Maquinas termicas

MÁQUINAS TÉRMICAS

La definición moderna del término máquina es el conjunto de elementos que permiten vencer una resistencia o transformar una información aplicando una energía. Una máquina térmica es un dispositivo que trabaja de forma cíclica o de forma continua para producir trabajo mientras se le da y cede calor, aprovechando las expansiones de un gas que sufre transformaciones de presión,volumen y temperatura en el interior de dicha máquina. Veremos el funcionamiento real de algunas máquinas, y el ciclo termodinámico que sigue el gas en su interior.Se concluye que:1. El gas que evoluciona en el interior de la máquina es ideal.2. Aunque suele entrar y salir gas de las máquinas, se analiza un volumen fijo, como si fuera siempre el mismo gas el que se calienta, se enfría, recibe orealiza trabajo. 3. Las combustiones se consideran como aportes de calor desde una fuente a temperatura elevada, y la expulsión de gases quemados con la pérdida de calor que eso supone, se considera enfriar el volumen fijo. 4. Los procesos que sufre el gas son cíclicos, y el final de cada ciclo coincide con el estado inicial del gas. |
De esta forma, los motores se pueden representar mediante undibujo muy sencillo, que facilita los cálculos:

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 Como toda la energia que entra a la maquina debe ser igual que la suma de las energias que salen de ella , tenemos :

En realidad, el aporte de calor no es desafortunada, incluso, los motores se clasifican atendiendo a la forma en que se produce la combustión como:
motores de combustión externa, cuando el combustible no tienecontacto con el gas que produce el trabajo.
motores de combustión interna, que son aquéllos en los que el combustible se quema junto con el gas.
Otra clasificación se realiza atendiendo al movimiento de las piezas en su interior, y tendíamos :
motores alternativos (basados en el mecanismo de pistón-biela-cigüeñal), rotativos (que sólo tienen piezas giratorias, normalmente compresores y turbinas)motores de chorro (basados en el principio de acción y reacción, como los cohetes).
  Un segundo tipo de máquinas térmicas se basa en dar trabajo para conseguir extraer calor de un recinto que está a baja temperatura y expulsarlo en un ambiente a mayor temperatura. Son los frigoríficos que conocemos bien en la cocina de casa y las bombas de calor. (ejemplificadas en la imagen)
El rendimientode estas máquinas, como siempre, es la relación entre lo que se obtiene (calor) y lo que se gasta (trabajo).

El ciclo de Carnot.

En 1824 el ingeniero francés Sadi Carnot estudió la eficiencia de las diferentes máquinas térmicas que trabajan transfiriendo calor de una fuente de calor a otra y concluyó que las más eficientes son las que funcionan de manera reversible. Para ello diseñó unamáquina térmica totalmente reversible que funciona entre dos fuentes de calor de temperaturas fijas. Esta máquina se conoce como la máquina de Carnot y su funcionamiento se llama el ciclo de Carnot.
El llamado motor de Carnot trabaja cuando le damos una cantidad de calor QENTRA desde una fuente a alta temperatura y le eliminamos un calor QSALE hacia otra fuente a baja temperatura, produciendo untrabajo W. El rendimiento viene definido, como en todo proceso cíclico, por:

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Las etapas de este motor serían las siguientes:
- En el proceso 1-2 le damos calor al aire del cilindro, manteniendo la temperatura constante e igual a la de la fuente a alta temperatura TA. Esto provoca un aumento de volumen y de presión, por lo cual, todo el calor transferido es convertido en trabajo.- En elproceso 2-3 se permite una expansión adiabática sin intercambio de calor con el exterior, a fin de disminuir la temperatura y a costa de perder presión.- En el proceso 3-4 se pone en contacto el sistema con la fuente de calor a baja temperatura TB y el gas comienza a comprimirse, pero no aumenta su temperatura porque va cediendo calor a la fuente fría. Al no cambiar la temperatura tampoco lo...