Maquinas Termicas
Las maquinas termicas son aparatos que se utilizan para transformar la energia calorifica en trabajo mecasnico.
Existen 3 Clases:
1.- Maquinas de vapor
2.- Motores de combustion interna
3.- Motores de reaccion
Independientemente de la clase de maquina termica de que se trate, su funcionamiento basico consiste en la dilatacion de un gas calienten, el cual al realizar un trabajo se enfria.
Maquinaas de Vapór.
Cuando el agua se transforma en vapor, se expande ocupando un volumen 1700 veces mayor que en su estado liquido. las maquinas de vapor emplean la enorme energia producida por esta expansion para generar un trabajo. una maquina de vapor es de combustion externa si el combustible se quema fuera de ella, calentando la caldera productora del vapor que la alimenta.
El vapor producido por la caldera se acumula a muy altas presiones, de ahi pasa el cilindro donde empuja al embolo hacia el extremo opuesto. al final del desplazamiento (carrera) entra vapor por este extremo,empujando al embolo a su posicion inicial. por medio de un vastago ( varilla que penetra por un extremo del cilindro), se pone en conexion el embolo con un cigueñal que transforma el movimiento alternativo del embolo en giratorio. mientras el vapor penetra y se expande con fuerza a travez de un lado del embolo, el vapor contenido en el otro extremo del cilidro se escapa por una lombrera con 2 abertyuras: una para el escape y otra para la admision del vapor. el vapor utilizado puede disiparse hacia la atmosfera, o bien ser pasado a un condensador a fin que al encontrarse en estado liquido se vuelva a emplear en la caldera.
Maquinas de Combustion Interna.
Los motores de combustion interna o de explosion se llaman asi por que el combustible se quema dentro del motor don realiza su funcion. estos motores aporovechan la expansion de los gases producidos por la combustion viva de una mezcla carburante en la camara de combustion del cilindro. los gases empujan un embolo y debido a la utilizacion de una viela el movimiento de este se transforma en movimiento giratorio del cigueñal. existen motores de combustion de cuatro y de dos tiempos. en un motor de cuatro tiempos su ciclo es el siguiente:
1.- Admision: El embolo se mueve hacia abajo, adsorviendo una mezcla de combustible t aire que procede del carburador.
2.-Compresion: el embolo se desplaza hacia la parte alta del cilindro. la valvula de admision se a cerrado, y la mezcla de aire y combustible ya no puede escapar al subir el embolo, la mezcla carburante lo comprime fuertemente en la camara de combustion, lo cual se denomina indice de comprension. por ejemplo: si al principio la mezcla ocupa la totalidad del cilindro al final solo llenara una octava parte del mismo, es decir, su indice de compresion es de 8 a 1.
3.- Explosión: a chispa eléctrica que salta entre los electrodos de la bujía se encarga de encender e inflamar la mezcla, produciéndose así una violenta dilatación de los gases encargados de empujar el embolo hacia abajo, y al arrastrar al cigüeñal realiza trabajo mecánico.
4.- El Embolo se eleva de nuevo en el interior del cilindro, abriéndose la válvula de escape, la cual se encuentra en la parte alta de este. El movimiento de elevación del embolo expulsa los gases quemados por medio de la lumbrera de escape. Cuando llega el final de la carrera, la válvula se cierra y el motor inicia nuevamente su ciclo. La apertura de las válvulas de admisión y de escape, así como la producción de la chispa en la cámara de combustión se obtiene a través de mecanismos sincronizados con el cigüeñal.
Los motores cuyo dos ciclos es de dos tiempos generan potencia cada vez que el embolo baja, esto se logra al combinar el escape, la admisión y la compresión en un solo tiempo, además no tienen válvulas de admisión ni de escape, sino lumbreras abiertas a los lados del cilindro, las cuales son tapadas y destapadas por el embolo en su desplazamiento hacia arriba y abajo.
Los motores diesel, llamados de combustión pesada o de aceites pesados, recaracterizan por que no tienen sistema de encendido ni carburador. En estos motores cuando el embolo baja aspira aire puro y al subir lo comprime fuertemente de 30 a 50 atmósferas, calentándolo a temperaturas de 500 a 600 °c. En seguida se inyecta en ese aire un chorro de combustible líquido que se pulveriza en la cámara y se inflama en forma espontánea por la alta temperatura existente. Los gases en su expansión empujan el embolo, mismo que realizara un trabajo mecánico.
Motores De Reaccion
Los motores de reacción se basan en el principio de la acción y reacción. Existen dos tipos principales de motores a reacción:
- Los Turborreactores constan de un generador de gases muy calientes y de una tobera que los expele hacia atrás en forma de chorro (acción), así impulsa al motor y al móvil en el cual se encuentra instalado hacia delante (reacción).
- El Motor del cohete no necesita del aire atmosférico para funcionar, pues contiene en su interior las sustancias químicas para la combustión. Los gases calientes producidos en la cámara de combustión son expelidos con gran fuerza hacia atrás (acción), de esta manera impulsan a la nave hacia delante (reacción).
