BLOQUE 3: Principio de mquinas

1. Conceptos fsicos fundamentales: trabajo, potencia, rendimiento, velocidad lineal y angular, par motor, momento de inercia. Unidades de medida: julio, caloria, vatio, Kw, Kwh, CV, m/s, rad/s, N.m, etc.. y relaciones entre ellas. Los principios de la termodinmica y sus procesos ( adiabtico y isotrmico )

CONCEPTOS FSICOS FUNDAMENTALES

- Trabajo: En mecnica clsica, el trabajo que realiza una fuerza se define como el producto de sta por el camino que recorre su punto de aplicacin y por el coseno del ngulo que forman la una con el otro. El trabajo es una magnitud fsica escalar que representa con la letra W y se expresa en unidades de energa , esto es en julios en el Sistema Internacional de Unidades. - Potencia: Es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo. - Rendimiento: Expresa la eficiencia de un dispositivo , mquina , ciclo termodinmico, etc. - Velocidad lineal: Velocidad de un mvil que se desplaza con una trayectora rectilnea. Es una magnitud vectorial, ya que est determinada por el vector desplazamiento. - Velocidad angular: es una medida de la velocidad de rotacin. Se la define como el ngulo girado por unidad de tiempo y se la designa mediante la letra griega w. Su unidad en el S.I es el radin por segundo (rad/s). - Par motor: es el momento de fuerza que ejerce un motor sobre el eje de transmisin de potencia. - Momento de inercia: es una medida de la inercia rotacional de un cuerpo. Ms concretamente el moento de inercia es una magnitud escalar que refleja la distribucin de masas de un cuerpo o sistema de partculas en rotacin, respecto al eje de giro.

UNIDADES DE MEDIDA

- Julio: Es la unidad del sistema internacional para energa , trabajo y calor. Como unidad de trabajo, se le define como el trabajo realizado por una fuerza constant de un newton en un desplazamiento de 1 metro en la misma direccin de la fuerza. - Caloria: Es una unidad de energa no perteneciente al S.I basada en el calor especfico del agua. Aunque debe ser sustituida por el julio del SI, la calora permanece en uso debido a su utilizacin generalizada para expresar el poder energtico de los alimentos. - Vatio:Es la unidad de potencia del S.I. Es equivalente a 1 julio sobre segundo (1 J/s) y es una de las unidades derivadas. Expresado en unidades utilizadas en electricidad, el vatio es la potencia producida por una diferencia de potencial de 1 voltio y una corriente elctrica de 1 amperio (1 VA). - Kilovatio (kW): Es igual a mil vatios, se usa habitualmente para expresar la potencia de motores y la potencia de herramientas y mquinas. Un kilovatio es equivalente a 1.35984 caballos de vapor. - Kilovatio hora (kWh): Es una unidad de energa. Equivale a la energa desarrollada por una potencia de un kilovatio (kW) durante una hora, equivalente a 3,6 millones de julios. - Caballo de vapor (CV): Es una unidad de medida de potencia que se define como la potencia necesaria para elevear verticalmente un peso de 75kg a 1m de altura en 1s. - Metro por segundo: Es una unidad derivada del SI de velocidad escalar y vectorial. Se define por la distancia divida por el tiempo. - Radin por segundo: En SI es la unidad de velocidad angular. Es tambin la unidad de frecuencia angular. El radian por segundo se define como el cambio de orientacin de un objeto, adentro de radianes. - Nanmetro (nM):Es la unidad de longitud que equivale a una milmellonsima parte de un metro. Comnmente se utiliza para medir la longitud de onda de la radiacin ultravioleta, radiacin infrarroja y la luz. Recientemente la unidad ha cobrado notoriedad en el estudio de la nanotecnologa, area que estudia materiales que poseen dimensiones de unos pocos nanmetros.

LOS PRINCIPIOS DE..

- La termodinmica es una rama de la fsica que estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presin y volumen de los sistemas a un nivel macroscpico. Tambin podemos decir

que la termodinmica nace para explicar los procesos de intercambio de masa y energa trmica entre sistemas trmicos diferentes. Para tener un mayor manejo espeficaremos que calor significa " energa en trnsito " y dinmica se refiere al "movimiento", por lo que , en esencia, la termodinmica estudia la circulacin de la energa y cmo la energa infunde movimiento. Histricamente, la termodinmica se desarroll a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras mquinas de vapor.

