Universidad Técnica Nacional Sede Pacifico IPRI Asignatura: Termodinámica

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Universidad Técnica Nacional

Sede Pacifico

IPRI

Asignatura:

Termodinámica

Proyecto de investigación:

Maquinas térmicas

Profesor:

Luis Alberto Rojas M.

Estudiante:

Charlyn Graciela Vargas Duarte

Carnet:

604440378

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Tabla de contenido

I - Objetivos. ... 3

Objetivo General ... 3

Objetivos Específicos ... 3

II - Introducción: ... 4

III - Marco Teórico ... 5

Las primeras máquinas de vapor. ... 5

Clasificación de las maquinas térmicas: ... 7

Máquinas o motores térmicos ... 7

Principio de funcionamiento ... 9

Trabajo realizado por una máquina térmica: ... 11

IV – Conclusiones ... 13

V - Bibliografía ... 14

Indicé de figuras figura 1.motor de 2 tiempos ... 11

figura 2.tiempos de motores ... 11

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I - Objetivos.

Objetivo General

Estudiar las maquinas térmicas, clasificaciones, principio de funcionamiento y el trabajo

realizado por estas.

Objetivos Específicos

• Identificar que es una maquina térmica

• Determinar el principio de funcionamiento de las maquinas térmicas.

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II - Introducción:

La invención de las máquinas térmicas abrió nuevos horizontes, cambiando en pocos

años la marcha de la civilización, y contribuyó eficazmente a la revolución industrial, que

caracteriza a los siglos XVIII y XIX. Los dispositivos destinados a transformar energía

calorífica en energía mecánica se denominan máquinas térmicas, las cuales se pueden

clasificar en dos tipos fundamentales: máquinas de vapor, que utilizan el vapor de agua

producido por calentamiento, y motores de explosión, que funcionan gracias a la expansión

de los gases producidos por la combustión de una mezcla explosiva.

Una máquina térmica es un dispositivo cuyo objetivo es convertir calor en trabajo.

Para ello utiliza de una sustancia de trabajo (vapor de agua, aire, gasolina) que realiza una

serie de transformaciones termodinámicas de forma cíclica, para que la máquina pueda

funcionar de forma continua. A través de dichas transformaciones la sustancia absorbe calor

(normalmente, de un foco térmico) que transforma en trabajo.

Principio de funcionamiento es el calor desprendido por la combustión en el interior

de un cilindro provoca la expansión de los gases en su interior y el desplazamiento alternativo

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III - Marco Teórico

Las primeras máquinas de vapor.

En 1712, el inglés Newcomen construyó un dispositivo que transformaba el calor en trabajo,

y que guarda un cierto parecido con las máquinas de vapor utilizadas en la actualidad. Estaba

constituido por una caldera que mediante un tubo comunicaba con un cilindro vertical, cuyo

pistón se unía al brazo de una palanca.

El vapor de la caldera empujaba el pistón hacia arriba, hasta alcanzar la posición superior; en

este momento se proyectaba dentro del cilindro un chorro de agua fría, mediante una válvula

accionada por la palanca. De este modo, el vapor se enfriaba y condensaba creando un vacío

en el interior del cilindro y en la caldera. Entonces la presión de la atmósfera empujaba el

pistón hacia abajo.

La máquina de Newcomen presentaba el inconveniente de que en cada carrera del pistón, el

agua perdía la temperatura de ebullición, precisando recuperar ésta para que se repitiera el

proceso.

Durante más de dos décadas este dispositivo se utilizó para bombear agua de las minas y de

los pozos.

La utilización industrial de la máquina de vapor fue llevada a cabo por James Watt, ingeniero

escocés, que modificó el dispositivo de Newcomen en el sentido de evitar las pérdidas de

calor. Para ello construyó un aparato que llevaba una cámara separada que aspiraba el vapor y

donde se condensaba por medio de un sistema de refrigeración. De este modo consiguió

disminuir el tiempo de subida y bajada del émbolo y ahorró gran cantidad de combustible, lo

que representa una considerable economía.

Hay que notar que estas máquinas no utilizan la presión del vapor, sino que su

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a la presión atmosférica y hace descender el émbolo y, por consiguiente, da el impulso

necesario para la ascensión.

La necesidad de refrigerar el vapor lleva consigo la utilización de grandes cantidades de agua

que hace a la máquina de vapor inaplicable a la tracción. Unos años más tarde, el propio Watt

ideó un dispositivo de doble efecto, y a partir de este momento la máquina de vapor fue

utilizada para el transporte, construyéndose diversos tipos de vehículos y empleándose,

también, para mover los barcos.

