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LAS MQUINAS TRMICAS.

3.1.- DEFINICIN DE MQUINA.

Observaciones:

Las mquinas transforman energa, no lamultiplican ni la destruyen. (La fuerza si sepuede multiplicar, como el caso de laspalancas).

No existe mquina que produzca energa.

Una mquina recibe energa, la transforma y laentrega.

Ejemplos:

Tijeras, motor elctrico, motores de combustininterna, etc.

Contra ejemplos:

Caldera, transformador, batera, etc.

3.2.- CLASIFICACIN.

3.2.1.- GENERAL

Por su funcin principal, se pueden clasificar en:

A) MQUINAS MOTRICES:

Son aquellas que reciben cualquier tipo de energay la transforman en energa mecnica.

B) MQUINAS CONDUCIDAS:

Son aquellas que reciben energa mecnica yla transforman en cualquier tipo de energa.

SISTEMA MQUINA MOTRIZ-MQUINACONDUCIDA.

Las mquinas motrices consideradas aisladamenteno dan ninguna utilidad ya que la energa mecnicaque entregan no se aprovecha en nada. Igualmentelas mquinas conducidas consideradasaisladamente tampoco prestan ningn beneficio yaque carecen de la energa mecnica entrantenecesaria para hacerlas funcionar. Resultaentonces que, solamente la combinacin de ambases lo que produce resultados tiles:

CUALQUIERTIPO DEENERGA

MOTRIZ ENERGAMECNICA

ENERGAMECNICA CONDUCIDA

CUALQUIERTIPO DEENERGA

Dispositivo que sirve para transformarenerga, siempr e y c uand o una de las

energas pu estas en ju ego sea preci samen tela energa mecnic a y qu e 2 o ms d e su selementos tengan movim iento relat ivo

coordinado entre s

Captulo 3

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CLASIFICACIN GENERAL DE LAS MQUINAS:

ELCTRICA

HIDRULICA TRMICA (*) ELICA

MQUINAS ELCTRICA HIDRULICA

CONDUCIDAS TRMICA (*) ELICA MECNICA

(*) Estas son las mquinas que se van a estudiar en este libro.

3.3.- MQUINAS TRMICAS.

3.3.1.-DEFINICIN.

De acuerdo con la definicin general de mquina,tenemos:

MQUINA TRMICA

Por lo tanto, tenemos que:

MQUINA TRMICA MOTRIZ

Ejemplo:

Un motor de combustin interna (Transforma caloren trabajo til)

Estas mquinas debido a que transforman calor entrabajo (en un sentido antinatural), es imposiblequ e tengan una ef iciencia termo dinmic a del100%:

MQUINA TRMICA CONDUCIDA

Ejemplo:

Un compresor (transforma energa mecnica enenerga interna)

Estas mquinas por actuar en sentido natural, siestuvieran exentas de todos los problemasmecnicos, tend ran el 100% d e efic ienci a.

MOTRICES

Dispositivo que sirve para transformar deun a energa a otra, siemp re y c uand o u na

de l as energas puestas en j uego seaenerga mecnic a y la o tr a energa

cal orfic a (calo r) y qu e 2 o ms d e su selementos tengan movim iento relat ivo

coordinado entre s

Dispositivo que sirve para transformarenerga calo rfica (calo r) en energa mecnic a

(trabajo)

Dispositivo que sirve para transformarenerga mecni ca (tr ab ajo ) en en erga

trmica

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3.3.2.- CLASIFICACIN GENERAL DE LAS MQUINAS TRMICAS.

4TIEMPOS

CICLO OTTO2TIEMPOS

MOVIMIENTO 4TIEMPOS

ALTERNATIVO CICLO DIESEL2TIEMPOS

COMBUSTININTERNA

C. HESSELMAN

M. WANKEL

MQUINAS MOVIMIENTO TURBINAS COMB. A V = CTE.TRMICAS ROTATIVO DE

MOTRICES GAS COMB. A P = CTE.

PROPULSIN TURBORREACTORESA ESTATORREACTORES

REACCIN COHETES

MOVIMIENTOALTERNATIVO

MQUINA DE VAPORDE MBOLO

COMBUSTINEXTERNA

MOVIMIENTO

ROTATIVO

TURBINAS DE

VAPOR

IMPULSO

REACCIN

MBOLO

MOVIMIENTOALTERNATIVO

FUELLE

COMPRESORES DIAFRAGMADE FLUJO

INTERMITENTE ROTOR EXCNTRICO PALETAS LBULOS ANILLO LIQUIDO HELICOIDAL

MQUINAS MOVIMIENTOTRMICAS ROTATIVO

CONDUCIDAS

FLUJO AXIAL

COMPRESORESDE

FLUJO CONTINUOMOV. ROTATIVO FLUJO RADIAL

FLUJO MIXTO

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3.4.- LAS FUENTES DE ENERGATRMICA.

