Máquina térmica
As máquinas térmicas son máquinas de fluído compresible:
- Nos motores térmicos, a enerxía do fluído que atravesa a máquina diminúe, obténdose enerxía mecánica.
- No caso de xeradores térmicos, o proceso é o inverso, de modo que o fluído incrementa a súa enerxía ao atravesar a máquina.
Tal distinción é puramente formal: os motores térmicos son máquinas que empregan a enerxía resultante dun proceso, xeralmente de combustión, para incrementar a enerxía dun fluído que posteriormente se aproveita para a obtención de enerxía mecánica. Os ciclos termodinámicos empregados esixen a utilización dunha máquina ou grupo xerador que pode ser hidráulico (nos ciclos de turbina de vapor) ou térmico (nos ciclos de turbina de gas), de modo que sen este o grupo motor non pode funcionar. Por iso é polo que na práctica denomínase Motor Térmico ó conxunto de elementos atravesados polo fluído, e non exclusivamente ó elemento no que se obtén a enerxía mecánica.
Tendo en conta o anterior, as máquinas térmicas se poden clasificar como se recolle no cadro seguinte (entre paréntese, un exemplo).
Máquinas térmicas |
---|
Motoras | Volumétricas | Alternativas (Máquina de vapor) |
Rotativas (Motor rotativo de aire quente) | ||
Turbomáquinas | Turbinas | |
Xeradoras | Volumétricas | Alternativas (Compresor de émbolo) |
Rotativas (Compresor rotativo) | ||
Turbomáquinas | Turbocompresores |
O ciclo realizado nunha máquina térmica consta:
a) Dun proceso durante o cal se produce a absorción da calor dun foco externo a temperatura elevada denominado foco quente.
b) Dun proceso durante o cal a calor é expulsada a un foco externo a temperatura máis baixa denominado foco frío.
As máquinas térmicas e outros dispositivos que funcionan por ciclos utilizan un fluído para recibir e ceder calor ao cal se dá o nome de fluído de traballo.
O traballo líquido do sistema é simplemente a diferenza entre o traballo da fonte quente e o da fonte fría:
onde: é traballo líquido ou total da máquina térmica; é o traballo da fonte quente; é o traballo da fonte fría. Estes valores poden ser positivos ou negativos segundo se realice traballo ou se absorba, o balance depende do tipo de máquina.
O traballo pode ser definido a partir dos intercambios de calor:
onde e son respectivamente a calor cedida da fonte quente e a calor recibida pola fonte fría.
Rendemento
[editar | editar a fonte]O rendemento das máquinas térmicas pode ser, dunha maneira xeral, a razón entre o traballo total e o traballo (ou calor) necesario para que ela funcione, ou sexa, é o que se obtén polo que se dá de traballo:
mais pola ecuación (2) podemos mellorar a ecuación (3):
e por fin:
O rendemento é a eficiencia con que unha máquina térmica funciona. En xeral o rendemento das máquinas é baixo:
- motores de automóbeis, da orde de 20%;
- motores a diésel, da orde de 30%;
- grandes turbinas a gas, da orde de 40%.
Así o restante de enerxía que non é aproveitado pola máquina é xogado no medio ambiente na forma de enerxía inútil, perdida.
Máquinas frigoríficas ou xeladeiras
[editar | editar a fonte]Como vimos, unha máquina térmica consiste en fornecer calor para obter traballo con algunha perda. Nas máquinas frigoríficas, o ciclo funciona esencialmente en sentido contrario, pois elas retiran calor da fonte fría (o seu interior) transferíndoo á fonte quente:
e por un razoamento análogo ao anterior chegaremos a:
Máquina de Carnot
[editar | editar a fonte]É unha máquina ideal que opera no Ciclo de Carnot. Sendo que esta máquina ten un rendemento máximo, é o límite de todas as máquinas. Para unha máquina de Carnot é valida a relación:
onde e son respectivamente as temperaturas da fonte quente e da fonte fría.
As relacións de rendemento poden ser modificadas pola relación (7) e obter o rendemento da máquina de Carnot.