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Gerardo Zambito Madrigal

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Gerardo Zambito Madrigal Trabajo 5to periodo física Máquina Térmica: Motor de 4 tiempos, el refrigerador como máquina térmica inversa, el cuerpo humano como máquina, la eficiencia de las máquinas térmicas y leyes de la termodinámica

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Máquina Térmica 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. En un principio se podría definir a una máquina térmica como un dispositivo, equipo o una instalación destinada a la producción de trabajo en virtud de un aporte calórico. Aunque en algunas definiciones se identifican como sinónimos los términos «máquina térmica motora» y «motor térmico», en otras se diferencian ambos conceptos.

¿Cómo se clasifican?

Según el sentido de transferencia de energía Las máquinas térmicas pueden clasificarse, según el sentido de transferencia de energía, en: Máquinas térmicas motoras, en las cuales la energía del fluido disminuye al atravesar la máquina, obteniéndose energía mecánica en el eje. Máquinas térmicas generadoras, en las cuales la energía del fluido aumenta al atravesar la máquina, precisándose energía mecánica en el eje. Según el principio de funcionamiento Atendiendo al principio de funcionamiento, las máquinas térmicas se clasifican en: 2


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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. Turbomáquinas, cuyo funcionamiento está basado en el intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido y un rodete. En estas máquinas el flujo es continuo. Teniendo en cuenta lo anterior, podemos clasificar las máquinas térmicas tal como se recoge en el cuadro siguiente.

El cuerpo humano como una máquina térmica En realidad el cuerpo humano es una maquina por que requiere de alimento para poder sobrevivir. Los alimentos que ingerimos una vez asimilados son llevados a las celulas donde literalmente se queman en presencia del oxigeno atmosferico que respiramos dando lugar a una combustion lenta (es decir sin presencia de llamas) y generamos de esta manera calor (36 grados Celsius). Los residuos de esta combustion son los desechos celulares y el bioxido de carbono, en Biologia puedes ver como se lleva a cabo es te proceso. Ahora bien la energia liberada nos sirve para llevar a cabo todas nuestras funciones: caminar, hablar, pensar, trabajar, estudiar, etc. etc. Cuando realizamos ejercicio fisico exigente aceleramos este proceso y por tanto generamos exceso de calor el cual tiende a ser disipado de nuestro cuerpo a traves del sudor., este al evaporarse extrae de nuestro cuerpo el exceso de calor refrescandolo. Asi pues podriamos decir que el envejecimiento es en realidad una oxidacion lenta de nuestro organismo. E igualmente nuestro cuerpo se deteriora como las maquinas con el paso del tiempo.

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Motor de 4 tiempos Se denomina motor de cuatro tiempos al motor de combustión interna alternativo tanto de ciclo Otto como ciclo del diésel, que precisa cuatro, o en ocasiones cinco, carreras del pistón o émbolo (dos vueltas completas del cigüeñal) para completar el ciclo termodinámico de combustión. 

1-Primer tiempo o admisión: en esta fase el descenso del pistón aspira la mezcla aire combustible en los motores de encendido provocado o el aire enmotores de encendido por compresión. La válvula de escape permanece cerrada, mientras que la de admisión está abierta. En el primer tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas da 90º y la válvula de admisión se encuentra abierta y su carrera es descendente.

2-Segundo tiempo o compresión: al llegar al final de la carrera inferior, la válvula de admisión se cierra, comprimiéndose el gas contenido en la cámara por el ascenso del pistón. En el 2º tiempo el cigüeñal da 360º y el árbol de levas da 180º, y además ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es ascendente.

3-Tercer tiempo o explosión/expansión: al llegar al final de la carrera superior el gas ha alcanzado la presión máxima. En los motores de encendido provocado o de ciclo Otto salta la chispa en la bujía, provocando la inflamación de la mezcla, mientras que en los motores diésel, se inyecta a través del inyector el combustible muy pulverizado, que se autoinflama por la presión y temperatura existentes en el interior del cilindro. En ambos casos, una vez iniciada la combustión, esta progresa rápidamente incrementando la temperatura y la presión en el interior del cilindro y expandiendo los gases que empujan el pistón. Esta es la única fase en la que se obtiene trabajo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º mientras que el árbol de levas gira 90º respectivamente, ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es descendente.

4 -Cuarto tiempo o escape: en esta fase el pistón empuja, en su movimiento ascendente, los gases de la combustión que salen a través de la válvula de escape que permanece abierta. Al llegar al punto máximo de carrera superior, se cierra la válvula de escape y 4


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se abre la de admisión, reiniciándose el ciclo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas gira 90º.

Refrigerador como máquina térmica inversa El fundamento de la refrigeración se basa en que al evaporarse un líquido toma el calor de los cuerpos que lo rodean. Corte lateral de un refrigerador. Así, un refrigerador es una máquina térmica que funciona en sentido inverso; es decir, si el calor se transfiere de manera natural desde un depósito de alta a uno de baja temperatura, un refrigerador transfiere el calor de un depósito de baja temperatura (el compartimento para alimentos) a uno de alta temperatura (el aire de la cocina); pero esto sólo se logra mediante el trabajo externo suministrado por un motor (compresor) eléctrico. Por medio del motor se disminuye la presión del líquido refrigerante, hasta llegar a tal punto que el líquido se evapora tomando calor del interior del refrigerador. Como consecuencia, los alimentos se enfrían. Cuando el refrigerante en estado gaseoso se transforma nuevamente en líquido, disipa calor, lo cual ocurre en un condensador que está siempre fuera del compartimento para alimentos.

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Leyes de la termodinámica  Primera ley de la termodinámica

También conocido como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Antoine Lavoisier.

 Segunda ley de la termodinámica

Esta ley regula 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 concentrase 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 tal 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 a temperatura más alta a aquellos de temperatura más baja. 6


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 Tercera ley de la termodinámica

La Tercera de las leyes de la termodinámica, propuesto por Walther Nernst, afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos. Puede formularse también como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto. No es una noción exigida por la Termodinámica clásica, así que es probablemente inapropiado tratarlo de “ley”.

 Ley cero de la termodinámica

El equilibrio termodinámico de un sistema se define como la condición del mismo en el cual las variables empíricas usadas para definir un estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal, tensión superficial, entre otras) no son dependientes del tiempo. A dichas variables empíricas (experimentales) de un sistema se les conoce como coordenadas termodinámicas del sistema.

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Fuentes: http://www.ingenieriaquimica.org/foros/leyes-la-termodinamica http://www.tareasya.com.mx/index.php/tareas-ya/secundaria/ciencias2/calor-y-temperatura/1780-M%C3%A1quinas-t%C3%A9rmicas.html http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_cuatro_tiempos http://www.smf.mx/boletin/Ene-99/ensena/o-humano.html http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_t%C3%A9rmica

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Máquina térmica  
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Trabajo del quinto periodo Gerardo Zambito Madrigal 404 TAE

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