3.4.1.- EL SOL.

Es la fuente primaria de energa por excelencia,de l depen den tod os lo s fenmen os fsic os ,

qumicos y biolgicos de nuestro planeta

CARACTERSTICAS:

1. Genera calor por fusin atmica mediantereacciones termonucleares a altastemperaturas (millones de grados). Elhidrgeno al reaccionar y convertirse en helio

(que requiere muchsimo menos energanuclear) desprende grandes cantidades deenerga que se libera en forma de radiacinelectromagntica.

2. Es el ejemplo ms claro de la transformacinde materia en energa (La potencia del sol esde aproximadamente 4 x 1023 kW (400 miltrillones de kilowatts)

3. Aunque se va reduciendo paulatinamente al

radiar energa, por su gran masa se calcula quetodava emitir energa algunos millones deaos.

4. La tierra recibe una pequesima parte de estaradiacin (aproximadamente una dos milmillonsima parte, que equivale a 1.6 x 1014kW, es decir, 160 billones de kilowattscontinuamente). De esta energa se reflejagran parte y an as se queda una grancantidad de energa en la tierra:

W = 1350 W/m2= 0.323 kcal/m2-s (en el cenit).

Lo que significa que:

Con el so l po dramos cu br ir nu estrasnecesidades actu ales unas 100,000 veces!

5. VENTAJAS:

Es una energa limpia (no contamina).

Cae prcticamente sobre todos los pases. Es gratis! (No pasan recibo por esteconcepto cada mes)

Es la fuente ideal para nuestras mquinas!

Entonces, Por qu no se ha aprovechado?

Por las desventajas, que a continuacin sedescriben!

6. DESVENTAJAS:

Hay problemas tecnolgicos que no se han

podido solucionar por lo que su uso resultams caro que las fuentes convencionales. Est esparcida en reas muy grandes, lo

que implica costos. Es variable durante el da y durante las

estaciones. Hay que almacenarla! Lo cualtambin implica costos.

Por lo anterior slo sirve para generarpequeas cantidades para potenciasreducidas.

7. APLICACIONES:

Slo se usa en lugares donde no hayenerga, o hay escasos recursosenergticos, o se requiere en pequeascantidades, como son: Satlites, ranchos ocasas alejadas, calculadoras, etc.

Es un recurso que quiz en poco tiempo latecnologa pueda dominar.

3.4.2.- LA TIERRA.

CARACTERSTICAS:

1. Todo nuestro planeta en su interior almacenacalor (La temperatura aumenta 30/km deprofundidad): A 10 km 300C; a 50 km1500C! (Suficientes para fundir las piedras).

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2. VENTAJAS:

Tiene una potencialidad energtica muygrande. Basta recordar que la masa de latierra mT = 5.98X1024 kg, para darnoscuenta de la cantidad de energa

almacenada.

Existe bajo la superficie de cualquier puntodel planeta.

3. DESVENTAJAS:

Al igual que el sol, an no existe latecnologa para explotarla debidamente(nadie ha escarbado a 50 km! A lo msque se ha llegado es a 6000 m!).

No es gratis (Tiene un costo elevado deextraccin).

4. APLICACIONES:

Actualmente slo se aplica para plantasgeotrmicas: Italia (desde 1904), NuevaZelanda, Canad, Mxico (Los azufres,Michoacn y Cerro prieto, Mexicali)

3.4.3.- ENERGA ATMICA.

CARACTERSTICAS:

1. Con el avance de la ciencia y la tecnologa ycon el postulado de Einstein de convertir lamasa en energa, se ha logrado por medio de lafisin nuclear de un pequeo grano de materiaobtener grandes cantidades de energa.

2. VENTAJA:

La fisin nuclear puede generar energa 2millones de veces ms que la combustinde la gasolina.

3. DESVENTAJAS:

Los materiales fciles de fisionar son muyescasos y raros (Slo el uranio 235 sefisiona), lo que implica altos costos.

La velocidad de la reaccin es muy difcilde controlar. PELIGRO!

Tanto el proceso como los deshechos sonaltamente radiactivos (nocivos para la saludhumana y el medio ambiente).

