Motor A Vapor

 

Motor de vapor

TEMA:

Motor a vapor. AUTORES: • •

Reyes Chavarría pedro Samuel. Murillo Murillo Álvaro miguel.

CODIGO: • •

0201416017. 0201211008.

DOCENTE:

!g. "#re$ Campoma!es %iove!e. CURSO:

&i!'mi(a de gases. FECHA:

 pág. 1

26 &) )*)R+ &), 2017.

 

Motor de vapor

Contenido I.

INTRODUCCIÓN:.......... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ........................................ .............................3 3 1. 1.1. 1. AN ANTE TECE CEDE DENT NTE: E:.......... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... .........................3 ...............3 1. 1.2. 2. JU JUST STIF IFIC ICAC ACIO ION: N:........... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................................. ........................4 4 1.3. 1.3. RE REAL ALID IDAD AD D DEL EL P PRO ROBL BLEM EMA: A:........... ..................... ..................... ..................... ..................... ......................... ..............4 4 1.4. 1.4. OB OBJE JETI TI OS OS::......... .................... ...................... ..................... ..................... ..................... .......................................... ................................5 5

1.4. 1.4.1. 1. OB OBJE JETI TI OS !E !ENE NERA RAL: L:......................................................................5 1.4.2. 1.4 .2. OBJETI OBJETIO O ESP ESPECI ECIFIC FICO: O:....................................................................5 1. 1.". ". MA MARC RCO O TE TEOR ORIC ICO: O:.......... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... .....................5 ...........5 M#$%in#& t'()i*#& + ,# &e-%nd# ,e+ de ,# te()odin)i*#:..................5 P(o*e&o& Re/e(&i0,e& E I((e/e(&i0,e&:.......................................................7 E, #o( *o)o F,%ido Te()odin)i*o:......................................................8 Ci*,o A0ie(to:.......... .................... ..................... ...................... ..................... ..................... ..................... ..................... ........................ .............8 8 E&$%e)# 0,o$%e& de *i*,o de /#o( #0ie(to ............................................8 En di#-(#)#  e, *i*,o &e de&*(i0e *o)o &i-%e: ..................................9 En di#-(#)# TS e, *i*,o #0ie(to &e de&*(i0e *o)o &i-%e: .....................9 Ci*,o de C#(not *o((e&ondiente:..............................................................9 1.. 1.. MA MARC RCO O CO CONC NCEP EPTU TUAL AL::........... ...................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..........10 10 56%' e& %n# )#$%in# # /#o(7................................................................10 L# *#,i8*#*i9n de, )oto( de, /#o(:........................................................10 E, ee de, )oto(:.......... ..................... ..................... ..................... ..................... ............................................... ..................................... 10 L# /e,o*id#d de, )oto(:.......... ..................... ..................... ..................... ..................... ...................................10 .........................10 T(#0#o 0#&#do en ,# e;#n&i9n o nin-%n# e;#n&i9n: ........................11 E, e&*#e de, )oto(: ..................................................................................11 Nrocesos reversi!les e irreversi!les. +l vapor como Fido termodi#ámico -Ciclo -Ci clo Car#ot/. •

• •

I.".

MARCO TEORICO:

Mc,os a;os a#tes del #acimie#to de 6ames att e# 173' otros sa!ios e i#ve#tores ,a!ía# come#ado a o!servar el gra# poder del vapor e i#te#taro# co#trolar ese pote#cial. #qe se dice qe los a#tigos egipcios "a co#ocía# la e#ergía del vapor' los primeros docme#tos qe atestiga# de la e*iste#cia de aparatos qe f#cio#a!a# a vapor provie#e# de Gra# Dreta;a' a (#ales del siglo . %a primera máqi#a a vapor e*itosa la fa!ric$ # artesa#o ,errero e i#ve#tor i#gls de apellido HeIcome#. %a máqi#a de HeIcome# ge#era!a vapor de aga' gracias al calor del fego prodcido por la com!sti$# de car!$# o mader ma dera. a. >er ero o la má máq qi#a i#a de es este te ar arte tesa sa#o #o i#gl i#gls s se e# e#fri fria! a!a a dem demas asia iado do rápido' por lo qe #o ge#era!a la ca#tidad s(cie#te de e#ergía mecá#ica " reqería mc,a ca#tidad de com!sti!le. +# 1774' el matemático' i#ge#iero e i#ve#tor i#ve#t or 6ames a att tt logr$ co#strir #a máqi# máqi#a a mc,o más e(cie e(cie#te #te qe la de HeIcome#J ge#era!a vapor por la com!sti$# de car!$# o madera si# gra#de gra #dess des desper perdic dicios ios de cal calor or.. Bie Bie a;o a;oss des desp ps' s' co# co#ve#c ve#cido ido de qe s i#ve#to sería # *ito' att o!tvo la pate#te " la ve#di$ a mc,as de las fá!ricas qe se crearo# e# #glaterra dra#te el siglo . +l modelo del motor a vapor de att se aplic$ ta#to e# la prodcci$# i#dstrial como e# los tra#sportes. Bio orige# a dos importa#tes medios de trasporteJ el !arco a vapor " la locomotora. +# la actalidad' el vapor "a #o se tilia " ,a sido sstitido por otras fe#tes de e#ergía. +# la i#dstria' los motores a vapor fero# reemplaados por motores elctricos. +# el tra#sporte fero# sstitidos f#dame#talme#te por motores qe f#cio#a# co# com!sti!les derivados del petr$leo. -Cac,o >ere'

