Semana 14 Fenómenos termodinámicos
40 Máquinas térmicas y eficiencia de máquinas ideales
| ¿Qué es una maquina térmica? | ¿Cómo funciona una maquina térmica? | ¿Qué es la eficiencia ideal de una maquina térmica? | ¿Cómo se calcula la eficiencia real de las maquinas térmicas? | ¿Cuales son las variables que intervienen en las maquinas terminas? | ¿Qué unidades se utilizan en las variables de las maquinas térmicas?
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| Son maquinas de fluido compresible: en los motores térmicos, la energía del fluido que atraviesa la maquina disminuye, obteniéndose energía mecánica | Una máquina térmica consiste en un instrumento que genera trabajo mecánico a partir de energía térmica. | La eficiencia en una maquina térmica es la relación entre el trabajo mecánico producido y el calor suministrado. | E= T/Q1=(Q1-Q2)/Q1=(T1-T2)/T1
T: Trabajo mecánico Q1: Calor suministrado. Q2: Calor obtenido T1: trabajo de entrada T2: Trabajo de salida | Trabajo Calor de entrada y salida Y Temperaturas de entrada y salida. | Calorías y joule |
Principio de funcionamiento de la maquina térmica.
Material: Lámpara de alcohol, matraz erlenmeyer, tapón mono horadado, tubo de vidrio de desprendimiento. Rehilete.
Colocar en el matraz erlenmeyer 100 ml de agua, colocar el tapón mono horadado con el tubo de des vidrio de desprendimiento, calentar el agua hasta que salga el vapor por el tubo de vidrio, acercar el rehilete a la salida del vapor y determinar la vueltas por minuto de giro del rehilete. Tabular y graficar los datos.
Equipo | Giros por minuto del rehilete |
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GRAFICA
Equipo | Giros por minuto del rehilete | | | | | |
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Conclusiones: El vapor es este caso actuo como una energia que se aplicaba en el rehilete para hacer que se moviera con una fuerza que este mismo tenia al se provocado por la reaccion del vapor.
41 Esquema general de las máquinas
Junto a la conversión de trabajo en calor puesta de manifiesto en las experiencias de Joule, la transformación efectuada en sentido inverso es físicamente realizable. Los motores de explosión que mueven, en general, los vehículos automóviles y la máquina de vapor de las antiguas locomotoras de carbón, son dispositivos capaces de llevar a cabo la transformación del calor en trabajo mecánico. Este tipo de dispositivos reciben el nombre genérico de máquinas térmicas
Las máquinas térmicas son aquellos dispositivos que se utilizan para transformar la energía (de un tipo a otro), y que en su funcionamiento producen un intercambio de calor. Dentro de las clases de máquinas térmicas, hay dos grandes grupos: los motores y los generadores. En los motores térmicos, la energía del fluido que atraviesa la máquina disminuye, obteniéndose energía mecánica. En el caso de generadores térmicos, el proceso es el inverso, de modo que el fluido incrementa su energía al atravesar la máquina. Tal distinción es puramente formal: Los motores térmicos, son máquinas que emplean la energía resultante de un proceso, generalmente de combustión, para incrementar la energía de un fluido que posteriormente se aprovecha para la obtención de energía mecánica. Los ciclos termodinámicos empleados, exigen la utilización de una máquina o grupo generador que puede ser hidráulico (en los ciclos de turbina de vapor) o térmico (en los ciclos de turbina de gas), de modo que sin éste el grupo motor no puede funcionar, de ahí que en la práctica se denomine Motor Térmico al conjunto de elementos atravesados por el fluido, y no exclusivamente al elemento en el que se obtiene la energía mecánica.
Ninguna máquina térmica alcanza un rendimiento del cien por cien. Esta limitación no es de tipo técnico, de modo que no podrá ser eliminada cuando el desarrollo tecnológico alcance un nivel superior al actual; se trata, sin embargo, de una ley general de la naturaleza que imposibilita la transformación íntegra de calor en trabajo. Por tal motivo las transformaciones energéticas que terminan en calor suponen una degradación de la energía, toda vez que la total reconversión del calor en trabajo útil no está permitida por las leyes naturales.
42 Recap. 14
Ejercicio 29
Un motor de automóvil consume combustible a razón de 20 L/h y transfiere 60 Kw de potencia a las ruedas. Si el combustible tiene un poder calorífico de 44000 Kj/Kg y una densidad de 0.8 g/cm3, determine la eficiencia de este motor.
Ejercicio 75
En climas tropicales, el agua cercana a la superficie del océano permanece caliente durante el año debido a la absorción de energía solar. Sin embargo, en las partes más profundas del océano, el agua permanece a una temperatura relativamente baja puesto que los rayos del sol no pueden penetrar muy hondo. Se propone aprovechar esta diferencia de temperatura y construir una central eléctrica que absorberá calor del agua caliente a la superficie y liberara calor de desecho en el agua fría a unos cientos de metros abajo. Determine la eficiencia térmica máxima de dicha planta si las temperaturas del agua en los dos puntos respectivos son 24 y 4° C
Ejercicio 104
Se emplea un sistema de acondicionamiento de aire para mantener una casa a una temperatura constante de 20° C. La casa gana calor del exterior a una relación de 20000 Kj/h, y el calor generado en la casa por la gente, las lámparas y los aparatos es igual a 8000 Kj/h. Para un COP de 2.5, determine la entrada de potencia requerida para este sistema de acondicionamiento de aire
