Máquinas Térmicas, Eficiencia de Máquinas Ideales y Reales, Esquema General de las Maquinas Térmicas y Reales y la recapitulación de éstos mismos.

Máquinas térmicas y eficiencia de máquinas ideales y reales.

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.

El segundo principio de la termodinámica dictamina que si bien la materia y la energía no se pueden crear ni destruir, sino que se transforman, y establece el sentido en el que se produce dicha transformación. Sin embargo, el punto capital del segundo principio es que, como ocurre con toda la teoría termodinámica, se refiere única y exclusivamente a estados de equilibrio.

Rendimiento (Eficiencia)

El rendimiento mecánico en una máquina ideal es 1 (u= 0) porque no existe rozamiento y el trabajo útil es igual al trabajo producido.(potencia de salida igual a la potencia de entrada).

El rendimiento mecánico en una “máquina real” (u>0) es siempre menor que 1, debido a las perdidas d energía por el rozamiento interno que surge durante su funcionamiento de la máquina. Generalmente se multiplica por 100, para que el rendimiento se exprese en porcentaje.

El rendimiento total de un número de máquinas colocadas en serie es igual al producto de sus rendimientos individuales.

La eficiencia comprende el trabajo, la energía y/o la potencia. Las máquinas sencillas o complejas que realizan trabajo tienen partes mecánicas que se mueven, de cómo que siempre se pierde algo de energía debido a la fricción o alguna otra causa. Así, no toda la energía absorbida realiza trabajo útil. La eficiencia mecánica es una medida de lo que se obtiene a partir de lo que se invierte, esto es, el trabajo útil generado por la energía suministrada.

Semana14 martes SESIÓN 40	Maquinas térmicas.
contenido temático	Funcionamiento de una máquina térmica.

