martes, 7 de junio de 2011

Bienvenidos :)

Primero que nada, el equipo número 4 del grupo 6AMEi de CBTis 37 les da la bienvenida a este espacio que intenta dar a conocer, primero que nada, el concepto de la Segunda ley de termodinámica, así como el ciclo térmico, y las principales maquinas térmicas, el objetivo de este blog es convertir este tema, un poco desconocido, en algo mucho más entendible.
A continuación les dejamos un par de videos, el primero explica rápidamente lo que es la Segunda ley de termodinámica, mientras que el segundo es un experimento sencillo y casero acerca de la termodinámica; "Globo resistente al fuego".
                               
                         Segunda ley de termodinamica:

video 

 Expermiento de termodinamica:

video 




Una vez mas aclarado el tema, arrancamos con mas informacion, para mayor conocimiento, esperemos sea de su agrado :)

domingo, 22 de mayo de 2011

Segunda ley de termodinámica

Esta ley arrebata la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, la segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el Primer Principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía, de tal manera que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.
Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.
La aplicación más conocida es la de las máquinas térmicas, que obtienen trabajo mecánico mediante aporte de calor de una fuente o foco caliente, para ceder parte de este calor a la fuente o foco o sumidero frío. La diferencia entre los dos calores tiene su equivalente en el trabajo mecánico obtenido.
Existen numerosos enunciados equivalentes para definir este principio, destacándose el de Clausius y el de Kelvin.
Primer principio, establecido por Lord Kelvin (1824-1907), físico ingles, matemático, inventor e ingeniero, indica la imposibilidad de construir una maquina térmica que transforme todo el calor que se le suministra en trabajo mecánico, también menciona que este proceso siempre es parcial, porque las transformaciones que experimenta la energía la “deterioran” en formas menos útiles.


Por ejemplo, dos acciones en las que el trabajo mecánico se convierte  totalmente en calor para vencer la fricción son el de  frotarse las manos con fuerza y cuando se arrastra con rapidez sobre el piso. Pero el proceso inverso, en el que el calor se transforma  en trabajo mecánico, nunca sucede. 

                         (transformación de trabajo en calor)


 El segundo principio fue establecido por Anders Clausius (1701-1744), astrónomo que realizo trabajos en el campo de la astronomía y de la geociencias e invento el termómetro que lleva su nombre.





 Este afirmo que el calor no puede por sí mismo, sin la intervención de un agente externo, pasar de un cuerpo frio a un cuerpo caliente, ya que de manera espontanea fluye de una fuente caliente a una fría.

Ejemplos de esto es cuando en invierto , el calor fluye naturalmente del interior de una habitación con calefacción al exterior que contiene aire frio, en cambio en verano el calor fluye del exterior al interior de la habitación, y nos abrigamos bien en épocas de frio para evitar perdida de calor.



                                              Ciclo termodinámico.

Se denomina ciclo termodinámico a cualquier serie de procesos termodinámicos tales que, al transcurso de todos ellos, el sistema regrese a su estado inicial; es decir, que la variación de las magnitudes termodinámicas propias del sistema sea nula.
No obstante, a variables como el calor o el trabajo no es aplicable lo anteriormente dicho ya que éstas no son funciones de estado del sistema, sino transferencias de energía entre éste y su entorno. Un hecho característico de los ciclos termodinámicos es que la primera ley de la termodinámica dicta que: la suma de calor y trabajo recibidos por el sistema debe de ser igual a la suma de calor y trabajo realizados por el sistema.





Para mayor informacion , consulte:

http://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1mica

 Libro “Temas de física” Fco. Javier García Goiz





Maquina termica

Al colocar una olla pequeña con tapa para hervir agua sobre la parrilla de la estufa, se observa que cuando aumenta la presión, el vapor caliente la levanta y escapa, y regresa a su posición. Enseguida se forma nuevamente suficiente vapor caliente y se repite el ciclo. Este proceso demuestra que el vapor caliente realiza trabajo mecánico al expandirse, lo que hace que su energía interna disminuya. Si se requiere que el  movimiento de la tapa continúe, una de las formas seria recoger el vapor de agua que escapa, enfriarlo para que condense y regresarlo nuevamente a la olla.

