Máquinas Térmicas y Preservación del Medio Ambiente




















MÁQUINAS TÉRMICAS
Una máquina térmica es un dispositivo que realiza un trabajo mediante un proceso de paso de energía desde un foco caliente hasta un foco frio.
La función de estas máquinas es precisamente realizar la transformación de energía térmica a mecánica. La energía transferida como calor a la máquina no puede a su vez ser transferida íntegramente por esta comotrabajo: una parte de la energía debe ser transferida como calor.
Por ello las máquinas térmicas constan de dos partes:
Un foco caliente, que cede energía a la máquina mediante calor.
Un foco frío, que recibe energía de le máquina también mediante calor.
Para que este proceso de transformación pueda ser aprovechado, por ejemplo, en los medios de transporte y en turbinas centrales eléctricas, esnecesario que se repita continuamente, es decir, que sea un proceso termodinámico cíclico.
Pues como la mayoría sabe, un proceso cíclico es una sucesión de procesos en que el sistema vuelve a su estado inicial luego de determinado tiempo; esto significa que en un sistema de coordenadas P–V (en este sistema el trabajo está dado por el área del gráfico y el eje del volumen) la curva que representa al cicloes cerrada, parte de un punto y vuelve a dicho punto.
En las máquinas térmicas, una porción de cierta sustancia (o mezcla de ellas), denominada sustancia de trabajo, recibe energía térmica de un calentador, con lo cual aumentan su temperatura y, finalmente, entrega cierta cantidad de calor al ambiente o a cierta instalación enfriadora (refrigerador). En todas las máquinas térmicas la sustancia detrabajo recibe cierta cantidad de calor a elevada temperatura. Una parte de esa cantidad de calor se emplea para realizar trabajo, mientras que la otra parte es entregada al refrigerador, a baja temperatura.
Si este proceso se analiza desde la primera ley de la termodinámica (ս= Q-W), se puede deducir que como al cabo de cada ciclo la sustancia de trabajo vuelve a ser el mismo, la variación de suenergía interna en un ciclo es nula (ս= 0). Por eso al cabo del ciclo el W= Q, es decir, el trabajo realizado por la sustancia es igual a la cantidad de calor absorbida por ella en el ciclo.
Existen tres tipos de maquinas térmicas:
1. De combustión externa.
El combustible se quema fuera del motor. Un ejemplo seria la máquina de vapor; esta fue la primera máquina en convertir energía térmica enmecánica. Su funcionamiento se basa en calentar agua a alta presión para elevar su temperatura hasta un vapor saturado, que se expande y llega a ocupar un volumen 1700 veces mayor que en su estado líquido. Una vez sobrecalentado ese vapor se deja escapar por un cilindro que convierte la energía en mecánica. Se vuelve a condensar el agua y esta otra vez preparada para ser enviada por la bomba alcalentador.
2. De combustión interna.
El combustible se quema dentro del motor. El motor de cuatro tiempos es el más usado y se usa en la mayoría de los coches. Para que un motor genere energía necesita combustible y aire (el oxigeno es un gas necesario para producir la combustión). Se llama de cuatro tiempos porque tiene cuatro fases:
a) Admisión. La válvula de admisión se abre, baja el pistónhaciendo el vacio en el cilindro y entra aire y combustible.
b) Compresión. Se cierran las válvulas y el pistón sube comprimiendo la mezcla (gasolina y aire). La primera vez que sube el pistón lo hace gracias al motor de arranque, que es eléctrico. Después se mueve por los gases producto de la combustión.
c) Explosión. La mezcla comprimida explota, por la chispa de la bujía. Los gases muy calientes seexpanden y bajan el pistón.
d) Escape. Se abre la válvula de escape y se expulsan los gases de la combustión, al subir el pistón, por esa válvula. Los gases pasan al tubo de escape que los expulsa al exterior.
También está el motor de dos tiempos, es un motor más sencillo, que se usa mucho en las motos, cortador de césped, etc. Realiza el mismo ciclo que el motor de cuatro tiempos pero en sólo...