OBJETIVOS: Conocer el experimento de equivalente mecnico de
Joule al igual que los parmetros que intervienen para determinar su
importancia en la termodinmica a travs de una investigacin
bibliogrfica
Investigar los diferentes tipos de motores de combustin interna
para determinar su importancia, aplicaciones, caractersticas y
ciclos de combustin mediante un anlisis de sus singularidades y
diferencias
Investigar el funcionamiento de los diferentes tipos de motores
de combustin interna para establecer su ventajas y desventajas a
travs del conocimiento de sus aplicaciones y ciclos de
combustinMARCO TEORICOEXPERIMENTO DE JOULEEn el experimento de
Joule se determina el equivalente mecnico del calor, es decir, la
relacin entre la unidad de energa joule (julio) y la unidad de
calor calora.Histricamente se tard bastante tiempo en comprender
cul es la naturaleza del calor. En un primer momento se pensaba que
el calor era un fluido (denominado calrico) que impregnaba los
cuerpos y era responsable del calor que stos intercambiaban al ser
puestos en contacto. En el siglo XIX, Joule ide un experimento para
demostrar que el calor no era ms que una forma de energa, y que se
poda obtener a partir de la energa mecnica. Dicho experimento se
conoce como experimento de Joule para determinar el equivalente
mecnico del calorAntes del experimento de Joule se pensaba que
calor y energa eran dos magnitudes diferentes, por lo que las
unidades en que se medan ambas eran tambin distintas. La unidad de
calor que se empleaba era la calora. Con su experimento, Joule se
propuso demostrar que se poda elevar la temperatura del agua
transfirindole energa mecnica, Es decir, que la temperatura de un
sistema puede elevarse dndole calor, pero tambin realizando un
trabajo sobre l.
Descripcin del experimento de Joule
Joule encontr que la disminucin de energa potencial es
proporcional al incremento de temperatura del agua. La constante de
proporcionalidad (el calor especfico de agua) es igual a 4.186 J/(g
C). Por tanto, 4.186 J de energa mecnica aumentan la temperatura de
1g de agua en 1 C. Se define la calora como 4.186 J sin referencia
a la sustancia que se est calentando.1 cal=4.186 JEn la simulacin
de la experiencia de Joule, se desprecia el equivalente en agua del
calormetro, del termmetro, del eje y de las paletas, la prdida de
energa por las paredes aislantes del recipiente del calormetro y
otras prdidas debidas al rozamiento en las poleas, etc. Sea M la
masa del bloque que cuelga y h su desplazamiento vertical m la masa
de agua del calormetro la temperatura inicial del agua y T la
temperatura final la aceleracin de la gravedadLa conversin de
energa mecnica ntegramente en calor se expresa mediante la
siguiente ecuacin.
Se despeja el calor especfico del agua que estar expresado
en
Como el calor especfico del agua es por definicin , obtenemos la
equivalencia entre las unidades de calor y de trabajo o energa.
MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA
Un motor de combustin interna, motor a explosin o motor a pistn,
es un tipo de mquina que obtiene energa mecnica directamente de la
energa qumica de un combustible que arde dentro de la cmara de
combustin. Su nombre se debe a que dicha combustin se produce
dentro de la mquina en fuera de la maquina en si misma
MOTOR DE DOS TIEMPOSEl motor de 2 tiempos es, junto al motor de
4 tiempos, un motor de combustin interna con un ciclo de cuatro
fases de admisin, compresin, combustin y escape, como el de 4
tiempos, pero realizadas todas ellas en slo 2 tiempos, es decir, en
dos movimientos del pistn.En un motor 2 tiempos se produce una
explosin por cada vuelta de cigeal mientras que en un motor 4
tiempos se produce una explosin por cada dos vueltas de cigeal, lo
que significa que a misma cilindrada se genera mayor potencia, pero
tambin un mayor consumo de combustible.El rendimiento de este motor
es inferior al del motor de cuatro tiempos, ya que tiene un
rendimiento volumtrico menor y el escape de gases es menos eficaz.
Tambin son ms contaminantes. Por otro lado, suelen dar ms potencia
para la misma cilindrada, ya que este hace una explosin en cada
revolucin del cigeal, mientras el motor de cuatro tiempos hace una
explosin por cada dos revoluciones del mismo, y cuenta con ms
partes mviles.Funcionamiento:
Pero hay ms, en ese movimiento descendiente el pistn empuja la
mezcla nueva que haba entrado en su anterior subida, y al bajar
transfiere la mezcla del crter a la cmara de combustin, preparando
as el proceso para volver a comenzar de nuevo en el primer tiempo
anteriormente descrito.