Eficiencia De Las Maquinas Termicas
De acuerdo con la segunda ley de la termodinámica, es imposible construir una maquina térmica que transforme en trabajo todo el calor suministrado. Esta limitación de las maquinas térmicas, cuya eficiencia nunca podrá ser del 100%, se debe que la mayor parte del calor proporcionado en lugar de convertirse en trabajo mecánico se disipa a la atmósfera, ya se a por el calor que arrastran los humos y gases residuales calientes o por el calor perdido a través de la radiación y la fricción entre sus partes móviles. En realidad, la eficiencia de las maquinas térmicas es bastante baja, pues en las maquinas de vapor va de un 20% a un 35% máximo, en los motores diesel es de un máximo de 40%.
Por definición: la eficiencia o rendimiento de una maquina térmica es la relación entre el trabajo mecánico producido y la cantidad de calor que se le suministra.
n = T/Q…………….. (1)
n = eficiencia de la maquina térmica
T = trabajo neto producido por
la maquina en calorías (cal) o joules (j)
Q = calor suministrado a la maquina
por el combustible en calorías o joules.
Como el trabajo neto producido por la maquina es igual a la diferencia entre el calor que se le suministra (q1) y el calor que no puede aprovecharse por que se disipa en la atmósfera (q2):
T= Q1-Q2
Donde la eficiencia se expresa:
N= Q1-Q2/Q1
O bien:
N=1- Q2/Q1…………….. (2)
Como siempre existirá una cantidad de calor que no se puede aprovechar (q2) para convertirla en trabajo, la eficiencia de una maquina térmica será menor que uno. Si se desea expresar la eficiencia en porcentajes, bastara con multiplicar las ecuaciones 1 y 2 por 100.
La eficiencia de una maquina térmica se puede calcular en función de la relación que hay entre la temperatura de la fuente caliente (t1) y la temperatura de la fuente fría (t2), ambas medidas en temperaturas absolutas, es decir, en grados kelvin (k).
Donde:
n = 1- T2/T1……………. (3)
Fuente caliente (T1) es la temperatura absoluta del foco que suministra el calor para producir trabajo, y fuente fría (T2) es la temperatura absoluta del foco por donde se escapa el calor que no es aprovechado en trabajo.
También se puede calcular la eficiencia de una maquina térmica dividir la potencia útil o de salida de la maquina entre la potencia total o de entrada de la misma, es decir:
E= Potencia de salida /
Potencia de entrada
Impacto Ecologico De Las Maquinas Termicas
El progreso de nuestra sociedad no seria posible sin los diferentes tipos de maquinas térmicas que existen. Gracias a su uso, hoy en día nos trasladamos rápidamente por tierra, aire, mares y ríos; las comunicaciones entre los cinco continentes son prácticamente instantáneas; en síntesis, disfrutamos de las múltiples aplicaciones de las maquinas y nuestra vida es mas activa y placentera. Sin embargo, no debemos olvidar que las maquinas térmicas requieren del uso de diferentes energéticos lo que provoca consecuencias como la contaminación del suelo, agua y aire.
El aire, en especial el de los grandes núcleos urbanos e industriales, contienen sustancias nocivas, incluso peligrosas, que contribuyen a la contaminación. Estas sustancias provienen de la combustión de carbón, leña e hidrocarburos. Así la gasolina con aire en exceso produce durante su combustión, bióxido de carbono y agua; pero las condiciones del motor son diferentes, mas propicias para una combustión parcial. Entonces, además del bióxido de carbono y agua en forma de vapor, produce sustancias nocivas como:
a) monóxido de carbono, que es un gas venenoso
b) hidrocarburos no quemados, que pueden causar daños al hígado hasta cáncer.
c) Dióxido de azufre, formado a partir de la pequeña cantidad de azufre que contiene el petróleo, que ocasiona enfermedades de las vías respiratorias y lluvia acida.
d) Monóxido y dióxido de nitrógeno, productos de la reacción entre nitrógeno y oxigeno a la temperatura del motor; -ocasiona los mismos efectos perniciosos que el dióxido de azufre.
e) Humo, constituido por pequeñas partículas de carbono en suspensión, que daña pulmones entre otras cosas.
El caso del ozono es particular, ya que es beneficioso en la alta atmósfera, por que nos protege de una radiación intensa de rayos ultravioleta provenientes del sol; pero perjudicial en la superficie por irritar las vías respiratorias. El ozono se produce aquí por la acción de la luz solar sobre el oxigeno y los gases de escape de los motores. El conjunto de ellos forman lo que se llama smog que aparece como una niebla contaminante y persistente sobre los grandes núcleos urbanos.
A N E X O S
Para mas informacion te sugerimos estas paginas....
http://redescolar.ilce.edu.mx/redescolar2008/educontinua/conciencia/fisica/maquinas_termicas/index.html
http://html.rincondelvago.com/maquinas-termicas_3.html
