MOTOR TERMICO

Ao de la Promocin de la Industria Responsable y

Compromiso Climtico

Maquina

Trmica

MOTOR TERMICO

Un motor trmico es una mquina cclica que tiene como misin transformar

energa trmica en energa mecnica que sea directamente utilizable para

producir trabajo. Y Se pueden establecer varias clasificaciones atendiendo

lugar donde se realiza la combustin o al funcionamiento mecnico.

El trabajo que experimenta el proceso cclico de un motor trmico puede ser

en principio cualquiera pero lo habitual es que sea de un gas porque es

posible conseguir mayores cambios de volumen y por lo tanto mayores

trabajos entonces bastan dos variables que estado para especificar el estado el

l estado del sistema y el proceso puede representarse el diagrama PV por

tratarse de un proceso cclico.

Su presentacin es un una curva cerrada es fcil ver que para el sistema

realice trabajo sobre el exterior, la curva se tiene que recorrer en el sentido de

las agujas del reloj. Si recorremos la curva en sentido contrario

Invertimos el signo del trabajo, y calor y el ciclo corresponde a una maquina

trmica.

En la prctica desarrollada En el motor de Carnot se trata de una

presentacin del comportamiento ideal de un gas atravez de cuatro cambios

sucesivos que lleva consigo un intercambio de calo y trabajo con el exterior y

constituye la primera aproximacin de lo que ocurre en el cilindro de motor de

explosin.

Eta prctica tiene como objetivo principal:

Hacer funcionar un motor trmico sencillo que trabaje entre dos fuentes

entre dos fuentes s de calor.

Dibujar su ciclo en un diagrama PV y calcular su rendimiento.

I. INTRODUCCIN

MOTOR TERMICO

1. CICLOS TERMODINMICOS:

Segn Sonia Val (2001) seala que para que una maquina trmica pueda

realizar un trabajo neto, es necesario que trabaje entre dos focos de calor, un

foco caliente del que extraemos calor 1 o y un foco frio al que cedemos

calor 2 o cuya diferencia

= .

Denominamos:

Proceso abierto: cuando no coincide el punto inicial y el final.

Proceso cerrado: cuando el punto inicial coincide con el final.

Todo sistema termodinmico posee una energa interna de la que no se conoce

su valor pero si podemos conocer la variacin que puede sufrir. Si tenemos un

sistema como el de la figura:

Aplicando el primer principio de la

termodinmica a un sistema cualquiera.

2. SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINMICA:

Segn Sonia Val (1991) seala que no es posible desarrollar un sistema que

opere segn un ciclo termodinmico de manera que ceda una cantidad neta de

trabajo a su entorno si recibe calor de una nica fuente trmica.

El segundo principio impone una condicin adicional a los procesos

termodinmicos. No basta con que se conserve la energa y cumplan as el

primer principio. Una mquina que realizara trabajo violando el segundo

principio se denomina "mvil perpetuo de segunda especie", ya que podra

obtener energa continuamente de un entorno fro para realizar trabajo en un

entorno caliente sin coste alguno. A veces, el segundo principio se formula

como una afirmacin que descarta la existencia de un mvil perpetuo de

segunda especie.

II. REVISIN BIBLIOGRFICA

MOTOR TERMICO

3. MOTOR TRMICO:

Segn Serrano Cceres (2007) seala que es aquel que realiza un trabajo al

pasar calor desde un foco caliente a otro frio.

Al realizar un ciclo =

4. EFICIENCIA (E):

Segn Serrano Cceres (2007) seala que el rendimiento de un motor

trmico ser:

=

Siendo W el trabajo til realizado por la maquina y Q1 el calor que cede el foco

caliente; se puede deducir que, dado 1 = + 2

5. MOTOR DE CARNOT:

Segn Serrano Cceres (2007) seala que Nicols Leonard Sadi Carnot

(ingeniero francs) estudio un motor trmico el que:

1 al motor se le suministra energa en forma de calor a temperatura elevada.

2 el calor realiza un trabajo mecnico.

3 el motor cede calor a temperatura inferior.

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6. CICLO DE CARNOT:

Segn Arboleda (2006) seala que el ciclo de Carnot es un ciclo terico y

reversible.

El rendimiento de una mquina de Carnot est determinado por la

temperatura de foco frio T2 y del foco caliente T1.

