UNIVERSIDAD INCA GARCILASO DE LA VEGA

UNIVERSIDAD INCA GARCILASO DE LA VEGA

FACULTAD DE INGENIERA ADMINISTRATIVA E INGENIERA INDUSTRIAL

ESCUELA DE INGENIERA INDUSTRIAL

TECNOLOGA INDUSTRIAL N 1

MAQUINAS TRMICAS

Ing. Lin Colchado, Julia Soledad

IntegrantesDe La Cruz Glvez, Melissa Rojas Baylon, Ricardo JulinGallardo Acua, CristellVilela Castilla, Ronald 2012

INTRODUCCINla invencin de las primeras maquinas trmicas marca el comienzo de la revolucin industrial que ha producido la etapa moderna de la civilizacin las fuentes de energa convencionales (petrleo, gas, carbn, uranio) y sus derivados(gasolina, diesel) se usan principalmente como insumos de calor para maquinas trmicas. hoy da es urgente mejorar y eventualmente sustituir las maquinas trmicas convencionales si es que queremos evitar un colapso de la civilizacin en el siglo XXI debido a la escasez inminente de las fuentes principales de calor que utilizan (petrleo y gas natural) y al cambio climtico sin precedentes que se vislumbra que produzcan y que ya ha comenzado.

1769: J. Watt inventa la mquina de vapor.1816: R. Stirling inventa el motor de aire caliente.1839: J. Ericsson desarrolla varios modelos de motores de aire caliente1876: N. Otto desarrolla el motor de combustin interna (agasolina)1883: C. Laval desarrolla las turbinas de vapor1892: R. Diesel inventa el motor a compresin (Diesel)1930: F. Whittle inventa la turbina a gas para aviones1944: En Alemania se desarrollan los motores para cohetes (von Braun)MAQUINAS TRMICAS Se denomina maquinas trmicas a aquel sistema y/o mecanismo que realiza un ciclo convirtiendo el calor en trabajo.

La maquina trmica no debe sufrir ninguna variacin permanente, despus de su utilizacin debe quedar como al inicio.El proceso a partir del cual se produce el trabajo se llama ciclo. El ciclo de una maquina trmica es siempre un ciclo cerrado. En general la maquina absorber o perder calor durante los diversas etapas del ciclo de trabajo

FUNDAMENTOS DE LA MAQUINAS TRMICAS1er principio de la termodinmica Q= W+ AU ; rendimiento nunca 100%2 principio de la termodinmica:Es imposible la transferencia de calor de un foco frio a otro caliente( sin aporte de energa)Kelvin: no es posible ningn proceso cuyo resultado sea la conversin completa de calor de trabajo.Clausius: no es posible ningn proceso cuyo nico resultado sea la transferencias de calor de un cuerpo frio a otro mas calienteDiferencia entre maquinas trmicas y maquinas frigorficas

reserva caliente Threserva caliente ThWWQoutQoutQinQinmotormotorreserva fra a Tcreserva fra a TcSe cumplen leyes de termodinmica 1y 2 E = Q W = 0Q = Qin QoutW = Qin QoutTrabajo efectuadoEl trabajo realizado por la maquina de un ciclo ser el rea del ciclo recorrido.Si se trata de una maquina trmica ese trabajo ser positivo ya que el rea se calculara en el sentido del ciclo calculando el rea de cada transformacin, teniendo en cuenta que trabajo ser + y cuando se produce una compresin el trabajo ser -.Por lo tanto el trabajo obtenido o realizado por la maquina no depende solo del estado final e inicial de la maquina solo del estado final e inicial de la maquina , sino que tambin depende del camino recorrido.

Clasificacin de las maquinas trmicasCombustin externaAlternativas (maquinas de vapor)Rotativas ( turbina de gas ciclo cerrado).

Combustin interna:Alternativas (motor explosin)Rotativas ( turbina de gas ciclo abierto)El CICLO DE CARNOTEn 1824 el ingeniero francs Sadi Carnot estudi la eficiencia de las diferentes mquinas trmicas que trabajan transfiriendo calor de una fuente de calor a otra y concluy que las ms eficientes son las que funcionan de manera reversible. Para ello dise una mquina trmica totalmente reversible que funciona entre dos fuentes de calor de temperaturas fijas. Esta mquina se conoce como la mquina de Carnot y su funcionamiento se llama el ciclo de Carnot.

La mquina de Carnot puede pensarse como un cilindro con un pistn y una biela que convierte el movimiento lineal del pistn en movimiento circular. El cilindro contiene una cierta cantidad de un gas ideal y la mquina funciona intercambiando calor entre dos fuentes de temperaturas constantes T1 < T2. Las transferencias de calor entre las fuentes y el gas del cilindro se hace isotrmicamente, es decir, manteniendo la temperatura constante lo cual hace que esa parte del proceso sea reversible. El ciclo se completa con una expansin y una compresin adiabticas, es decir, sin intercambio de calor, que son tambin procesos reversibles.