Aprendizajes esperados del grupo	Conceptuales:  ·         Conoce el principio de funcionamiento de las Maquinas térmicas Procedimentales: Conoce el principio de funcionamiento de una máquina térmica. ·         Elaboración de acetatos y manejo del proyector. ·         Presentación en equipo Actitudinales: Confianza, cooperación, responsabilidad respeto y tolerancia.
Materiales generales	De laboratorio: -          Parrilla eléctrica, matraz erlenmeyer de 250 ml, tapón de hule bihoradado, tubo de desprendimiento, rehilete de pastico, termómetro. De proyección: -          Pizarrón, gis, borrador -          Proyector de acetatos De computo: -          PC, y proyector tipo cañón -          Programas: Hoja de cálculo, procesador de palabras, presentador. Didáctico: -          Resumen escrito, en documento electrónico
Desarrollo del proceso	FASE DE APERTURA El Profesor de acuerdo a su Planeación de clase, plantea la pregunta siguiente:                                                                                                                                                                                                                                                                             ¿Cómo es posible aprovechar las propiedades del vapor de agua para crear un motor que no consumirá energía? Preguntas ¿Qué es una maquina térmica? ¿Cómo funciona una maquina térmica? ¿Qué es la eficiencia ideal de una maquina térmica? ¿Cómo se calcula la eficiencia real de las maquinas térmicas? ¿Cuáles son las variables que intervienen en las maquinas terminas? ¿Qué unidades se utilizan en las variables de las maquinas térmicas? Equipo 6 5 2 1 3 4 Respuesta Es un conjunto de elementos mecánicos que permiten intercambiar energía , a través de un eje . Un motor térmico o máquina térmica es un artefacto que convierte energía térmica en trabajo mecánico por medio del aprovechamiento del gradiente de temperatura entre una “fuente” caliente y un “sumidero” frío. El calor se transfiere de la fuente al sumidero y, durante este proceso, algo del calor se convierte en trabajo por medio del aprovechamiento de las propiedades de un fluido de trabajo, usualmente un gas o un líquido.  Es 1 (U=0) porque no existe rozamiento y el trabajo útil es igual al trabajo producido (Potencia de salida igual a la potencia de entrada) E=T/Q1=(Q1-Q2)/Q1=(T1-T2)/T1 Donde: T=trabajo mecánico Q1=calor suministrado Q2=calor obtenido T1=trabajo de entrada T2=trabajo de salida E=eficiencia Trabajo mecánico Calor suministrado temperatura Trabajo mecánico J= Joules Calor Suministrado J / (kg · K) y cal / (g · °C). Temperatura °K o °C Después discuten y sintetizan el contenido                                                             FASE DE DESARROLLO (13martes) Conversión de trabajo en calor PROCEDIMIENTO: A.- Colocar la broca al taladro y aplicar durante 2 minutos la acción de taladrar a la madera, el metal y la piedra. Inmediatamente medir la temperatura en la perforación de cada material, anotar los datos: Observaciones: Equipo Temperatura O C madera Metal   O C Piedra   O C 1 40 15 29 2 28 19 22 3 21 24 37 4 21 25 38 5 53 27 37 6 61 27 43 Graficar los datos para cada material (equipo-material-temperatura). ¿Se podría colocar una botella tapada llena de agua dentro de una masa de hielo en derretimiento sin temor a que se rompa? b) Una botella llena de agua se encuentra dentro de una masa de hielo a 0 °C, y otra, dentro de agua a la misma temperatura. ¿En cuál de las botellas el agua se congelará antes? a)      Si se congelara el agua contenida en la botella, el vidrio se rompería a consecuencia de la dilatación del hielo. No obstante, en las condiciones especificadas el agua no se helará. Para ello no sólo habría que reducir la temperatura hasta 0 °C, sino también haría falta disminuir el calor latente de fusión en 80 calorías por cada gramo de agua que se congela. El hielo, dentro del cual se encuentra la botella, tiene una temperatura de 0 °C (se derrite) y, por consiguiente, el agua no transmitirá calor al hielo: la transmisión de calor es imposible cuando las temperaturas son iguales. Como el agua no cede calor a 0 °C, permanecerá en estado líquido. Por ello, no hay que temer que la botella se rompa. b) El agua no se congelará en ninguna de las botellas. En ambos casos la temperatura es de 0 °C, por consiguiente, el agua contenida en la botella se enfriará hasta 0 °C, pero no se helará, pues no podrá ceder calor latente de fusión al ambiente: si los cuerpos tienen temperaturas iguales, no intercambian calor. Después discuten y sintetizan el contenido    (13 Jueves ) 1ª. Ley de la Termodinámica -              Colocar en un vaso  de precipitados 50 ml  de agua, colocar sobre este vaso  otro vaso con 50 ml de agua y medir su temperatura. -          Colocar el conjunto de los dos vasos sobre la parrilla. -          Calentar  hasta ebullición del agua del vaso de precipitados inferior y medir la temperatura del vapor, medir el tiempo  de ebullición del agua  del  vaso inferior y la temperatura del agua del vaso superior. Observaciones: Equipo Temperatura inicial del agua Vaso superior Temperatura del vapor vaso inferior Temperatura final del agua Vaso superior Tiempo en e bullir el agua vaso inferior. 1 17°C 80°c 70°c 10.35 2 18°C 54°C 64°C 6.49 3 19°C 90°C 60°C 8.21 4 18°C 79°C 63°C 7.25 5 18°C 78°C 62°C 6.32 6 15°C 80°C 61° 7.12 Graficar los datos obtenidos:      14 martes Máquinas Térmicas Colocar 100 ml de agua en el matraz erlenmeyer, y tapar con el tapón bihoradado colocar el tubo de vidrio de desprendimiento. Calentar el agua y medir la temperatura de salida del vapor, colocar en la salida del vapor de agua el rehilete y medir el número de revoluciones y la temperatura. Tabular y graficar los datos obtenidos, temperatura-vueltas. Equipo Giros por minuto del rehilete 1 ¼ de giro 2 ⅛ de giro. 3 0/16 de giro 4 0/18 de giro 5 0/18 de giro 6 0/18 de giro El Profesor solicita a los alumnos que  presenten resultados, empleando la técnica seleccionada. FASE DE CIERRE        Al final de las presentaciones se lleva a cabo una discusión extensa, en la clase, de lo  que se aprendió. Para generar una conclusión grupal de la importancia de las maquinas térmicas.                      Revisa el trabajo a cada alumno y lo registra en la lista de MOODLE. Actividad Extra clase: Los alumnos: Ø  Elaboraran su informe,  para registrar sus resultados en su Blog. Ø  Indagaran los temas siguientes de acuerdo al cronograma, y los depositaran en su Blog personal en la cual contendrá su información, Ø  Los integrantes de cada equipo, se comunicaran la información indagada y la procesaran en Googledocs,   Analizaran y sintetizaran los resultados, para presentarla al Profesor en la siguiente sesión.
evaluación	El profesor revisara el Informe de la actividad depositado en el Blog personal.     Contenido: -           Resumen de la indagación bibliográfica. -          Informe de las actividades en el Aula-laboratorio.

