Semana 14

Semana 14

Semana 14 Fenómenos termodinámicos

40 Máquinas térmicas y eficiencia de máquinas ideales

	¿Qué es una maquina térmica?	¿Cómo funciona una maquina térmica?	¿Qué es la eficiencia ideal de una maquina térmica?	¿Cómo se calcula la eficiencia real de las maquinas térmicas?	¿Cuales son las variables que intervienen en las maquinas terminas?	¿Qué unidades se utilizan en las variables de las maquinas térmicas?
	2	6	1	3	5	4
	Son maquinas de fluido compresible: en los motores térmicos, la energía del fluido que atraviesa la maquina disminuye, obteniéndose energía mecánica	Una máquina térmica consiste en un instrumento que genera trabajo mecánico a partir de energía térmica.	La eficiencia en una maquina térmica es la relación entre el trabajo mecánico producido y el calor suministrado.	E= T/Q1=(Q1-Q2)/Q1=(T1-T2)/T1 T: Trabajo mecánico Q1: Calor suministrado. Q2: Calor obtenido T1: trabajo de entrada T2: Trabajo de salida	Trabajo Calor de entrada y salida Y Temperaturas de entrada y salida.	Calorías y joule

Principio de funcionamiento de la maquina térmica.

Material: Lámpara de alcohol, matraz erlenmeyer, tapón mono horadado, tubo de vidrio de desprendimiento. Rehilete.

Colocar en el matraz erlenmeyer 100 ml de agua, colocar el tapón mono horadado con el tubo de des vidrio de desprendimiento, calentar el agua hasta que salga el vapor por el tubo de vidrio, acercar el rehilete a la salida del vapor y determinar la vueltas por minuto de giro del rehilete. Tabular y graficar los datos.

Equipo	Giros por minuto del rehilete
1	2
2	3
3	6
4	5
5	3
6	4

GRAFICA

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Equipo	Giros por minuto del rehilete
1	2
2	3
3	6
4	5
5	3
6	4

41 Esquema general de las máquinas

Junto a la conversión de trabajo en calor puesta de manifiesto en las experiencias de Joule, la transformación efectuada en sentido inverso es físicamente realizable. Los motores de explosión que mueven, en general, los vehículos automóviles y la máquina de vapor de las antiguas locomotoras de carbón, son dispositivos capaces de llevar a cabo la transformación del calor en trabajo mecánico. Este tipo de dispositivos reciben el nombre genérico de máquinas térmicas

 Las máquinas térmicas son aquellos dispositivos que se utilizan para transformar la energía (de un tipo a otro), y que en su funcionamiento producen un intercambio de calor. Dentro de las clases de máquinas térmicas, hay dos grandes grupos: los motores y los generadores. En los motores térmicos, la energía del fluido que atraviesa la máquina disminuye, obteniéndose energía mecánica. En el caso de generadores térmicos, el proceso es el inverso, de modo que el fluido incrementa su energía al atravesar la máquina. Tal distinción es puramente formal: Los motores térmicos, son máquinas que emplean la energía resultante de un proceso, generalmente de combustión, para incrementar la energía de un fluido que posteriormente se aprovecha para la obtención de energía mecánica. Los ciclos termodinámicos empleados, exigen la utilización de una máquina o grupo generador que puede ser hidráulico (en los ciclos de turbina de vapor) o térmico (en los ciclos de turbina de gas), de modo que sin éste el grupo motor no puede funcionar, de ahí que en la práctica se denomine Motor Térmico al conjunto de elementos atravesados por el fluido, y no exclusivamente al elemento en el que se obtiene la energía mecánica.

Ninguna máquina térmica alcanza un rendimiento del cien por cien. Esta limitación no es de tipo técnico, de modo que no podrá ser eliminada cuando el desarrollo tecnológico alcance un nivel superior al actual; se trata, sin embargo, de una ley general de la naturaleza que imposibilita la transformación íntegra de calor en trabajo. Por tal motivo las transformaciones energéticas que terminan en calor suponen una degradación de la energía, toda vez que la total reconversión del calor en trabajo útil no está permitida por las leyes naturales.