Para disminuir el riesgo que supone la elevada presión a que está sometido el vapor de la

caldera, Watt ideó un dispositivo, llamado “regulador centrífugo”, de cuyo fundamento nos

hemos ocupado en páginas anteriores, para evitar posibles explosiones.

Maquina térmica

Una máquina térmica es un dispositivo cuyo objetivo es convertir calor en trabajo. Para ello

utiliza de una sustancia de trabajo (vapor de agua, aire, gasolina) que realiza una serie de

transformaciones termodinámicas de forma cíclica, para que la máquina pueda funcionar de

forma continua. A través de dichas transformaciones la sustancia absorbe calor

(normalmente, de un foco térmico) que transforma en trabajo.

Una máquina térmica es un conjunto de elementos mecánicos que permite

intercambiar energía, generalmente a través de un eje, mediante la variación de energía de

un fluido que varía su densidad significativamente al atravesar la máquina. Se trata de

una máquina de fluido en la que varía el volumen específico del fluido en tal magnitud que

los efectos mecánicos y los efectos térmicos son interdependientes.

El fluido que evoluciona por la máquina es compresible y varía su densidad de forma

significativa al atravesar la máquina (UNED, 2014). Las maquinas térmicas la presión 1y 2

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Clasificación de las maquinas térmicas:

Según el sentido de transferencia de energía

Motoras P1>P2: en las cuales la energía del fluido disminuye al atravesar la máquina,

obteniéndose energía mecánica en el eje. Ejemplos: Turbina térmica, máquina de vapor.

Generadoras P1<P2: en las cuales la energía del fluido aumenta al atravesar la máquina,

precisándose energía mecánica en el eje. Ejemplos: Turbocompresor, compresor volumétrico

de lóbulos.

Según el principio de funcionamiento

Dependiendo de si el fluido circula de manera continua o en cada instante evoluciona una

cantidad bien definida de fluido. Atendiendo al principio de funcionamiento, las máquinas

térmicas se clasifican en:

❖ Máquinas volumétricas o máquinas de desplazamiento positivo: cuyo funcionamiento está

basado en principios mecánicos e hidrostáticos, de manera que el fluido en algún instante está

contenido en un volumen limitado por los elementos de la máquina. En este tipo de máquinas

el flujo es pulsatorio. Se dividen a su vez en dos tipos según el movimiento del órgano

propulsor: alternativas, cuyo movimiento es rectilíneo; y rotativas, cuyo movimiento

es circular. Ejemplos: bomba alternativa, compresor alternativo, compresor rotativo de

paletas, compresor rotativo de tornillo, etc.

❖ Dinámicas o turbo máquinas: cuyo funcionamiento está basado en el intercambio de cantidad

de movimiento entre el fluido y un rodete. En estas máquinas el flujo es continuo. Ejemplos:

turbina, bomba centrífuga, turbocompresor.

Máquinas o motores térmicos

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Clasificación

De combustión interna

La combustión se produce dentro del motor en el mismo lugar donde se encuentran alojados

los mecanismos de transmisión y transformación del movimiento.

• Alternativos: el movimiento producido es alternativo

❖ Motores de explosión o de encendido provocado (motores Otto).

❖ Motores de combustión, de encendido por comprensión (motores Diesel).

• Rotativos: el movimiento producido es rotativo.

❖ Motor Wankel (motor rotativo volumétrico)

❖ Turbinas de gas de ciclo abierto (motores de propulsión-aviación)

De combustión externa

La combustión se produce en el exterior del motor-en diferente lugar a donde se encuentran

los mecanismos de transmisión del movimiento, siendo un fluido intermedio el encargado de

provocar el movimiento de la máquina.

• Alternativos

❖ Máquina de vapor

❖ Motor Stirling

• Rotativos

❖ Turbinas de vapor (en centrales térmicas y nucleares)

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Motores de combustión interna alternativos Partes:

Tabla 1.Partes de un motor de combustión interna

Principio de funcionamiento

El calor desprendido por la combustión en el interior de un cilindro provoca la expansión de

los gases en su interior y el desplazamiento alternativo de un pistón, convirtiendo así la

energía térmica del combustible en energía mecánica. Pueden ser de 2 o 4 tiempos y según la

forma en la que se inicia la combustión pueden ser de encendido provocado o de explosión

CULATA Cámara de combustión

Válvulas de admisión y escape

CILINDRO Cámara

Pistón unido a la biela por un bulón

CARTER Cigüeñal unido a las bielas por

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Principales diferencias

Motores de 4 tiempos: realizan un ciclo de trabajo útil en cuatro carreras del pistón o dos vueltas completas del cigüeñal.