 pág. 5

 

Motor de vapor errada maro' Der#a! +lialde' Mrt;i#e +spi#osa' E &ri!e amíre' 2007' pág. 10/.

M#$%in#& t'()i*#& + ,# &e-%nd# ,e+ de ,# te()odin)i*#: &#a máqi#a trmica es # dispositivo qe co#vierte e#ergía trmica e# otras formas =tiles de e#ergía' como la e#ergía elctrica " mecá#ica. ace qe #a ssta#cia de tra!a)o recorra # proceso cíclico dra#te el calJ

:e a!sor!e calor de #a fe#te a alta temperatraJ • •

%a máqi#a realia # tra!a)o %i!era calor a #a fe#te a temperatra más !a)a.

+# # proce proceso so car caract acterís erístic tico o par para a pr prodc odcir ir elec electric tricida idad d e# #a pla pla#ta #ta de pote#cia' el car!$# o alg=# otro tipo de com!sti!le se qema " el calor ge#erado ge#era do se tili tilia a para prodcir vapor de aga. +l vapor se qema " el calor ge#erado se tilia para prodcir vapor de aga. +l vapor se dirige ,acia las aspas de #a tr!i#a' po#i#dola a girar. >or =ltimo' la e#ergía mecá#ica asociada a dic,a rotaci$# se sa para mover # ge#erador elctrico. &#a máqi#a trmica tra#sporta alg#a ssta#cia de tra!a)o a travs de # proceso cíclico' de(#ido como aqel e# el qe la ssta#cia regresa a s estado i#icial. +l tra!a)o #eto  realiado por la máqi#a es igal al calor #eto qe F"e ,acia la misma. -%i#dema##' 200' pág. 17/

Ilustración 1: maquina a vapor de un modelo de tren.

+# la (gra se o!servaJ K #etoL K,Kc >or lo ta#toJ LK,Kc Bo#de K,  " K c se toma# como ca#tidades positivas. :i la ssta#cia de tra!a)o es # gas' el tra!a)o #eto  pág. 

 

Motor de vapor ea eali lia ado do e# # pr proc oces eso o cí cícl clic ico o es el área área e# e#ce cerrrada rada po porr la c crv rva a q qe e represe#ta a tal proceso e# # diagrama > >.. %a e(cie#cia trmica' e de #a máqi#a trmica se de(#e como la ra$# del tra!a)o #eto realiado al calor a!sor!ido dra#te # cicloJ

+ L  L K, KcL1Kc

+ste resltado mestra qe #a máqi#a trmica tie#e #a e(cie#cia de 100N -eL1/ s$lo si K cL0' es decir' si #o se li!era calor a la fe#te fría. +# otras pala!ras' #a máqi#a trmica co# #a e(cie#cia perfecta de!erá co#vertir toda la e#ergía calorí(ca a!sor!ida K , e# tra!a)o mecá#ico. %a seg#da le" de la termodi#ámica esta!lece qe esto es imposi!le. &# refrigerador -o !om!a de calor/ es #a máqi#a trmica qe opera e# se#tido i#verso e# la cal la máqi#a a!sor!e el calor Kc de la fe#te fría " li!era calor K, a la fe#te calie#te. +sto s$lo pede ser posi!le si se ,ace # tra!a)o so!re el refrigerador. >or lo ta#to' se ve qe el refrigerador tra#s(ere calor del cerpo más frío -el co#te#ido del refrigerador/ a # cerpo más calie#te -el carto/. :i se pdiera lograr si# ,acer alg=# tra!a)o' se te#dría # refrigerador perfecto Ilustración 2: diagrama esquemático de un refrigerador imposible.

