Maquinas termicas

2. Primera ley de la termodinámica
Artículo principal: PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica — en
realidad el primer principio dice más que una ley de conservación—, establece que si se
realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del
sistema cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía
necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y
energía interna.
La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:
E
entra
− E
sale
= ΔE
sistema
Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico,
queda de la forma:
ΔU = Q − W
Donde U es la energía interna del sistema (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al
sistema y W es el trabajo realizado por el sistema.
LEYES DE LA TERMODINAMICA

3. Segunda ley de la termodinámica
Esta ley arrebata la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la
imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el
agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la
imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, la
segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a
cabo teniendo en cuenta sólo el Primer Principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de
una magnitud física llamada entropía, de tal manera que, para un sistema aislado (que no intercambia materia
ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.
Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los
cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.
La aplicación más conocida es la de las máquinas térmicas, que obtienen trabajo mecánico mediante aporte de
calor de una fuente o foco caliente, para ceder parte de este calor a la fuente o foco o sumidero frío. La
diferencia entre los dos calores tiene su equivalente en el trabajo mecánico obtenido.
Existen numerosos enunciados equivalentes para definir este principio, destacándose el de Clausius y el de
Kelvin.
Enunciado de Clausius
En palabras de Sears es: "No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor de un
recipiente a una cierta temperatura y la absorción de una cantidad igual de calor por un recipiente a
temperatura más elevada".
Enunciado de Kelvin
No existe ningún dispositivo que, operando por ciclos, absorba calor de una única fuente (E. absorbida), y lo
convierta íntegramente en trabajo (E. útil).

ENTROPÍA: (simbolizada como S) es la magnitud física que mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo.

4. 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 máquina absorberá o perderá
calor durante los diversas etapas del ciclo
de trabajo.
¿QUE SON LAS MAQUINAS
TERMICAS?

5. Su inventor fue Herón siglo I D.C,
pero no pudo ser empleada con fines prácticos
para la producción de grandes cantidades de
energía mecánica.
La primera máquina térmica
Las primeras máquinas térmicas de vapor
inventadas en el siglo XVIII, eran muy
rudimentarias y tenían un rendimiento muy
bajo; es decir, consumían una gran cantidad de
combustible para producir un trabajo
relativamente pequeño.
HISTORIA DE LAS MAQUINAS
TERMICAS

6. 1769: J. Watt inventa la máquina
de vapor.
• 1816: R. Stirling inventa el motor
de aire caliente.
• 1839: J. Ericsson desarrolla varios
modelos de motores de aire
caliente
• 1876: N. Otto desarrolla el motor
de combustión interna (a
gasolina)
• 1883: C. Laval desarrolla las
turbinas de vapor
• 1892: R. Diesel inventa el motor a
compresión (Diesel)
• 1930: F. Whittle inventa la
turbina a gas para aviones
• 1944: En Alemania se desarrollan
los motores para cohetes
(von Braun)

7. EXISTEN TRES TIPOS DE MAQUINAS
TERMICAS
De combustión externa: el combustible se
quema fuera del motor. Ejemplo: una máquina
de vapor.
De combustión interna: el combustible se
quema dentro de la máquina. Ejemplo: motor
de un coche.
De reaccion : estas usan el principio de accion
y de reaccion. Ejemplo: motor de avion.
¿CUANTOS TIPOS DE
MAQUINAS TERMICAS
EXISTEN?

8. Combustión interna
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 oxígeno es un gas necesario
para producir la combustión).
Se llama de cuatro tiempos porque tiene cuatro fases:
1 Admisión 2 Compresión 3 Explosión 4 Escape

9. 1.Admisión: La válvula de admisión se abre, baja el pistón haciendo el vacío en el
cilindro y entra aire y combustible.
2.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.
3.Explosión: La mezcla comprimida explota, por la chispa de la bujía. Los gases
muy calientes se expanden y bajan el pistón.
4. 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.

10. El motor de dos tiempos: motor más sencillo, que se usa mucho en las motos,
cortadores de césped, etc. Realiza el mismo ciclo que el motor de cuatro
tiempos pero en sólo dos fases.
2. Escape-Admisión: Con el pistón abajo, los
gases de la combustión escapan por la
lumbrera, y a la vez entra la mezcla de aire
y gasolina por otra lumbrera.
Vuelve a repetirse el ciclo.
1.Compresión-Explosión: Pistón sube y
comprime la mezcla. Arriba se enciende la
bujía provocando la explosión de la
mezcla. Los gases muy calientes se
expanden y bajan el pistón son mucha
energía.