Caractersticas y diferencias entre los dos y los cuatro tiempos
El motor de dos tiempos se diferencia en su construccin, del motor
de cuatro tiempos Otto en las siguientes caractersticas: Ambas
caras del pistn realizan una funcin simultneamente, a diferencia
del motor de cuatro tiempos en el que nicamente esta Activa la cara
superior. La entrada y salida de gases al motor se realiza a travs
de las lumbreras (orificios situados en el cilindro). Este motor
carece de las vlvulas que abren y cierran el paso de los gases en
los motores de cuatro tiempos. El pistn dependiendo de la posicin
que ocupa en el cilindro en cada momento abre o cierra el paso de
gases a travs de las lumbreras. El crter del cigeal debe estar
sellado y cumple la funcin de cmara de precompresin. En el motor de
cuatro tiempos, por el contrario, el crter sirve de depsito de
lubricante. La lubricacin, que en el motor de cuatro tiempos se
efecta mediante el crter, en el motor de dos tiempos se consigue
mezclando aceite con el combustible en una proporcin que vara entre
el 2 y el 5 por ciento. Dado que esta mezcla est en contacto con
todas las partes mviles del motor se consigue la adecuada
lubricacin.
Ventajas
Desventajas
AplicacionesMotores de gasolina de dos tiempos se utilizan
comnmente en alta potencia, aplicaciones porttiles como
recortadoras de cable y motosierras. El peso total, y ligero partes
giratorias ofrecen importantes ventajas de seguridad operacional y
uniforme. Por ejemplo, un motor de cuatro tiempos a la alimentacin
de una sierra de cadena que funciona en cualquier posicin sera
mucho ms caro y complejo que un motor de dos tiempos que utiliza
una mezcla de gasolina-aceite.Estos motores se utilizan para
aplicaciones pequeas, porttiles o mquinas especializadas tales como
motores fuera de borda, motocicletas de alto rendimiento, de pequea
capacidad, ciclomotores, Underbones, scooters, tuk-tuks, motos de
nieve, karts, ultraligeros, aviones modelo y cortadoras de csped y
la suciedad motos.El ciclo de dos tiempos tambin se utiliza en
muchos motores diesel, especialmente grandes motores industriales y
marinos, as como algunos camiones y maquinaria pesada, pero diesel
de dos tiempos no quemar el aceite lubricante y no tienen los
problemas de emisiones dos motores de gasolina/gasolina
tiempos.MOTOR DE TRES TIEMPOSEs una idea simple, si se sacan los
gases de la combustin antes de que se inicie el 4 tiempo o por lo
menos ms del 90 % de los mismos, no es necesario contar con una
vlvula de escape de grandes dimensiones ni tampoco gastar energa en
expulsar los gases.
MOTORES DE 4 TIEMPOS Los motores de 4 tiempos son los ms
populares de la actualidad, casi en cualquier tipo de vehculo, y
entre las motos se han terminado imponiendo a los motores de 2
tiempos casi en todas las disciplinas al ser ms limpios y menos
contaminantes. Un motor de explosin con ciclo de 4 tiempos se
compone por un cilindro, una biela, un cigeal, al menos dos
vlvulas, una buja y muchos otros componentes que hacen que todo
trabaje de forma coordinada. Para entender cmo es posible que una
mezcla de gasolina y aire se convierta en movimiento te explicamos
uno a uno cada uno de los 4 tiempos de este tipo de motor de
combustin, o tambin llamado motor Otto.
Funcionamiento
Es ahora, con el pistn de nuevo en la parte superior cuando se
inicia el ciclo de nuevo desde el principio. El pistn volver a
bajar mientras que la vlvula de admisin se abre y deja pasar una
nueva mezcla de gasolina y aire, y as una y otra vez.Ventajas:
Consume menos. Ms autonoma Motor ms confiable Contamina menos Vibra
menos Mejor torque
Desventajas: Ms peso Menos potencia Motor ms costoso al
reparar
CONCLUSIONES La disminucin de energa potencial es proporcional
al incremento de temperatura del agua. Para elevar la temperatura
del kilogramo de agua 1 C (hasta 15.5C), o dicho de otro modo, para
conseguir una energa de 1000 caloras, la energa potencial de la
masa deba disminuir en 4180 Julios.
Un motor de combustin interna basa su funcionamiento, como su
nombre lo indica, en el quemado de una mezcla comprimida de aire y
combustible dentro de una cmara cerrada o cilindro, con el fin de
incrementar la presin y generar con suficiente potencia el
movimiento lineal alternativo del pistn
Los motores de combustin interna basan su funcionamiento en 4
fases que se producen de manera ordenada, las cuales son: Admisin,
Compresin, Expansin y Escape, con la diferencia del nmero de ciclos
o tiempos en los que los realiza. Los diferentes tipos de motores
tienen sus ventajas y desventajas nicas que las hacen especiales
para determinadas aplicaciones.BIBLIOGRAFA Termodinmica, Primer
principio de la Termodinmica (En lnea) extrado el 10/12/13 desde:
http://www.nebrija.es/~cmalagon/Fisica_I/transparencias/02-Termodinamica/08-Primer_principio.pdf
Experimento de Joule, equivalente mecnico de calor (En lnea)
extrado el 10/12/13 desde:
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/joule/joule.htm
Motor de dos tiempos (En lnea) extrado el 10/12/13 desde:
http://80.32.206.136/Tecnologia_LCP/Documentos/MOTOR%20DE%20DOS%20TIEMPOS.pdf
Cmo funciona el motor de 4 tiempos (En lnea) extrado el 10/12/13
desde:
http://motos.about.com/od/mecanica-basica/ss/Como-Funciona-Un-Motor-De-4-Tiempos.htm