El rendimiento de una mquina de este tipo ser mayor cuanto mayor sea la

diferencia entre las temperaturas del foco caliente T1 y el foco frio T2.

Segn Isabel Piar (1998) seala que este tipo de procesos o

transformaciones son ideales, no existen en la naturaleza porque en todo

proceso existe una prdida de energa por pequea que sea y nunca se puede

recuperar al invertir el proceso.

En un ciclo de Carnot normal su eficiencia o rendimiento es superior a cero y

mximo 1.

Ejemplos: Un objeto que se desliza por el suelo desde un punto A hasta otro

punto B pierde energa por rozamiento, si volviese desde B hasta A, nunca

recuperara su energa perdida por rozamiento.

Si quemo butano, existe una combustin que lo transforma en CO2 y H2O,

adems de calor. No es posible invertir el proceso, es decir, que ese calor

generado combine CO2 y H2O para obtener butano.

Existe un ciclo ideal que realiza un motor trmico ideal propuesto por el

francs Carnot, que reversible y sirve como referencia para estudiar cualquier

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motor. Es el ciclo de Carnot para motores de Carnot. Estos motores no son

reales, son ideales.

Caractersticas:

1. Actan entre dos focos de calor, el caliente a temperatura T1 y el frio a

temperatura T2

2. Se realizan en cuatro etapas o tiempos

3. Se considera reversible.

7. PRINCIPIOS DE MOTORES TRMICOS:

Segn Arboleda (2006) seala que los motores trmicos son aquellos que

transforman la energa trmica en mecnica. Lo podemos clasificar en dos

grandes grupos, los de combustin externa realizan la combustin de una

manera continua fuera del propio motor, como por ejemplo la antigua

mquina de vapor y las actuales centrales trmicas; los de combustin interna

realizan la combustin dentro de la propia mquina, como por ejemplo el

motor Otto, motor Diesel, motor rotativo y turbina de gas.

En todos los motores de este tipo se precisan un comburente, normalmente

oxgeno del aire, y un combustible que puede ser lquido: gasolina, gasoil,

alcohol o aceite vegetal. Gaseoso: butano propano, metano, etc. y solido:

carbn, uranio, etc.

Tambin puede hacerse una clasificacin de los motores de combustin

interna en funcin del nmero de carreras necesarias o tiempos para

completar un ciclo.

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II. MATERIALES

TERMOMETROS VASOS DE PRECIPITACIN

JERINGA DE VIDRIO

SOPORTE UNIVERSAL

ADAPTADOR - ABRAZADERA

CILINDRO DE PLOMO

SELLADO

HERMETICAMENTE

PESA DE 50 g

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III. METODO

Armar la estructura donde se soportara la jeringa. Asi como se muestra en la foto

Un uno de los vasos de presipitado llenar con agua fra y el otro con agua caliente tomar

las temperaturas y apuntar

El cilindro de plomo se sumergir en agua fra se espera 5 segundos se abrir el

controlador de salida de aire luego se pasara el cilindro hacia el agua caliente se

espera 5 segundos y se seala el volumen

Se succionara aire del cilindro por la jeringa hasta un volumen de 10 y se cerrara el

controlador de escape y se colocara la pesa de 50 g sobre la jeringa

Se quitara la pesa y se sealara el nuevo volumen

Se colocara el cilindro en el agua fra y se anotara el volumen m para luego colocar la

pesa y anotar el volumen final que deber estar cerca al volumen inicial

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IV.RESULTADOS Y DISCUSIONES

4.1 RESULTADOS

DATOS:

Sustancia de trabajo: aire

= 60

Diametro = 2.74 cm

= 50

Diametro = 2 cm

tiempo = 5 s.

Puntos V

A 10

B 18.5

C 24

D 13

PARA V 1

Hallamos las presiones en cada punto:

Hallamos la PA:

= F

A ; F = m. a F = m. g

= .

() +

.

+

= (0.06 kg) (9.81

ms2

)

(0.0137m)2 +

(0.05kg) (9.81ms2

)

(0.01m)2+ 520 (

101325

760)

= + +

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= .

= .

= .

= .

= 998.226 + 1561.309 + 69327.632

Hallamos la : Proceso isotermico

= (10

18.5) 71.887KPa

Hallamos la : Proceso isoentropico (K del aire = 1.4)

= (18.5

24)

1.4

38.857

Hallamos la : Procesp isotermico

= 24

1326.990

. = . =

. = .