Ejercicio 29
Un motor de automóvil consume combustible a razón de 20 L/h y transfiere 60 Kw de potencia a las ruedas. Si el combustible tiene un poder calorífico de 44000 Kj/Kg y una densidad de 0.8 g/cm3, determine la eficiencia de este motor.
Ejercicio 75
En climas tropicales, el agua cercana a la superficie del océano permanece caliente durante el año debido a la absorción de energía solar. Sin embargo, en las partes más profundas del océano, el agua permanece a una temperatura relativamente baja puesto que los rayos del sol no pueden penetrar muy hondo. Se propone aprovechar esta diferencia de temperatura y construir una central eléctrica que absorberá calor del agua caliente a la superficie y liberara calor de desecho en el agua fría a unos cientos de metros abajo. Determine la eficiencia térmica máxima de dicha planta si las temperaturas del agua en los dos puntos respectivos son 24 y 4° C
Ejercicio 104
Se emplea un sistema de acondicionamiento de aire para mantener una casa a una temperatura constante de 20° C. La casa gana calor del exterior a una relación de 20000 Kj/h, y el calor generado en la casa por la gente, las lámparas y los aparatos es igual a 8000 Kj/h. Para un COP de 2.5, determine la entrada de potencia requerida para este sistema de acondicionamiento de aire



JUeves:

Tipos  de Maquinas Térmicas

Máquinas térmicas
Motoras	Volumétricas
Generadoras	Volumétricas

Esquemas de la maquinas térmicas:

	Alternativas Máquina de vapor	Rotativas Motor Stirling	Turbomáquinas Turbina	Alternativas Compresor de émbolo	Rotativas Compresor rotativo	Turbomáquinas Turbocompresor
Equipo	1	3		2		4
Descripción	Una máquina de vapor es un motor de combustión externa que transforma la energía térmica de una cantidad de agua en energía mecánica.	El Motor Stirling fue inventado en 1816 por Robert Stirling, reverendo de origen escocés. El objetivo era tener un motor menos peligroso que la máquina de vapor. El principio de funcionamiento es el trabajo realizado por la expansión y contracción de un gas (normalmente helio, hidrógeno, nitrógeno o simplemente aire) al ser obligado a seguir un ciclo de enfriamiento en un foco frío, con lo cual se contrae, y de calentamiento en un foco caliente, con lo cual se expande. Es decir, es necesaria la presencia de una diferencia de temperaturas entre dos focos y se trata de un motor térmico.	Las turbomáquinas motoras son máquinas de fluido, a través de las cuales pasa un fluido en forma continua y éste le entrega su energía a través de un rodete con paletas o álabes. Es un motor rotativo que convierte en energía mecánica la energía de una corriente de agua, vapor de agua o gas. El elemento básico de la turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas, hélices, cuchillas o cubos colocados alrededor de su circunferencia, de tal forma que el fluido en movimiento produce una fuerza tangencial que impulsa la rueda y la hace girar. Esta energía mecánica se transfiere a través de un eje para proporcionar el movimiento de una máquina, un compresor, un generador eléctrico o una hélice.	Estos compresores son del tipo de desplazamiento positivo, son los más comúnmente utilizados. Existen de simple y doble efecto. El nombre de simple efecto o doble efecto lo reciben por su capacidad de comprimir el aire al avance o en ambos sentidos, respectivamente. Los compresores alternativos, existen en las versiones lubricadas y sin lubricar.	El compresor de aire de tornillo rotativo se ha convertido en la fuente más popular de aire comprimido para aplicaciones industriales. Una de las razones principales es su simple concepto de compresión. El aire entra en una cámara sellada donde es atrapado entre dos rotores contra rotativos. Cuando los rotores se engranan, reducen el volumen de aire atrapado y lo suministran comprimido al nivel de presión correcto. Este simple concepto de compresión, con enfriamiento de contacto continuo, permite que el compresor de aire de tornillo rotativo funcione a temperaturas de aproximadamente la mitad de la generada por un compresor de pistones. Esta baja temperatura permite que el compresor de aire de tornillo rotativo funcione en un ciclo de servicio continuo "a plena carga" 24 horas al día, 365 días al año, si es necesario.	Un turbocompresor es un sistema de sobrealimentación que usa una turbina centrífuga para accionar mediante un eje coaxial con ella, un compresor centrífugo para comprimir gases. Este tipo de sistemas se suele utilizar en motores de combustión interna alternativos, especialmente en los motores diésel. En algunos países, la carga impositiva sobre los automóviles depende de la cilindrada del motor. Como un motor con turbocompresor tiene una mayor potencia máxima para una cilindrada dada, estos modelos pagan menos impuestos que los que no tienen turbocompresor.