Esquema general de las maquinas térmicas y reales.

La segunda ley de la termodinámica establece cuales procesos de la naturaleza
pueden ocurrir o no. De todos los procesos permitidos por la primera ley, solo
ciertos tipos de conversión de energía pueden ocurrir. Los siguientes son algunos procesos compatibles con la primera ley de la termodinámica, pero que se
cumplen en un orden gobernado por la segunda ley. 

1) Cuando dos objetos que están a diferente temperatura se ponen en contacto térmico entre sí, el calor fluye del objeto más cálido al más frío, pero nunca del más frío al más cálido. 

2) La sal se disuelve espontáneamente en el agua, pero la extracción de la
sal del agua requiere alguna influencia externa. 3) Cuando se deja caer una
pelota de goma al piso, rebota hasta detenerse, pero el proceso inverso nunca
ocurre. Todos estos son ejemplos de procesos irreversibles, es decir procesos
que ocurren naturalmente en una sola dirección. Ninguno de estos procesos
ocurre en el orden temporal opuesto. Si lo hicieran, violarían la segunda ley de
la termodinámica. La naturaleza unidireccional de los procesos termodinámicos establece una dirección del tiempo.

La segunda ley de la termodinámica, que se puede enunciar de diferentes formas equivalentes, tiene muchas aplicaciones prácticas. Desde el punto de vista
de la ingeniería, tal vez la más importante es en relación con la eficiencia limitada de las máquinas térmicas. Expresada en forma simple, la segunda ley
afirma que no es posible construir una máquina capaz de convertir por completo, de manera continua, la energía térmica en otras formas de energía.

Semana14 jueves SESIÓN 41	Esquema general de las maquinas térmicas
contenido temático	Esquema general de las maquinas térmicas.