Requieren instalaciones de alta seguridad(mayores costos).

4. APLICACIONES

Slo en las plantas nucleares! Y con uncontrol bastante estricto! (Hay una UninInternacional de Plantas Nucleares, que seencarga de supervisar el buenfuncionamiento de todas las plantas en elmundo.)

3.4.4.- COMBUSTIBLES FSILES (1).

CARACTERSTICAS:

1. Este es el principal recurso energtico que porsu precio y relativa facilidad de obtencin,dispone actualmente la sociedad.

2. Son todas aquellas sustancias de origenorgnico que sirven para producir calor pormedio de la reaccin de combustin.

3. Ejemplos: Carbn. Alcohol. Aceites vegetales yanimales. Madera. Grasas animales. Petrleo(A este se le considera como El segundolquido ms importante para el ser humano,despus del agua).

4. En trminos generales, los combustibles fsilesson:

1Realizar el trabajo de investigacin que viene al final de estecaptulo

Sustancias compuestas principalmente decarbon o e hidrgeno que, mediante una

reaccin qumic a se co mb inan c on uncomb urente y generan g ran cant idad de

calor, fcilmente aprovechable.

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CLAS IFICAC IN:

SLIDOS Carbn mineral

en sus diferentestipos.

Hulla, Lignito,Antracita, coque,etc.

LQUIDOS Hidrocarburos

derivados delpetrleo

Gasolinas,aceites diesel,combustleos,turbosinas, etc.

GASEOSOS Hidrocarburos

derivados delpetrleo

Gas LP, Metano,Butano, etc.

DEFINICIN:

1.- DESDE EL PUNTO DE VISTA QUMICO:

Todo aquello que pueda quemarse

2.- DESDE EL PUNTO DE VISTA DE LAINGENIERA:

VENTAJAS:

Son abundantes.

Son relativamente baratos.

Entregan cantidades apreciables de calor.

Son fciles de controlar, en comparacin

con la energa atmica.

DESVENTAJAS:

La nica (importantsima): No sonrenovables! Aunque todava existenreservas para varias dcadas.

APLICACIONES:

Dado lo anterior:

3.5.- INTRODUCCIN A LASMQUINAS TRMICASMOTRICES.

3.5.1.- PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.

Debido a que stas mquinas transforman laenerga en sentido antinatural, cost mucho trabajo,esfuerzo, estudio y tiempo poderlas entender yperfeccionar.

Para poder lograr la transformacin de Calor aTrabajo, se requiere un procedimiento general queconsta de 4 pasos fundamentales (El cual esprcticamente el mismo para todas las mquinasmotrices):

PROCEDIMIENTO GENERAL PARA LATRANSFORMACIN DE ENERGA TRMICA

A MECNICA.

No EVENTOINTERCAMBIOENERGTICO

01 Comprimir un Gas Se suministra trabajo al

fluido Trabajo entrante We( - )

02Suministrar calor al

gas comprimido (aalta temperatura)

Calor entrante Qs(+ )

03 Expandir el gas Se obtiene el trabajo del

fluido

Trabajo saliente Ws( + )

04Extraer el calor

sobrante (a bajatemperatura)

Calor saliente Qp ( - ) Es decir, sacar el calor que

el ciclo de Carnot dice queno se puede transformar entrabajo.

El mtodo es el mismo para todas lasmquinas, lo que cambia son los procesos

Son las fuentes de energa trmica porexcelencia que alimentan actu almente a

nuestras mquinas trmicas.

Aquellas sustanciasque por su preciopu eden ser usadas econmic amente para

f ines de generacin de calor porcombustin, en cantidades apreciables

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El trabajo til desarrollado por una mquina motrizser igual a la suma algebraica de los trabajos queentran y salen:

Asimismo, el calor til es la suma algebraica de loscalores que entran y salen:

Ambas son ecuaciones generales para todas lasmquinas trmicas motrices (realmente son restasy no sumas por el carcter negativo de los ltimostrminos).

3.5.2- CICLO QUE DESARROLLAN.

En el captulo 1 se defini como CicloTermodinmico a la sucesin de procesostermodinmicos a que se somete un fluido, al finalde los cuales ste vuelve a sus condicionesiniciales.

Aqu es importante asentar que un ciclo puedeconstar de tantos procesos como sea necesariopara que el fluido regrese a las condiciones iniciales(no hay lmite). Por tal motivo pueden existirinfinidad de ciclos, pero los ciclos que se usan enlas mquinas trmicas estn organizadosinteligentemente para transformar la EnergaTrmica en Energa Mecnica.