= (

)

. = . =

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A continuacin resumimos los valores obtenidos luego de realizada la prctica.

PUNTOS VOLUMEN ( m L ) PRESION (KPa)

1 10 .

2 18.5 38.857

3 24 26.990

4 13 49.827

1 10 .

Proceso representado en el diagrama (P-V).

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 5 10 15 20 25 30 35 40

( 102)

3

353 K

291 K

D

A

D

B

C

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= %

1. Hallamos la eficiencia:

Temperatura del bao fro: 18C= 291K

Temperatura del bao caliente: 80C=353K

=

=

= 353 K 291 K

353 K

= 0.17

=

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Diagrama (T-S):

2. Determinacin de la energa interna, calor y trabajo en los cuatro procesos.

1-2: Proceso Isotrmico: = =

= = 71,887 1

101325 0.01

18.5

10

= = 4.364 106 24,2

1

4,186

1

= = 4.420104

2-3: Proceso adiabtico: = = 1,4 =

1

=38.857 0,0185 26.990 0,024

1,4 1

1

101325

24,2

1

4,186

1

= 1.777 104

3-4: Proceso Isotrmico: = =

= = 26.990 0.024 1

101325

49.827

26.990

= = 3.919 106 24,2

1

4,186

1

= 3.969 104

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4-1: Proceso adiabtico: = = 1,4 = 4 4 1 1

1

=49.827 0,013 71.887 0,01

1,4 1

1

101325

24,2

1

4,186

1

= 1.777 104

Energa interna, calor y trabajo de los diferentes procesos en ciclo de Carnot.

PROCESO U Q (kJ) W (kJ)

1-2 0 4.420104 4.420104

2-3 1.777 104 0 1.777 104

3-4 0 3.969 104 3.969 104

4-1 1.777 104 0 1.777 104

TOTAL: 0 8.389 104 8.389 104

2.2 DISCUSIONES

Graficando eldiagrama P-V se pudo obtuvo una grfica similar a la de un

ciclo de Carnot ya que experimentalmente el volumen D est entre el volumen

A y el volumen de B.

En un ciclo completo, la energa interna de un sistema es cero. Por tanto, el

calor total neto transferido al sistema debe ser igual al trabajo total neto

realizado por el sistema. Y se comprueba ya que la diferencia del calor neto y

trabajo total neto es igual a 0 KJ lo que cumple con el ciclo de Carnot.

El ciclo de Carnot est constituido por cuatro procesos: dos procesos

adiabticos reversibles y dos procesos isotrmicos reversibles, en esta prctica

nos result de esta manera ya que cumple con las 4 presiones y los 4

volmenes estos ya obtenidos experimentalmente.

La eficiencia del ciclo experimentalmente fue de 17 %, Carnot nos indica que

solo en un ciclo ideal se da la eficiencia de 100%. El proceso real es 17 % y la

ideal es 100% esto funciona como un lmite a aspirar, porque en un motor real

nunca vamos a obtener ms del ideal.

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El calor aadido, proporcionado por el agua caliente, que se encontraba a

353K; la maquina produjo un trabajo total o neto es

8.389 104 que hizo posible el desplazamiento del pistn.

A-B fue un proceso isotrmico expansivo, B-C un proceso adiabtico expansivo,

C-D un proceso de compresin isotrmica y C-D un proceso de compresin

adiabtica

V. CONCLUSIONES

Se hizo funcionar el motor trmico donde se trabaj con dos fuentes de calor

una que fue a 353 K y la otra a 291 K.

En la prctica realizada en el laboratorio se pudo comprobar que el motor

trmico consiste en aprovechar el trabajo indefinidamente para ello se tuvo

que volver al sistema a su estado inicial.

Se grafic el diagrama P-V donde especifica las cuatro presiones y sus

respectivos volmenes.

El rendimiento de la mquina de vapor fue 17%.

Se represent el motor trmico como un sistema cclico cerrado

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BIBLIOGRAFIA

Libro de texto de Fsica y Qumica: - Isabel Piar. Fsica y Qumica 4 de Eso. 1.998.

Vizcaya (Espaa). Ed Oxford.

Libro tecnologa: - Sonia Val Blasco y otros. Tecnologa industrial 2.

2.001, Madrid (Espaa). ED, Mc Graw Hill.