-igra 4/. +l calor #o pede Fir espo#tá#eame#te de # o!)eto frío ,acia #o calie#te. +l calor' solo Firá del más frío ,acia el más calie#te s$lo si ,ace tra!a)o so!re el sistema.

P(o*e&o& Re/e(&i0,e& E I((e/e(&i0,e& I((e/e(&i0,e&:: O+l calor F"e e# forma espo#tá#ea de # cerpo más calie#te ,acia #o más frío ca#do se po#e# e# co#tacto' pero el proceso i#verso s$lo se pede lograr por medio de #a i#Fe#cia e*ter#a. Ca#do # !loqe se deslia so!re #a sper(cie áspera' (#alme#te se dete#drá. Bic,os procesos #idireccio#ales se

 pág. 7

 

Motor de vapor llama# procesos irreversi!les. &# >PC+:P es ++:D%+ si el sistema " ss alrededores #o pede# regresarse a s estado i#icialQ. -6ova)' 1982/ O&# sistema pede ser ++:D%+ si el sistema pasa de # estado i#icial a # estado (#al a travs de #a scesi$# de estados de eqili!rio. :i # proceso es real ocrre e# forma casi. %os estados i#termedios' de #o eqili!rio pede# te#er vol=me#es !ie# de(#idos' pero estos estados #o está# caracteriados por #a presi$# =#ica para todo el sistema. +# lgar de ello' e*iste# variacio#es e# la presi$# -" temperatra/ a travs del ra#go de volme# " estas variacio#es #o persistirá# si se de)a# e# li!ertad -es decir' co#dicio#es de #o eqili!rio/. >or esta ra$#' #o es posi!le represe#tar co# #a lí#ea # proceso irreversi!le e# # diagrama de > >..   Ilustración 2: proceso reversible entre dos procesos de equilibrio.

E, #o( *o)o F,%ido Te()odin)i*o: +l so de vapor como Fido termodi#ámico se )sti(ca por gra# variedad de propiedades' e# particlarJ • •

+s a!#da#te " !arato de prodcir.  R  Rra#sporta ra#sporta gra# ca#tidad de e#ergía por #idad de masa de!ido al cam!io de fase. +# efecto' el calor late#te de cam!io de fase es del orde# de 2.500 ST6@TgU.

Ci*,o A0ie(to: +ste fe el primer ciclo de vapor a tiliarse e# forma amplia. Correspo#de a las típicas máqi#as de vapor de ciclo a!ierto -locomotoras' locom$viles "  pág. 8

 

Motor de vapor mc,as mc ,as máq máqi# i#as as est estaci acio#a o#arias rias e# los i#i i#icio cioss de la revol revolci$ ci$# # i#d i#dst stria rial/. l/. >asemos a a#aliarlo e# diagramas " e# !loqes.

Ilustración 3: ciclo abierto.

E&$%e)# 0,o$%e& de *i*,o de /#o( #0ie(to O+l ciclo opera de la sigie#te formaJ # dep$sito co#tie#e aga para la caldera -1/. %a !om!a toma el aga del dep$sito " la i#"ecta a la caldera -2/ -ame#ta#do s presi$# desde la presi$# atmosfrica ,asta la presi$# de la caldera/Q. -sociacio# de +#ergía Geotrmica' 2007/ +# la caldera -do#de se le e#trega el calor K/' el aga e!lle' forma#do vapor. +l vapor se e*trae de la caldera e# la parte sperior -3/. >or gravedad' solo tie#de a salir vapor satrado' por lo ta#to sale de la caldera co# títlo m" cerca#o a *L1... %ego el vapor -a presi$#/ es co#dcido al motor do#de se e*pa#de' prodcie#do el tra!a)o  .. +l motor descarga el vapor tiliado al am!ie#te qe está a 1 atm. >or lo ta#to el vapor co#de#sa a 100VC.

Ilustración 6: Diagrama p- de ciclo de vapor abierto.