Los ciclos termodinmicos se desarrollan encondicion es idealessiempre con el mismo f lu ido(que es un gas perfecto), son cerrados por sumisma condicin de ser cclicos y adems soninternamente reversiblespor serlo los procesos deque se componen.

En cambio un CICLO(as, a secas) es aquel que

sirve para designar a:

Sin embargo, en este curso se estudiarn yanalizarn los Ciclos Teri cos de las mquinastrmicas, definindose estos de la siguientemanera:

CICLO TERICO

Es decir, no se tienen prdidas, ni de calor, ni derozamientos, ni de ninguna clase. La importancia deestos ciclos es que hay que entenderlos primeropara entender posteriormente a los reales.

3.5.3.- CONDICIONES IDEALES DE LOSCICLOS TERICOS.

El estudio de los ciclos se har tomando como baselas siguientes condiciones:

1. El fluido operante es un gas ideal y por lo tantole son aplicables las leyes de los gasesperfectos.

2. El fluido es una mezcla homognea.

3. Los procesos y los ciclos son internamente

reversibles.4. Los calores especficos del fluido (Cp y Cv) son

constantes.

5. Las paredes del recipiente donde estcontenido el fluido son aislantes perfectos y nohay intercambio de calor con el medio exterior.

6. La combustin se realiza instantneamente yen forma completa, liberando los componentesdel combustible toda la energa qumicacorrespondiente a la reaccin.

7. No hay disociacin en los productos de lacombustin.

8. El movimiento de apertura y cierre de lasvlvulas o lumbreras es instantneo.

9. No hay rozamientos entre el fluido y losconductos por los cuales circula.

10. No hay rozamientos entre los diversos rganosde la mquina.

Sucesin de eventos que se desarrollanbajo condic ion es ideales, en una mqu inahip ottica exen ta de to do s lo s p rob lemas

mecnicos de las mquinas reales

Wu = Ws + We

Qu = Qs + Qp

La sucesin de eventos repetitivos quetien en l ug ar en las mqu inas trm icas reales ,sean o no p roceso s termo dinmico s, vuelva

o no el fluido a las condiciones iniciales.

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TRABAJO DE INVESTIGACIN

TEMA 2: MONOGRAFA SOBRE EL PETRLEO

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OBJETIVO:

Tener un conocimiento amplio delpetrleo, que es la fuente principal de loscombustibles que se usan en lasmquinas trmicas.

CONTENIDO

1.1 GENERALIDADES.

Definicin, etimologa, aspecto fsico(estado, color, olor, etc.),caractersticas generales (densidad,viscosidad, calor especfico,temperaturas de ebullicin y fusin,poder calorfico, etc.).

1.2 ORIGEN.

Localizacin y condiciones para que

exista un yacimiento, exploracin, cortegeolgico de un yacimiento.

1.3 MTODOS DE EXTRACCIN.

Mtodos de perforacin, torres yequipos de perforacin. Explotacin,separadores, tanques, compresores,bombas, etc. Esquema de un campopetrolero.

1.4 MTODOS DE REFINACIN.

La destilacin primaria, esquema de latorre de destilacin fraccionada. Otrosprocesos de refinacin.

1.5 PRODUCTOS.

Principales productos de la destilacinprimaria y sus caractersticas fsicasms sobresalientes.

1.6 LOS HIDROCARBUROS.

Definicin y clasificacin por familias yseries, en base a la forma de enlace desus molculas. Cuadro sinptico de laclasificacin.

1.7 CARACTERSTICAS DE LASFAMILIAS DEHIDROCARBUROS.

Descripcin de cada una de lasprincipales familias de hidrocarburos. Encada una incluir: Nombre de la serie,frmula general, caractersticasgenerales, nomenclatura de suscomponentes, desarrollo de la serie enforma creciente, frmulas desarrolladasde algunos de sus componentes msrepresentativos. Tabla de propiedadesfsicas, que incluya: Peso moleculardensidad, temperaturas de fusin, deebullicin y de autoencendido, nmerode octano o cetano, poder calorfico,calor latente, estado en condicionesnormales y aplicaciones mas frecuentesa que se destina.

1.8 ISMEROS.

Definicin, significado qumico,nomenclatura, radicales ms comunes,frmulas desarrolladas de compuestos abase de carbn e hidrgeno con

molculas ramificadas (los msrepresentativos).

1.9 CONCLUSIONES.

1.10 BIBLIOGRAFA