Maquinas Térmicas

Una máquina térmica es un dispositivo que convierte energía térmica en otras formas útiles de energía, como la energía eléctrica y/o mecánica. De manera explícita, una máquina térmica es un dispositivo que hace que una sustancia de trabajo recorra un proceso cíclico durante el cual sucede lo siguiente:



1) Se absorbe calor de una fuente a alta temperatura.


2) La máquina realiza un trabajo.


3) libera calor a una fuente a temperatura más baja.


En un proceso característico para producir electricidad en una planta de potencia, el carbón o algún otro tipo de combustible se quema y el calor generado se usa para producir vapor de agua. El vapor se dirige hacia las aspas de una turbina, poniéndola a girar. Posteriormente, la energía asociada a dicha rotación se usa para mover un generador eléctrico.

Una máquina térmica transporta alguna sustancia de trabajo a través de un proceso cíclico, definido como aquel en el que la sustancia regresa a su estado inicial. Como ejemplo de un proceso cíclico, considérese la operación de una máquina de vapor en la cual la sustancia de trabajo es el agua. El agua se lleva a través de un ciclo en el que primero se convierte a vapor en una caldera y después de expande contra un pistón. Después que el vapor se condensa con agua fría, se regresa a la caldera y el proceso se repite.

La termodinámica en la ingeniería

La Termodinámica es la rama de la Física que estudia a nivel macroscópico las transformaciones de la energía, y cómo esta energía puede convertirse en trabajo (movimiento). Históricamente, la Termodinámica nació en el siglo XIX de la necesidad de mejorar el rendimiento de las primeras máquinas térmicas fabricadas por el hombre durante la Revolución Industrial.

La Termodinámica clásica (que es la que se tratará en estas páginas) se desarrolló antes de que la estructura atómica fuera descubierta (a finales del siglo XIX), por lo que los resultados que arroja y los principios que trata son independientes de la estructura atómica y molecular de la materia.

El punto de partida de la mayor parte de consideraciones termodinámicas son las llamadas leyes o principios de la Termodinámica. En términos sencillos, estas leyes definen cómo tienen lugar las transformaciones de energía. Con el tiempo, han llegado a ser de las leyes más importantes de la ciencia.

Antes de entrar en el estudio de los principios de la termodinámica, es necesario introducir algunas nociones preliminares, como qué es un sistema termodinámico, cómo se describe, qué tipo de transformaciones puede experimentar, etc. Estos conceptos están resumidos en el siguiente cuadro:

En tanto, la termodinámica presenta tres leyes fundamentales…la primera ley se conoce popularmente como el principio de conservación de la energía y sostiene que si un sistema intercambia calor con otro, su propia energía interna cambiará. En este caso, el calor será la energía necesaria que deberá intercambiar un sistema para compensar las diferencias entre la energía interna y el trabajo.

Por su lado, la segunda ley , propone distintas restricciones para las transferencias de energía, que podrían concretarse si se tiene en cuenta la ley primera; el segundo principio habla de la regulación de dirección en la cual se llevan a cabo los procesos termodinámicos, imponiendo la posibilidad de que los mismos se desarrollen en sentido contrario. Esta segunda ley se encuentra apoyada en la entropía (magnitud física que mide parte de la energía que podrá utilizarse para producir trabajo).

Y la tercera y última ley sostiene que es imposible alcanzar una temperatura que sea igual a cero absoluto a través de un número finito de procesos físicos.

Y los procesos más importantes que tienen lugar en la termodinámica son: isotérmicos (la temperatura no se modifica), isobáricos (la presión no se modifica), isócoros (el volumen no cambia) y adiabáticos (no se produce transferencia de calor).