MÁQUINAS TÉRMICAS

PRESENTACIÓN

MÁQUINAS TÉRMICAS

MALENA VÍLCHEZ PEDRERA

ÍNDICE

1. ¿Qué son?

5. Historia

2. Funcionamiento

6. Importancia actual

7. Curiosidades

3. Beneficios

4. Tipos

8. Gracias

¿QUÉ SON?

Las máquinas térmicas son un conjunto de elementos mecánicos que han hecho posible la transformación del calor (energía térmica) en energía mecánica y viceversa. Son los dispositivos que más han contribuido en el progreso indispensable del desarrollo tecnológico actual. Debido a esto, han llegado a ser imprescindibles en muchos aspectos de la vida moderna, bien directamente o indirectamente; para facilitar o realizar tareas cotidianas de una manera más simple.

FUNCIONAMIENTO

Para el funcionamiento de una máquina térmica, una sustancia tiene que tomar calor de un foco calorífico caliente llamado hogar, que se encuentra a una alta temperatura y que después de realizar un trabajo, cede parte del calor a otro foco calorífico frío (a menor temperatura) llamado refrigerante.

Fórmula del trabajo producido:

W=Q1-Q2

Fórmula del rendimiento:

R=Q1-Q2/Q1=t1-t2/t1

MÁQUINA DE VAPOR

MOTOR DE EXPLOSIÓN

Es otra manera de llamar a un motor de combustión interna. El combustible utilizado es gasolina mezclada con aire que pasa del carburador al cilindro. Su funcionamiento tiene lugar en cuatro tiempos: admisión, compresión, explosión-expansión y expulsión.

Su funcionamiento se basa en calentar agua a alta presión para elevar su temperatura hasta un vapor saturado. Una vez sobrecalentado ese vapor se deja escapar por un cilindro que convierte la energía en mecánica. Se vuelve a condensar el agua y se prepara para ser enviada por la bomba al calentador.

MAQUINA FRIGORÍFICA

MOTOR DIÉSEL

El funcionamiento de este motor tiene cuatro ciclos:-Admisión: se produce el llenado de aire. -Compresión: se cierra la válvula de admisión y el pistón realiza su recorrido hacia el punto muerto superior. -Combustión: antes de que el pistón llegue al punto, el inyector pulveriza combustible en el interior de la camara. -Escape: la presión generada por la combustión impulsa el pistón hacia abajo y expulsa los gases quemados.

Estas máquinas funcionan al contrario que una máquina térmica. Toman calor de un punto frío y lo ceden a un punto más caliente gracias al trabajo.Para obtener el calor del foco frío se usa una sustancia que sufre varias transformaciones de presión y temperatura hasta finalmente, expandirse y absorver el calor.

BENEFICIOS

Los principales beneficios de las máquinas térmicas son:

• Transportes: el sistema de transportes que actualmente se utiliza depende mucho de las máquinas térmicas para su propulsión ya sean transportes terrestres, marinos o aéreos.
• Generación de energía eléctrica: esta energía es una de las más utilizadas por el hombre y las máquinas térmicas hacen un papel muy importante generando la mayor parte de la energía eléctrica que se consume.
• Agricultura: practicamente todas las labores agrícolas mecanizadas que se realizan en el mundo actual son impulsadas por máquinas térmicas.

TIPOS DE MÁQUINAS TÉRMICAS

MÁQUINAS DE COMBUSTIÓN EXTERNA

MÁQUINAS DE REACCIÓN

MÁQUINAS DE COMBUSTIÓN INTERNA

El combustible se quema fuera del motor y la sustancia que transporta el calor suele ser vapor de agua. Ejemplos: máquina de vapor o turbina de vapor.

El combustible se quema dentro de la máquina y la sustancia que transporta el calor es un gas, sobretodo aire. Ejemplos: motores de explosión o motores diesel para automoción.

Este tipo de máquinas térmicas usan el principio de acción y reacción . Ejemplos: un motor de avión.

HISTORIA DE LAS MÁQUINAS TÉRMICAS

A finales del siglo XVII, ya se sabía que la presión atmosférica o la del vapor podían usarse como fuente de potencia. Los primeros intentos de utilizar esta idea tuvieron un éxito limitado pero a principios del siglo XVIII, un ingeniero inglés, Thomas Newcomen comenzó a fabricar máquinas eficaces y fiables. Estas máquinas se extendieron por Reino Unido, todo Europa Occidental y América revolucionando la industria, la minería y el desarrollo de la física. Esta máquina consistía en un gran cilindro vertical, abierto en la parte superior, en el que un pistón suspendido de una cadena lo unía a un travesaño horizontal con un pivote central. El travesaño tenía unos extremos curvados para mantener la verticalidad de la cadena cuando oscilaba.

