Maquinas Termicas

Maquina Térmica.
Se denomina Máquina térmica a aquel sistema y/o mecanismo que realiza un ciclo convirtiendo el calor en trabajo. La Máquina térmica no debe sufrir ninguna variación permanente, después de su utilización debe quedar como al inicio. El proceso a partir del cual se produce el trabajo se llama ciclo. El ciclo de una máquina térmica es siempre un ciclo cerrado. En general la máquinaabsorberá o perderá calor durante las diversas etapas del ciclo de trabajo. El mejor ejemplo de estas maquinas térmicas son los refrigeradores y bombas de calor que tienen como fin enfriar o calentar un entorno.
Fundamento de las maquinas térmicas.
1er Principio de la termodinámica:
Q=W+ΔU
Rendimiento nunca 100%
2do Principio de la termodinámica:
* Es imposible la transferencia de calorde un foco frio a otro caliente (sin aporte de energía).
* Kelvin: No es posible ningún proceso cuyo resultado sea la conversión completa de calor en trabajo.
* Clausius: No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la transferencia de calor de un cuerpo frio a otro más caliente.
Ciclos.
Ciclos termodinámicos de gas y de vapor
Como ya se ha dicho, los ciclos de gas y de vaporque se consideran en Termodinámica son modelos sencillos de los procesos (la mayor parte de las veces ni siquiera cíclicos) que tienen lugar en las máquinas térmicas reales, con vistas sobre todo a la comparación entre sí, pues en la comparación con las máquinas reales se obtienen discrepancias típicas superiores al 50%.
Aunque todo ciclo puede servir como motor o como frigorífico o bomba según elsentido en que se recorra en un diagrama termodinámico, supondremos que siempre se trata de producir trabajo (motor). La utilización de 19s ciclos de gas en refrigeración es escasa, reduciéndose a una variante del ciclo Brayton (con expansión isentálpica) en refrigeración de cabinas de vehículos y etapas previas de la licuación de gases, y al uso del ciclo Stirling en refrigeración criogénica.Entre los ciclos más estudiados se pueden citar los siguientes.
Ciclo de Carnot (1824).
Es el ciclo de máxima eficiencia y por eso se utiliza como referencia tanto para los ciclos de gas como para los de vapor. El rendimiento energético es pe=l-T2/Ti, siendo Ti la temperatura del foco térmico (p.e. la llama de la combustión) y T2 la del sumidero (el ambiente). El rendimiento exergético es %=l. Larepresentación en los diagramas T-S y p-v se muestra en la Fig.17.1

Ciclo Otto (1876).
Sirve para aproximar en cierta medida el funcionamiento de los motores a gasolina. Es un ciclo de gas que consta de cuatro procesos (que no corresponden a los cuatro tiempos de los motores de automoción), Llamando r a la relación de volúmenes (también llamada relación de compresión), y suponiendo queevoluciona un gas perfecto de relación de capacidades térmicas y, el rendimiento
ɳe=1-1ry-1
3.1
En la práctica, el volumen de la cilindrada unitaria viene limitado a unos 0,5 litros para que la combustión sea suave y la mezcla no se auto inflame por compresión antes de llegar la llama, y la relación de compresión, r, suele ser de 8 ó 9, pues si es mayor aparecen problemas en la combustión; lapresión mínima es la atmosférica y la máxima que se alcanza suele ser de 1,5 a 2 MPa.
Ciclo Diesel (1893).
Sirve para aproximar el funcionamiento de los motores a gasóleo y fuelóleo. Es un ciclo de gas que consta de los procesos esquematizados la relación de volúmenes extremos (o de compresión), r, suele ser de 12 a 22 y la presión máxima de 3 a 5 MPa. Llamando rv a la relación entre el volumenintermedio y el mínimo, el rendimiento energético es;
ɳe=1-1rɣ-1rvɣ-1ɣ(rv-1)
3.2
Ciclo Brayton (1870).
Sirve para aproximar el funcionamiento de las turbinas de gas, y los procesos se esquematizan en la Fig. 3.3. El punto de mínima temperatura corresponde a la entrada al motor (normalmente aire atmosférico); la relación de presiones, 12 suele ser de 10 a 30, con una temperatura máxima del orden...