Motor Otto: se produce la admisión de combustible y aire, se comprime la mezcla y una chispa provoca el encendido o inicio del proceso de combustión. En estos motores la Rc es

menor que en los motores de combustión, ya que si la mezcla se comprime en exceso se

produciría la detonación o explosión antes de que salte la chispa, disminuyendo el

rendimiento del motor.

Motor Diesel: en el primer tiempo sólo se produce la admisión de aire, este se comprime y por tanto se eleva su temperatura y en ese momento se inyecta el combustible, produciéndose

la ignición e inicio de la combustión, sin necesidad de provocarla mediante una chispa. En

estos motores la Rc puede ser mayor al no existir peligro de detonación, por lo que pueden

conseguir mayor potencia con menor consumo, pero obliga en su construcción a que sean

más robustos, lo que a su vez hace que tengan una respuesta más lenta.

Motores de 2 tiempos: realizan un ciclo de trabajo útil en dos carreras del pistón o una vuelta completa del cigüeñal. Más sencillos en su construcción y mucho más ligeros que los

anteriores, se emplean por tanto en motocicletas, motosierras, entre otras. La lumbrera de

admisión está comunicada con el carter por lo que el lubricante se mezcla con el combustible

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figura 1.motor de 2 tiempos

Sobrealimentación-TURBO: consiste en aumentar la potencia del motor al incrementar la cantidad de aire y combustible que se introduce en el cilindro en cada ciclo. Para ello hay que

comprimir más el aire o la mezcla que se introduzca en el primer tiempo, empleando un

compresor que a su vez es accionado por una turbina que se mueve por los gases de escape

(turbocompresor).

Tiempos motores de explosión y combustión

figura 2.tiempos de motores Trabajo realizado por una máquina térmica:

No todo el calor absorbido se convierte en trabajo de expansión de los gases (rendimiento

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útil o movimiento final de la máquina (rendimiento mecánico). Hay dos tipos de pérdidas:

térmicas (t) y mecánicas (m)

El rendimiento o eficiencia de una máquina térmica es la relación entre la energía que

deseamos obtener de dicha máquina (trabajo realizado) y la energía consumida en su

funcionamiento (energía suministrada). En los automóviles, el rendimiento oscila entre el

20-25 % de la energía suministrada. Es decir, el 75% de la energía suministrada se libera a la

atmósfera en forma de calor.

𝑅 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑎 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑠𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑠𝑡𝑟𝑑𝑎

Ejemplo de máquina térmica: una máquina de vapor

En general, una máquina térmica conduce una sustancia de trabajo (agua) a través de

procesos cíclicos durante los cuales:

1. Se extrae energía de un foco de mayor temperatura (se necesita un fuego, foco de mayor

temperatura, para convertir el agua líquida en vapor de agua en el interior de una caldera)

2. La máquina realiza un trabajo (el vapor de agua se expande contra un émbolo, realizando

un trabajo)

3. La máquina cede energía a un foco de menor temperatura (se condensa el vapor con agua

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IV – Conclusiones

• Se logra identificar que una máquina térmica es un dispositivo cuyo objetivo es

convertir calor en trabajo y es un conjunto de elementos mecánicos que permite

intercambiar energía, generalmente a través de un eje.

• Se determina que el principio de funcionamiento es el calor desprendido por la

combustión en el interior de un cilindro provoca la expansión de los gases en su

interior y el desplazamiento alternativo de un pistón, convirtiendo así la energía

térmica del combustible en energía mecánica

• Se concluye que el rendimiento o eficiencia de una máquina térmica es la relación

entre la energía que deseamos obtener de dicha máquina y la energía consumida en su

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V - Bibliografía

Máquinas térmicas, UNED - Universidad Nacional de Educación a Distancia, 2014. ProQuest Ebook

Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/biblioutnsp/detail.action?docID=3220075.

Figure

figura 1.motor de 2 tiempos .............................................................................................................................

figura 1.motor

de 2 tiempos ............................................................................................................................. p.2
figura 1.motor de 2 tiempos

figura 1.motor

de 2 tiempos p.11
figura 2.tiempos de motores

figura 2.tiempos

de motores p.11