En di#-(#)#  e, *i*,o &e de&*(i0e *o)o &i-%e: -%os p#tos termodi#ámicos está# i#dicados co# peqe;as crces' cerca del #=mero correspo#die#te/J +# -1/ el aga del dep$sito es líqido s!satrado. %a !om!a ame#ta s presi$# ,asta es estado -2/. Como lo qe se comprime es solo líqido' el volme# de -2/ es ligerame#te i#ferior al de -1/. %ego esta aga a presi$# se i#"ecta caldera. llí alca#a primero el estado satraci$# -i#tersecci$# de lí#eae# 2ar >ara a la atm$s atm$sferaJ feraJ +l v vapor apor se lili!era !era a la at atm$sfera m$sfera cc"a "a pr presi$# esi$# es ma ma"or "or qe o igal a la presi$# atmosfrica' por lo qe #o es posi!le qe este vapor se velve a tiliar para otro ciclo de máqi#a de vapor vapor.. 2. Co#de# Co#de#sador sadorJJ +sta li! li!eraci$ eraci$# # motora de vap vapor or #a ca# ca#tidad tidad de 0' 0'05 05 !ar e# el i#terior del co#de#sador' qe lego se co#de#sa " se e#vía de #evo a la caldera por la !om!a de alime#taci$# -se retilia vapor/.

NO:

RESULTADO:

Gracias a este prototipo se pede# o!servar la tra#sformaci$# de e#ergía calorí(ca a mecá#ica. Co# este modelo se i#te#ta dar #a idea del f#cio#amie#to de los motores a vapor qe ,a# sido ampliame#te tiliados.

I. •

CONCLUSIONES: %a co#strcci$# de este prototipo reqiri$ esfero tiempo. :i# em!argo' gracias a ste se pede demostrar las tra#sformacio#es de la e#ergía' la le" de la co#servaci$# de la e#ergía' el eqivale#te mecá#ico del calor " el f#cio#amie#to del motor de vapor.

pág. 13

 

Motor de vapor +s importa#te me#cio#ar qe a#qe el motor de vapor ,a sido

 

ampliame#te tiliado e# todos los tiempos " es de gra# tilidad' el reto ,o" e# día es !scar otros tipos de e#ergía qe #o case da;os al am!ie#te #i termi#e co# los recrsos #o re#ova!les. +s decir' para el f#cio#amie#to del motor de vapor' lo pri#cipal es el la ge#eraci$# de e#ergía calorí(ca' qe e# este caso se tili$ e#ergía elctrica para ge#erarla? pero salme#te se tilia la com!sti$# de materiales #o re#ova!les como la madera' lo cal como se sa!e #o e# a!solto recome#da!le.

.

RECOMENDACIONES:

>ara los pisto#es se recomie#da e#grasar los t!os para poder redcir el roamie#to. :e recomie#da ,acer #a simlaci$# a#tes e# calqier programa de simlaci$# e# este caso :olidorT' para poder te#er e# ce#ta las medidas tiliadas. &tiliar el pegame#to a altas temperatras' recomie#do silico#a para motos' "a qe es espeso " facilita s so.

I.. I

•

•

REF EFER EREN ENC CIA IAS S BI BIBL BLIO IO! !RAF AFIA IAS: S:

Xlvare l$res' 6.' E grama#t' C. -2005/. 'áquinas "(rmicas 'otoras.  M*icoJ lfaomega.  )sociacion de *nerg+a ,eotr(mica ,eotr(mica. -2007/. P!te#ido de sociacio# de

+#ergía GeotrmicaJ III.geo. . -200/. *l 'otor )utoactuante de "esla .  taliaJ ttos . Mercado Medi#a' +. 6. -2009/. *studio de un motor de combustion interna.   >erJ +l Comercio. Y;iga Ca#ivell' C. -2004/. 0a locomotora de vapor. >er=J %m!reras.

II.

ANE?OS:

Ilustración 6: maquina a vapor de un modelo de tren.

 pág. 15

 

Motor de vapor

Ilustración 2: diagrama esquemático de un refrigerador refrigera dor imposible.

 pág. 1

 

Motor de vapor

Ilustración : proceso reversible entre dos procesos de equilibrio.

Ilustración : ciclo abierto.

Ilustración 6: Diagrama p- de ciclo de vapor abierto.

 pág. 17

 

Motor de vapor

Ilustración : Diagrama "-# de ciclo de vapor abierto.

Ilustración 14: Diagrama "-# "-# de ciclo de vapor abierto% inclu&endo.

 pág. 18