EL CICLOEl trabajo ser la suma de todoExpansin isotrmica CD Absorcin de calor Qc en un proceso isotermo a temperatura Tc. Expansin adiabtica DA Enfriamiento adiabtico hasta la temperatura del foco fro, Tf. Compresin isotrmica AB Cesin de calor | Qf | al foco fro a temperatura Tf. Compresin adiabtica BC Calentamiento adiabtico desde la temperatura del foco fro, Tf a la temperatura del foco caliente, Tc. El rendimiento ser:

Maquina de vaporFue la primera en convertirse energa trmica en mecnica.Su funcionamiento se basa en calentar agua a alta presin para elevar su temperatura hasta un vapor saturado. Una vez sobrecalentado ese vapor se deja escapar por un cilindro que convierte la energa en mecnica. Se vuelve a condensar el agua y esta otra vez preparada para ser enviada por la bomba al calentarse.

Ciclo de maquina de vapor

Ciclo rankine1-2 se calienta el liquido en la caldera a P= cte.2-3 se cede la energa en la turbina bajando la temperatura del liquido3-4 en el condensador se vuelve a licuar el liquido a P= cte.4-5 se aumenta la presin introduciendo el liquido en el precalentador a travs de la bomba con un pequeo incremento de temperatura del liquido.5-1 empieza a aumentar la temperatura del liquido en el precalentador antes de ser introducido en la caldera.

Ciclo de Rankine1-2: Compresin adiabtica hasta la presin de la caldera (la T cambia muy poco)2-3: calentamiento isobrico del agua hasta el punto de ebullicin3-4: Vaporizacin isobrica e isotrmica del agua hasta convertirse en vapor saturado4-5: calentamiento isobrico del vapor convirtindolo en vapor a temperatura Th5-6: Expansin adiabtica del vapor hasta vapor fro6-1: condensacin isobrica e isotrmica del vapor, convirtindolo en agua

motor de aire caliente ( Stirling)

Stirling 1816

1-2: pistn izquierdo permanece arriba y el derecho sube hasta la mitad de su recorrido comprimiendo gas fro que cede Q. Compresin isotrmica2-3: pistn izq. baja y derecho sube. No hay cambio de volumen. Gas pasa de lado frio a caliente, quedando a Th gracias al calor Qr suministrado por el regenerador3-4: pistn derecha permanece fijo y el izq. sigue descendiendo, con el gas en contacto con calor, expandindose y absorbiendo calor.4-1: Ambos pistones se mueven en sentidos opuestos, forzando ahora al gas a pasar del lado caliente al fro, cediendo el mismo calor Qr al regenerador. Esto es a V cte.

Motor de combustin interna

Ciclos Otto.1-2 compresin adiabtica, se comprime el pitn y el combustible 2-3 absorcin instantnea de calor a V = cte. , se produce la expansin.3-4 expansin adiabtica , se produce la expansin del pitn, es cuando se produce trabajo.4-1 extraccin de instantnea de calor V= cte., se produce la expulsin de gases y se prepara para la entrada de aire limpio.

Turbina a vapor

Ciclo dieselEl ciclo idealizado es:1-2 compresin adiabtica, se comprime el pitn y se prepara la inyeccin del combustible.2-3 absorcin calor a P = cte. , se produce la combustin.3-4 expansin adiabtica , se produce la expansin del pitn, es cuando se produce trabajo.4-1 cesin de calor V= cte., se produce la expulsin de gases y se prepara para la entrada de aire limpio.

Ciclos reales de Otto y dieselEl ciclo real de los diagramas ideales anteriores es que podemos ver en la figura adjunta.

Sistema de refrigeracin1-2 expansin, se baja la presin aumentando el volumen a travs de la vlvula de expansin, por lo que la temperatura del gas disminuye.2-3 absorcin calor a P=cte. , de dentro de la cmara a travs del condensador.3-4 compresin del gas que ya ha absorbido todo el calor del intercambiador.4-1 cesin de calor a P= cte., dentro del enfriador, donde se intercambia el calor adquirido con el del medio.

Bomba de calorUna aplicacin del ciclo de refrigeracin es utilizado de manera inversa, lo que se conoce como bomba de calor:

1-2 cogemos el gas del exterior y lo comprimimos y el calor que tiene lo entramos al condensador.2-3 el calor que tenia el gas se intercambia con el foco caliente , ya que al comprimirlo el gas esta mas caliente que el foco caliente, que es dentro de la vivienda y pierde ese calor.3-4 se expande, con lo que pierde temperatura y esta mas frio que el foco frio, se va al evaporador a volver a coger calor del foco frio.4-1 toma calor del foco frio para volver a entrar al interior a travs del compresor.

conclusinComo modelo terico de motor, el ciclo de Carnot se basa en someter a un gas a cuatro fases: expansin a presin constante, recibiendo calor de una fuente caliente; expansin adiabtica, sin perder o ganar calor, contraccin a presin constante, cediendo calor a una fuente fra, contraccin adiabtica.El motor de combustin real se basa en la inyeccin de la mezcla combustible pulverizada, su comprensin y explosin, finalizando con la compresin y expulsin de los gases de escape.En ambos casos, el movimiento del pistn transforma la expansin y contraccin de gases en un movimiento circular aprovechable para usos mecnicos.