Esto último es el principio de funcionamiento de la máquina de vapor, que fue la cauda de la primera revolución industrial.
Una maquina térmica transforma en trabajo mecánico algún tipo de energía interna que contiene una sustancia o combustible. Su funcionamiento es el siguiente en el depósito caliente, la sustancia de trabajo aumenta su temperatura y presión. A continuación se introduce en la maquina térmica, donde se expande o experimenta una combustión que realiza trabajo mecánico, Luego se envía al depósito frio con la finalidad de disminuir su temperatura y reanudar el ciclo.







Algunos ejemplos cotidianos de maquinas térmicas son: locomotoras y barcos de vapor, motores de automóvil, turbinas de aviones y sistemas de propulsión de los transbordadores usados en viajes espaciales. Todos aprovechan el proceso de expansión o combustión para moverse.





Para mayor informacion, consulte :

http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_t%C3%A9rmica


Libro “Temas de física” Fco. Javier García Goiz



Ciclo de carnot


Entre las diversas en que se puede realizar un ciclo hay una en particular denominada ciclo de carnot, llamado así por Sadi Carnot (1796-1832), físico francés notable por sus trabajos en termodinámica, que fue el primero en demostrar la relación cuantitativa entre trabajo y calor.
El ciclo de Carnot se produce cuando una máquina trabaja absorbiendo una cantidad de calor Q1 de la fuente de alta temperatura y cede un calor Q2 a la de baja temperatura produciendo un trabajo sobre el exterior. El rendimiento viene definido, como en todo ciclo, por


Y, como se verá adelante, es mayor que cualquier máquina que funcione cíclicamente entre las mismas fuentes de temperatura. Una máquina térmica que realiza este ciclo se denomina máquina de Carnot.
Como todos los procesos que tienen lugar en el ciclo ideal son reversibles, el ciclo puede invertirse. Entonces la máquina absorbe calor de la fuente fría y cede calor a la fuente caliente, teniendo que suministrar trabajo a la máquina. Si el objetivo de esta máquina es extraer calor de la fuente fría se denomina máquina frigorífica, y si es aportar calor a la fuente caliente, bomba de calor.
Existen 3 clases principales de maquinas térmicas: las de vapor, los motores de combustión interna y los motores de reacción, pero independientemente del tipo de que se trate, su principio de funcionamiento es el mismo.




Para mayor informacion, consulte :

Máquina de vapor

Una máquina de vapor es un motor de combustión externa que transforma la energía térmica de una cantidad de agua en energía mecánica. En esencia, el ciclo de trabajo se realiza en dos etapas:
  • El vapor a presión se controla mediante una serie de válvulas de entrada y salida que regulan la renovación de la carga; es decir, los flujos del vapor hacia y desde el cilindro.
El motor o máquina de vapor se utilizó extensamente durante la Revolución Industrial, en cuyo desarrollo tuvo un papel relevante para mover máquinas y aparatos tan diversos como bombas, locomotoras, motores marinos, etc. Las modernas máquinas de vapor utilizadas en la generación de energía eléctrica no son ya de émbolo o desplazamiento positivo como las descritas, sino que son turbo máquinas; es decir, son atravesadas por un flujo continuo de vapor y reciben la denominación genérica de turbinas de vapor. En la actualidad la máquina de vapor alternativa es un motor muy poco usado salvo para servicios auxiliares, ya que se ha visto desplazado especialmente por el motor eléctrico en la maquinaria industrial y por el motor de combustión interna en el transporte.

Motores de combustión interna

Un motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química de un combustible que arde dentro de una cámara de combustión. Su nombre se debe a que dicha combustión se produce dentro de la máquina en sí misma, a diferencia de, por ejemplo, la máquina de vapor.
Un motor de combustión interna de 4 tiempos describe el ciclo siguiente:



 
Primero el embolo baja absorbiendo combustible y aire atreves de una válvula de admisión. El segundo tiempo es la compresión. Aquí, la válvula se cierra y el embolo se desplaza hacia la parte alta del cilindro quedando atrapada la mezcla de combustible y aire. A continuación se produce una explosión por la chispa eléctrica procedente de la bujía de encendido que provoca una violenta dilatación de los gases que empujan ahora al embolo hacia abajo, y que al estar sincronizado con el cigüeñal, realiza trabajo mecánico. El cuarto momento lo constituye el escape de los gases resultantes de la combustión, cuando el embolo asciende y se abre la válvula de escape. El diagrama de presión-volumen se muestra en la siguiente figura:


 Para mayor informacion, consulte :

Libro “Temas de física” Fco Javier García Goiz
 

Motores de reaccion

Los motores de reacción son otro tipo de maquinas térmicas. Abarcan principalmente a turborreactores y cohetes.  
Los dos tienen como base de funcionamiento la tercera ley de Newton.
Esta tercera ley de Newton expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, este realiza una fuerza de igual intensidad y dirección, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo.


