equilibrio permanente. Estos cambios son ideales porque en requieren de tiempo infinito, sin embargo en la naturaleza los procesos reales ocurren a tiempos finitos.

Los procesos termodinámicos se pueden clasificar en reversibles e irreversibles.

Proceso irreversible

Ocurren espontáneamente en una dirección determinada con cambios drásticos del sistema y su entorno lo que hace imposible la reversibilidad.

Es importante observar, que los cambios de energía en un cambio de estado irreversible o reversible es siempre el mismo debido a que la energía es una función de estado y solo depende del estado final e inicial sin importar como se realizó el proceso.

Diferencia Maquina térmica y máquina frigorífica

• Maquina térmica • Máquina frigorífica

FUNCIONAMIENTO El comprensor succiona vapor a baja presión y lo descarga como vapor a alta presión.En el condensador el refrigerante cambia de estado, pasando de vapor a líquido, teniendo como resultado un calor que es añadido al aire.En la válvula de expansión el líquido a alta presión es estrangulado, convirtiéndose en líquido a baja presión.En el evaporador el refrigerante extrae el calor de los alimentos, pasando de líquido a vapor.

COMPONENTES:

EVAPORADORCOMPRENSORCONDENSADORVALVULA DE EXPANSION TUBO CAPILAR UN DEPOSITO AISLANTE TERMICAMENTE DESHIDRATADOR REFRIGERANTE

EL REFRIGERADOR