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Introducción
Uno de los problemas más importantes de la ingeniería moderna es la transformación de las fuentes de energía en aquellas formas que sean más fácilmente aprovechadas. La forma más adecuada para satisfacer nuestras necesidades es la energía mecánica. Sin embargo, la naturaleza nos suministra energía en forma tal que, en la mayoría de los casos, se requiere una serie detransformaciones antes de contar con la energía mecánica que nos permitirá efectuar un trabajo.

Una de las formas de energía a las que se tiene más fácilmente acceso es la energía térmica, es decir, la energía que se transfiere en forma de calor como consecuencia de una diferencia de temperatura. Esta energía puede ser tomada de fuentes muy diversas como la nuclear, la eléctrica, si bien la más habitual esla que se obtiene a partir de la combustión de determinados combustibles.

Esta energía térmica, también denominada energía calorífica, puede ser aprovechada por determinadas máquinas para su conversión en energía mecánica; son las denominadas, de forma genérica, máquinas térmicas. Estas máquinas térmicas son dispositivos que permiten obtener un trabajo útil a partir del calor, obedeciendosiempre los principios de la termodinámica, por lo que comenzaremos el desarrollo del tema por el estudio de dichos principios.

Principios de la termodinámica

Los orígenes de la Termodinámica y sus leyes se encuentran en una serie de inventos prácticos que se llevaron a cabo durante la revolución industrial en el pasado siglo, y en particular en el descubrimiento de la máquina de vapor. Laobtención de trabajo mecánico mediante la máquina de vapor precisaba de la combustión de carburante acompañada de una transferencia de calor entre la llama y la sustancia de trabajo en la máquina, generalmente agua.

Calor y trabajo en los procesos termodinámicos

Cuando un sistema experimenta un desplazamiento bajo la acción de una fuerza, se dice que se ha realizado trabajo, siendo lacantidad de trabajo igual al producto del desplazamiento por la componente paralela a éste de la fuerza. Matemáticamente, el trabajo vendrá dado por:
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Si un sistema en conjunto ejerce una fuerza sobre el medio exterior y tiene lugar un desplazamiento, el trabajo realizado por o sobre el sistema se denomina trabajo exterior. Si el trabajo se realiza, sin embargo, por una parte del sistema sobreotra, se denomina trabajo interno (por ejemplo, las acciones mutuas de las moléculas). El trabajo interno no tiene interés en termodinámica y sólo se considera el trabajo que supone una interacción entre el sistema y su medio exterior.

En termodinámica sólo se estudian los sistemas en equilibrios, los cuales vienen caracterizados por los valores que toman sus variables termodinámicas, que a suvez estarán relacionadas entre sí por las denominadas ecuaciones de estado. Un sistema puede requerir para su completa caracterización de múltiples variables, pero para muchos sistemas sencillos son suficientes tres variables únicamente, siendo la temperatura una de ellas siempre.

Un sistema que presenta un especial interés en el desarrollo de la termodinámica, es el caso de un sistemahidrostático, y en particular el de un gas encerrado en un recipiente. Para este sistema, sus estados de equilibrio vendrán especificados por tres variables: la temperatura, la presión y el volumen. En el caso de que consideremos un comportamiento ideal para el gas encerrado, estas tres magnitudes están relacionadas por la ecuación de estado del gas ideal PV = nRT.

Consideremos el sistema formado ungas encerrado en un cilindro por un pistón, que puede desplazarse sin rozamiento. Supongamos que la presión en el interior del pistón, es decir en el sistema, y en el exterior, el entorno, es la misma. Por tanto, al ser el área del pistón la misma por ambos lados, las fuerzas que actúan sobre el pistón serán iguales y de sentido opuesto, encontrándose éste en equilibrio mecánico. Si se aumenta...
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