El motor turborreactor
Un turborreactor consiste en una entrada de aire, un compresor de aire, una cámara de combustión, una turbina de gas (que mueve el compresor del aire) y una tobera. El aire entra comprimido en la cámara, se calienta y expande por la combustión del combustible y entonces es expulsado a través de la turbina hacia la tobera siendo acelerado a altas velocidades para proporcionar la propulsión.
Estos motores son generalmente utilizados por aviones, aunque son lago ineficientes y muy ruidosos, por lo que la mayoría de los aviones modernos usan en su lugar motores de turbarán por razones económicas. No obstante los motores turborreactores son muy comunes en misiles de crucero de medio alcance, debido a su gran velocidad de escape.


 
Motor tipo cohete
Este tipo de motor se diferencia del turborreactor en que no requiere aire atmosférico, debido que contiene ya las sustancias químicas que al mezclarse provocan la combustión y producen gases muy calientes dentro de una cámara de combustión, que al ser expulsados con gran fuerza originan el impulso del vehículo.
Este es un motor que genera empuje mediante la expulsión a la atmósfera de gases que provienen de la cámara de combustión. Los motores cohete incorporan tanto el combustible, que suele ser queroseno o hidrógeno líquido, como el comburente (Oxígeno en estado gaseoso o generalmente líquido).
El motor cohete es el motor más potente conocido y su relación peso/potencia lo convierte en el motor ideal para ser usado en naves espaciales.



Eficiencia termica
Toda maquina térmica desperdicia cierta cantidad de calor suministrado. Una de las razones estriba en las perdidas o fugas de calor por radiación, conducción y fricción de los componentes del sistema.
No hay maquinas térmicas perfectas, salvo la ideal conocida como maquina de Carnot, que no presenta ningún tipo de perdidas y su eficiencia depende exclusivamente de las temperaturas con las que absorbe o cede calor. Cuanto mayor sea su la diferencia entre temperaturas de entrada y salida, mayor será también la eficiencia.

Funcionamiento del refrigerador
El funcionamiento de un refrigerador o de una maquina frigorífica es el opuesto al de una maquina térmica.
El funcionamiento del refrigerador es el resultado del estudio y aplicación de los conocimientos que se tienen sobre los procesos térmicos. Su ciclo puede descubrirse en 4 etapas.
Etapa 1: COMPRESION Y CALENTAMIENTO:
En esta etapa el compresor comprime bruscamente al refrigerador en estado gaseoso y debido a esta acción se calienta. Una vez caliente se envía al condensador.
Etapa 2: ENFRIAMIENTO Y CONDENSACION:
El condensador esta formado por un tubo largo con muchas vueltas en forma de serpentín. Su función es enfriar el gas refrigerante caliente que entra a temperatura T1, para ello,  se transfiere su calor al aire de los alrededores calentándolo. Esto hace que se condense en parte y se obtenga una mezcla de vapor y liquido a una temperatura T2.
Etapa 3: EXPANSION Y ENFRIAMIENTO:
La válvula de expansión al dejar pasar vapor refrigerante a presión alta se expande bruscamente, lo que ocasiona que el gas se enfríe aun más (T3) y salga a baja presión. 
Etapa 4: CALENTAMIENTO Y EVAPORACION:
El evaporador se localiza en el congelador. Al entrar en este la mezcla de vapor y liquido frío enfría lo que esta dentro del congelador, ocasionando que se caliente. 









Para mayor informacion, consulte :


http://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_Newton#Tercera_Ley_de_Newton_o_Ley_de_acci.C3.B3n_y_reacci.C3.B3n


http://es.wikipedia.org/wiki/Turborreactor