El movimiento se originaba cuando el vapor pasaba de una caldera al cilindro por debajo del pistón, y después se enfriaba echando agua fría. La presión atmosférica empujaba el pistón hacia abajo. Entonces, se iniciaba de nuevo el ciclo: una nueva inyección de vapor subía el pistón creando así un movimiento continuo de subida y bajada que podía usarse conectando el otro extremo del travesaño a una máquina que pudiera aprovecharlo. En sus comienzos, esta máquina se usaba como bomba para extraer el agua de las minas. James Watt, fabricante de instrumentos y filósofo, contribuyó a mejorar el diseño de Newcomen. Incluyó un condensador separado para evitar inyectar el agua fría en el cilindro. Watt priorizó el uso del vapo (más que el de la presión atmosférica) para hacer mover el cilindro. Además, incluyó una etapa en la que el vapor empujaba el cilindro directamente lo que permitió cambiar la cadena de Newcomen por una palanca fija, incrementando así la capacidad del vapor como fuente de potencia.

James Watt y su socio, Mathew Bolton, habían patentado su invento, por lo que hasta principios del siglo XIX tuvieron un monopolio sobre las máquinas de vapor eficientes. Una vez que se vence a la patente, se empezaron a disminuir los precios por la entrada de otros fabricantes que empezaban a experimentar con presiones de vapor más altas que la atmosférica desembocando en la posibilidad de construir la locomotora de vapor. Richard Trevithick y después George Stephenson y su hijo Robert fueron los innovadores más importantes.Estas innovaciones llevaron a mejoras importantes en la economía de las máquinas. Sadi Carnot, un físico e ingeniero francés, concebía las máquinas térmicas como un dispositivo capaz de producir trabajo por la "caída" del calor desde una temperatura alta en la caldera hasta una temperatura baja en el condensador: cuanta más alta fuese la caída, mayor el trabajo producido .

A mediados del siglo, James Joule y Rudolf Clausius demostraron que parte del "calor que caía" se convertía en trabajo, e incluso establecieron la cantidad de trabajo necesario como constante para conseguir una unidad de calor, el equivalente mecánico del calor. Esto se traduciría como el primer principio de la termodinámica. Los siguientes desarrollos se desarrollaron en la segunda mitad de siglo, por una parte, en usar recursos diferentes al vapor para aumentar la eficacia de las máquinas y otra parte en la que se mejora la economía, la potencia y se reduce el tamaño de las máquinas térmicas. En 1900, las máquinas horizontales habían desplazado a las verticales y los sistemas de combustión interna eran la alternativa para determinados usos. El diseño favorito cuando había que manejar mucha potencia eran las turbinas de vapor y las máquinas de vapor fueron la principal fuente de generación de electricidad hasta mediados del siglo XX.

IMPORTANTES MOMENTOS EN LA HISTORIA DE LAS MÁQUINAS TÉRMICAS I

1876

1839

1816

1769

N. Otto desarrolla el motor de combustión interna

J. Ericsson desarrolla varios modelos de motores de aire caliente

R. Stirling inventa el motor de aire caliente

J Watt inventa la máquina de vapor

IMPORTANTES MOMENTOS EN LA HISTORIA DE LAS MÁQUINAS TÉRMICAS II

1944

1930

1892

1883

En Alemania se desarrollan los motores para cohetes

F. Whittle inventa la turbina a gas para aviones

R. Diesel inventa el motor de compresión (Diesel)

C. Laval desarrolla las turbinas de vapor

IMPORTANCIA ACTUAL

Las máquinas térmicas fueron la principal llave de la Revolución Industrial como he explicado antes y siguen siendo de gran importancia en la actualidad. Las máquinas térmicas tienen una principal aplicación como motores de explosión. Millones de vehículos utilizan este tipo de maquinaria para su funcionamiento de manera exitosa. Además se han logrado niveles variables de potencia. Otro caso frecuente en el que se usan estas máquinas es, como he dicho antes, en las turbinas de vapor. Esto se suele utilizar en las plantas de generación de energía; el calentamiento permite generar vapor y con esto, energía eléctrica. Esta maquinaria ha sido util también para generar energía mecánica y se implanta también en ferrocarriles que se desarrollaron gracias a esto. Por otra parte, los motores de reacción se han utilizado mayoritariamente en lo aéreo. A pesar de que hay gran cantidad de aviones y avionetas con estos motores, hay muchos casos en los que se han reemplazado.

Las máquinas térmicas nos ayudan muchas veces porque pueden ser complementarias; por ejemplo, en la aviación no es la tecnología principal pero sí es necesaria en aeronaves pequeñas. Además, en las industrias electrointensivas se suelen utilizar estas máquinas. Esto ocurre porque se consigue el calientamiento necesario para operar en su día a día con garantías. Por esta razón, en ciertos sectores es poco probable que desaparezcan en un corto plazo.

CURIOSIDADES

-El rendimiento de una máquina térmica entre dos temperaturas muy próximas tiende a 0, a medida que desciende la distancia entre las dos temperaturas. -Las máquinas térmicas más eficientes operan a altas temperaturas, aunque existen limitaciones de las propiedades de los materiales que los componen. -Un motor de combustión interna opera aproximadamente a 120º obteniendo rendimientos del 25%.

GRACIAS