11. Los motores diésel: usan gasoil y no tienen
bujías. La mezcla del aire y el combustible se
comprime mucho y alcanza temperaturas
muy altas, por lo que la mezcla arde sin
necesidad de la chispa de la bujía.

12. Éstas maquinas utilizan el principio de accion y de reaccion para poder
funcionar.
Algunos ejemplo de maquinas de reaccion son:
Turborreactor: el aire entra aspirado por las hélices de un compresor. Después
pasa a la cámara de combustión, donde se inyecta queroseno. La mezcla arde
por la alta temperatura y los gases salen por la parte de atrás a gran velocidad.
Al salir los gases hacen girar una turbina que, a su vez, hace girar el compresor
delantero.
Turbopropulsor: Es muy parecido al turborreactor. La diferencia está en que la
turbina de la parte posterior hace girar al compresor y a una hélice delantera
exterior. La propulsión se debe a dos causas: a los gases que salen por la parte
posterior y al empuje de la hélice.

13. Máquina de vapor
Fue la primera máquina en convertir energía térmica en mecánica.
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 esta otra vez preparada para ser enviada por la bomba al
calentador.

15. Trabajo efectuado
El trabajo realizado por la máquina en un ciclo será el
área del ciclo recorrido.
Si se trata de una máquina térmica ese trabajo será
positivo ya que el área se calculará en el sentido del
ciclo calculando el área de cada transformación,
teniendo en cuenta que cuando se produce una
expansión el trabajos será + y cuando se produce una
compresión el w será -.
Por tanto el trabajo obtenido o realizado por la
máquina no depende solo del estado final e inicial de
la máquina, sino que también depende del camino
recorrido.

16. Ciclo de
Rankine
•1-2: Compresión adiabática hasta la
presión de la caldera (la T cambia
muy poco)
•2-3: calentamiento isobárico del agua
hasta el punto de ebullición
•3-4: Vaporización isobárica e
isotérmica del agua hasta convertirse
en vapor saturado
•4-5: calentamiento isobárico del
vapor convirtiéndolo en vapor a
temperatura Th
•5-6: Expansión adiabática del vapor
hasta vapor frío
•6-1: condensación isobárica e
isotérmica del vapor, convirtiéndolo
en agua

17. Proceso reversible
Es aquel en el que un sistema puede cambiar de un
estado inicial a otro final a través de numerosas etapas
de modo que la transferencia de W y Q hacia y desde el
sistema se tal que en cualquiera de las etapas
sucesivas sea tal que el sistema pueda retornar hacia
su etapa original. Se dice que estas etapas sucesivas
están en equilibrio permanente. Estos cambios son
ideales porque en requieren de tiempo infinito, sin
embargo en la naturaleza los procesos reales ocurren a
tiempos finitos.
Los procesos termodinámicos se pueden
clasificar en reversibles e irreversibles.

18. Proceso irreversible
Ocurren espontáneamente en una
dirección determinada con cambios
drásticos del sistema y su entorno lo que
hace imposible la reversibilidad.
Es importante observar, que los cambios
de energía en un cambio de estado
irreversible o reversible es siempre el
mismo debido a que la energía es una
función de estado y solo depende del
estado final e inicial sin importar como se
realizó el proceso.

19. Diferencia Maquina térmica y
máquina frigorífica
•Maquina térmica •Máquina frigorífica

20. FUNCIONAMIENTO
El comprensor succiona vapor a baja presión y
lo descarga como vapor a alta presión.
En el condensador el refrigerante cambia de
estado, pasando de vapor a líquido, teniendo
como resultado un calor que es añadido al
aire.
En la válvula de expansión el líquido a alta
presión es estrangulado, convirtiéndose en
líquido a baja presión.
En el evaporador el refrigerante extrae el calor
de los alimentos, pasando de líquido a vapor.
COMPONENTES:
EVAPORADOR
COMPRENSOR
CONDENSADOR
VALVULA DE EXPANSION
TUBO CAPILAR
UN DEPOSITO AISLANTE
TERMICAMENTE
DESHIDRATADOR
REFRIGERANTE
EL REFRIGERADOR