Aprendizajes esperados del grupo	Conceptuales: ·         Conocerán  el esquema de las diferentes maquinas térmicas. Procedimentales: ·         Analiza la aplicación de transferencia de la energía por medio del calor y el trabajo Actitudinales ·          Confianza, cooperación, responsabilidad respeto y tolerancia.
Materiales generales	De proyección: -          Pizarrón, gis, borrador -          Proyector de acetatos De computo: -          PC, y proyector tipo cañón -          Programas:  Gmail, Googledocs. Didáctico: -          Resumen escrito, en documento electrónico
Desarrollo del proceso	FASE DE APERTURA El Profesor de acuerdo a su Planeación de clase, solicita a cada equipo: ¿Cuáles son los esquemas de diferentes tipos de máquinas térmicas? Motor Stirling Turbina Alternativa Compresor de émbolo Rotativa Compresor rotativo Turbocompresor Turbo máquinas Máquina de vapor Rotativa Equipo 1 6 4 2 3 5 Respuesta El motor de aire caliente Stirling, utiliza una fuente de calor fija, para calentar aire en su cilindro. Se le puede considerar de combustión externa y proceso adiabático, ya que no requiere quemar combustible en su interior y al operar, no transfiere calor al entorno. Su movimiento obedece a las diferencias de presión de aire, entre la porción mas caliente y la fría. El mecanismo central de un Stirling consiste de dos pistones/cilindros, uno para disipar calor y desplazar aire caliente hacia la sección fría (viceversa). En la práctica este cilindro funciona como intercambiador de calor y se le denomina regenerador.   Es un motor que utiliza el movimiento alternativo de uno o más pistones para convertir la presión en un fluido en trabajo, generalmente en forma de movimiento de rotación. La contraposición son las máquinas rotativas en que el movimiento de las piezas de la máquina ya es de rotación como las turbinas o el motor Wankel.   Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores.   Un turbocompresor o también llamado turbo es un sistema desobrealimentación que usa una turbina centrífuga para accionar mediante un eje coaxial con ella, un compresor centrífugo para comprimir gases. Este tipo de sistemas se suele utilizar en motores de combustión interna alternativos, especialmente en los motores diésel.   Una turbomáquina es una máquina cuyo elemento principal es un rodete (rotor giratorio) a través del cual pasa un fluido de forma continua, cambiando éste sucantidad de movimiento por acción de la máquina. Se da así una transferencia de energía entre la máquina y el fluido a través del momento del rotor sea en sentido máquina-fluido (como en el caso de una bomba hidráulica) o fluido-máquina (como en el caso de una turbina).  De forma aproximada, se suele referir a las turbomáquinas como aquellas que cumplen la ecuación de Euler, si bien esta solo es exacta para el caso unidimensional: W=m*(c1u*u1-c2u*u2) Las turbinas de vapor son máquinas rotativas ya que no incorporan ningún mecanismo alternativo como el biela-monavella usado en las máquinas alternativos.    El Profesor solicita a los alumnos que  presenten resultados, empleando la técnica seleccionada. FASE DE DESARROLLO Al final de las presentaciones se lleva a cabo una discusión extensa, en la clase, de lo  que se aprendió. Para generar una misma conclusión consensada. Tabular y graficar los datos obtenidos, temperatura-vueltas. Equipo Giros por minuto del rehilete 1 ¼ de giro 2 ⅛ de giro. 3 0/16 de giro 4 0/18 de giro 5 0/18 de giro 6 0/18 de giro Los alumnos comentaran como han repercutido en su vida cotidiana las maquinas térmicas. FASE DE CIERRE          Al final de las presentaciones se lleva a cabo una discusión extensa, en la clase, de lo  que se aprendió. Para generar una conclusión grupal relativa a las diferentes tipos de máquinas térmicas.                     Revisa el trabajo a cada alumno y lo registra en el Blog. Actividad Extra clase: Los alumnos: Ø  Elaboraran su informe,  para registrar sus resultados en su Blog. Ø  Indagaran los temas siguientes de acuerdo al cronograma, y los depositaran en su Blog personal en la cual contendrá su información, Ø  Los integrantes de cada equipo, se comunicaran la información indagada y la procesaran en Googledocs,   Analizaran y sintetizaran los resultados, para presentarla al Profesor en la siguiente sesión.
evaluación	El profesor revisara el Informe de la actividad depositado en el Blog personal.     Contenido: -           Resumen de la indagación bibliográfica. -          Informe de las actividades en el Aula-laboratorio.

Y la recapitulación de éstos mismos.  

Semana14 viernes SESIÓN 42	Recapitulación 14
contenido temático	Sistema térmico, eficiencia, maquinas térmicas reales e ideales.

