Máquinas Térmicas

Máquinas térmicas

Introducción
La termodinámica tiene como sabemos una gran variedad de aplicaciones, una de ellas es la máquina térmica.
¿Qué es una máquina térmica? Una máquina térmica es un sistema y/o mecanismo que realiza un ciclo convirtiendo el calor en trabajo.
Características:
El proceso a partir del cual se produce el trabajo es a lo que se llama ciclo. El ciclo de una máquinatérmica es siempre un ciclo cerrado.
En general la máquina absorberá o perderá calor durante las diversas etapas del ciclo de trabajo.
Por ejemplo:
En un motor se extrae energía en forma de calor del foco caliente y se cede al frío; la diferencia entre el calor extraído y el cedido es el trabajo realizado, y el porcentaje de trabajo realizado frente al calor extraído se llama rendimiento delmotor.
Principios termodinámicos
La termodinámica se sustenta en dos principios básicos de los cuatro:
● El primer principio de la termodinámica es el principio de “conservación de la energía”: la energía ni se crea ni se destruye únicamente se transforma. Que dicho de otro modo, el calor “Q” es transformable en trabajo “W”, y viceversa, según la relación constante y quedando el estadotermodinámico de un fluido definido por sus condiciones de presión, temperatura, volumen, energía interna y entropía.
● El segundo principio de la termodinámica, en el enunciado de Kelvin, confirma que no existe ningún dispositivo que, operando por ciclos, absorba calor de una única fuente y lo convierta íntegramente en trabajo. Lo que nos lleva pensar que parte de la energía no es aprovechable. De esteprincipio se saca como conclusión que todas las máquinas van a tener un rendimiento “no perfecto”, es decir menor que 1. Y que un proceso puede ser reversible o teórico (invierten su sentido sólo modificando las condiciones externas) y irreversible o real (donde los estados intermedios no están en equilibrio como los anteriores debido al rozamiento, etc.).
Conceptos termodinámicos básicos
Energía:es la capacidad para realizar trabajo y se puede clasificar en:
Energía potencial: cuando está contenida en un cuerpo o sistema debido a un campo de fuerzas.
Energía cinética: debida al movimiento de cuerpos.
Las formas de energía que interesan en este tema son la mecánica y la térmica, es decir, las que tienen capacidad para producir trabajo mecánico y calor:
Trabajo mecánico: es la fuerzapor el desplazamiento. Se mide en julios.
Potencia: es el trabajo realizado por unidad de tiempo. Se mide en vatios.
Calor: es la energía térmica de transición a través de las superficies que limitan al sistema. Es el trabajo térmico. Se mide en calorías (Ca) siendo la Kcal la energía necesaria para incrementar en 1ºC un kilogramo de agua.
Calor específico: es la cantidad de calor para elevar1ºC, 1Kg de fluido. Existe el calor específico a volumen constante (Cv) y el calor específico a presión constante (Cp). Siendo:
Cp=Cv+R
Energía interna (U): es la energía térmica almacenada en el fluido, es la energía potencial térmica. En un gas depende sólo de su temperatura.
Entropía (s): es la variación de calor “dQ” respecto de la temperatura “T” absoluta.
Rendimiento energético: es larelación que existe entre el calor intercambiado y la suma de este y las pérdidas al entorno. Dicho de otra forma, es la relación entre la diferencia de calor entregado a la máquina y la que entrega esta por la energía absorbida total.
Clasificación de las máquinas térmicas
1. Clasificación de las máquinas térmicas es en función del sentido de la transformación:
Motores térmicos. Son aquellas máquinasen las que la forma de energía que se emplea es la térmica, para obtener energía mecánica.
Generadores térmicos o compresores. Son aquellas máquinas que desde la energía mecánica se transforma en energía térmica.
2. Otra clasificación es atendiendo a la constitución de las máquinas:
Máquinas rotativas. Su principal característica es que los elementos móviles de las mismas giran....