Aprendizajes esperados del grupo	Conceptuales: ·         Sistema térmico, eficiencia, maquinas térmicas reales e ideales. Procedimentales: Relacionara las maquinas térmicas, con modelos de uso diario. ·         Describirá diferentes sistemas y fenómenos físicos, así como los elementos que lo conforman, donde intervienen las maquinas térmicas. Actitudinales: -           Confianza, colaboración, cooperación, responsabilidad, respeto y tolerancia.
Materiales generales	De proyección: -          Pizarrón, gis, borrador -          Proyector de acetatos De computo: -          PC, y proyector tipo cañón -          Programas:  Gmail, Googledocs. Didáctico: -          Resumen escrito, en Word,  acetatos o Power Point
Desarrollo del proceso	FASE DE APERTURA El Profesor de acuerdo a su Planeación de clase: - Cada equipo realizara una autoevaluación de los temas aprendidos en las dos sesiones anteriores. 1.- ¿Qué temas se abordaron? 2.- ¿Que aprendí? 3.- ¿Qué dudas tengo? Equipo 1 2 3 4 5 6 Respuesta 1) Maquinas térmicas y eficiencia de maquinas ideales y reales. Esquema general de las maquinas térmicas. 2) que la eficiencia de una maquina térmica es la relación entre el trabajo mecánico producido y el calor suministrado, y que las maquinas térmicas son aquellos dispositivos que se utilizan para transformar la energía, y que en su funcionamiento producen un intercambio de calor. 3) Ninguna 1) Máquinas térmicas y eficiencia de máquinas ideales y reales. Esquema de las máquinas térmicas. 2) En qué radica la eficiencia de las máquinas térmicas, en qué consisten y qué son y cómo son. 3) No hay dudas. 1.-vimos algunos esquemas de maquinas térmicas la forma en que producen calor y como lo transmiten 2.-com funcionan las maquinas térmicas, como producen calor y conocimos algunos ejemplos 3.-ninguna 1.- Maquinas térmicas y eficiencia de maquinas ideales y reales. Esquema de las maquinas reales y térmicas. 2.- aprendimos de una maquina térmica depende de que temperaturas se trabajen, que una maquina térmica sostiene un istrumento mecanicoque genera trabajo mecanico a partir  de energía térmica, las maquinas térmica son aquellos que se utilizan para transformar energía 3.-ninguna duda 1.- se abordaron los temas de maquinas térmicas y la eficiencia de maquinas ideales y esquema general de las maquinas y reales térmicas 2.- aprendimos como funcionan cada una de estas maquinas y como es el proceso que llevan a cabo para producir distintos tipos de energías 3.- el equipazo número 5 no tiene dudas 1-Maquinas térmicas en la eficiencia de maquinas ideales y esquema general de la maquinas reales y térmicas. 2- Cuando se ejerce presión y fricción en un objeto crea energía. 3- NINGUNA   Solicita a los alumnos elaboren un resumen escrito en documento electrónico acerca de los temas vistos en las dos sesiones anteriores, FASE DE DESARROLLO - Les solicita que un alumno de cada equipo lea el resumen elaborado. - El Profesor pregunta acerca de las dudas que tengan acerca de los temas vistos en las dos sesiones anteriores. FASE DE CIERRE        El Profesor concluye con un repaso de la importancia de las maquinas térmicas en la vida cotidiana. Revisa el informe a cada alumno y lo registra en la lista. Actividad Extra clase: Los alumnos: Ø  Elaboraran su informe,  para registrar sus resultados en su Blog. Ø  Indagaran los temas siguientes de acuerdo al cronograma, y los depositaran en su Blog personal en la cual contendrá su información, Ø  Los integrantes de cada equipo, se comunicaran la información indagada y la procesaran en Googledocs,   Analizaran y sintetizaran los resultados, para presentarla al Profesor en la siguiente sesión.
evaluación	El profesor revisara el Informe de la actividad depositado en el Blog personal.     Contenido: -           Resumen de la indagación bibliográfica. -          Informe de las actividades en el Aula-laboratorio.

SEMANA 14

11, 13, 14 – 11 – 2014

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http://html.rincondelvago.com/rendimiento-y-eficiencia-de-maquinas.html