PROCESOS TERMODINMICOS

-Se denomina proceso isotrmico al cambio de temperatura de un sistema termodinmico , siendo dicho cambio de temperatura constante en todo el sistema. La compresin o expansin de un gas ideal en contacto permanenete con un termostato es un ejemplo de proceso isotermo, y puede llevarse a cabo colocando el gas en contacto trmico con otro sistema d capacidad calorfica muy grande y a la mnisma temperatura que el gas; este otro sistema se conoce como foco caliente. De esta manera, el calor se transfiere muy lentamente , permitiendo que el gas se expanda realizando trabajo. Como la energa interna de un gas ideal slo depende de la temperatura y sta permanece constante en la expansin isoterma, el calor tomado del foco es igual al trabajo realizado por el gas: Q=W - Se designa como proceso adiabtico a aquel en el cual el sistema no intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabtico que es adems reversible se conoce como proceso isentrpico. El extremo opuesto, en el que tiene lugar la mxima transferencia de calor, causando que la temperatura permanezca constante, se denomina procso isotrmico ( ya explicado anteriormente ).

2. Mecanismos de transmisin y transformacin de movimientos

DESCRIPCIN DE MECANISMOS DE TRANSMISIN Y TRANSFORMACIN DE MOVIMIENTOS

- Transmisin de movimiento: El contacto fsico de las masas transmisora y receptora de potencia se divide , como hemos adelantado , en dos campos: el contacto con rozamiento y el contacto con empuje.

Transmision por rozamiento

- Cuando deslizan dos cuerpos entre si, se produce un fenmeno de resistencia a ese movimiento debido a la aspereza de las superficies en contacto que, observadas al microscopio y en ocasiones con una simple lupa , estan constituidas por rugosidades ms o menos acusadas que suponen un obstculo para su deslizamiento recproco. Este rozamiento es de gran utilidad para el uso de muchos de los objetos que nos rodean y, tecnicamente , nos permite disponer de un buen nmero de dispositivos mecnicos.

- Embragues de friccin: Los embragues son subconjuntos destinados a transmitir el movimiento angular entre dos ejes alineados uno a continuacin de otro. Constan de un elemento fijo solidario con el motor - es decir, que gira con l y a la misma velocidad angular- y otro desplazable, arrastrado por el anterior.Ambos elementos suelen estar separados por la accin de un muelle o resorte, cuya resistencia hay que vencer mediante el accionamiento de una palanca que hace que ambos elementos se unan para realizar la transmisin. Es el caso del automovil: mientras no "pisamos embrague" el mecanismo trabaja y se transmite el giro o par motor desde el motor a las ruedas motrices. O bien el embrague puede estar normalmente "desconectado" y solo entra en servicio cuanod accionamos el correspondiende dispositivo.

- Correas: La transmisin por orrea, en su forma ms sencilla, consta de una cinta colocada con tensin en dos poleas: una motriz y otra movida. Al moverse la cinta ( correa) transmite energa desde la polea motriz a la polea movida por medio de rozamientos que surge entre la correa y las poleas.

Transmision por empuje

- Son el resultado de enfrentar dos elementos no penetrables uno de los cuales aporta la fuerza con la que trata de hacer girar al otro. Normalmente se trabaja con materiales slidos, duros e indeformabls que transmiten de una manera eficaz el esfuerzo de giro introducido en el sistema.

- rbol de transmisin: Los rboles de transmisin son elementos de mquinas animados de movimiento de rotacin que sirven para transmitir un momento de giro, estando sometdos a torsin , o bien a flexin y torsin simultneas. Tambin se les llama ejes de transmisin o, por simplificacin ejes, aunque esta ltima denominacin es ms correcta para los elementos que no transmiten momento de giro.

- Engranaje: Se denomina engranaje al mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una mquina. Los engranajes estn formados por dos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se denomina "corona" y la menor "pion". Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas. Una de las aplicaciones ms importantes de los engranajes es la transmisin del movimiento desde el eje de una fuente de energa, como puede ser un motor de combustin interna o un motor elctrico, hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un trabajo. De manera que una de las ruedas est conectada por la fuente de energa y es conocido como engranaje motor y la otra est conectada al eje que debe recibir el movimiento del eje motor y que se denomina engranaje conducido. Si el sistema est compuesto de ms de un par de rujedas dentadas, se denomina tren de engranaje.

- Cadena:Sirve para transmitir el movimiento a las ruedas o de un mecanismo a otro. Se usan para transmitir el movimiento de los pedales a la rueda en las bicicletas o dentro de un motor para transmitir movimiento de un mecanismo a otro. Por ejemplo del cigeal al rbol de levas.

- Transformacin de movimiento: Los movimientos fundamentales que se producen en cualquier mquina son el rectilneo y el circular. Ambos estn presentes tanto en los procedimientos de transformacin de energa ( motores) , como en los rganos que realizan el trabajo encomenado a la mquina, siendo los mecanismos ms importantes que los interrelacionan:

- Biela-Manivela: Es un mecanismo que transforma un movimiento circular en un movimiento de translacin , o viceversa. El ejemplo actual ms comn se encuentra en el motor de combustin interna de un automovl, en el cual el movimiento lineal del pistn producido por la explosin de la gasolina se transmite a la biela y se convierte en movimiento circular en el cigeal. En forma esquemtica, este mecanismo se crea con dos barras unidas por una unin de reveluta. El extremo que rota de la barra ( manivela ) se encuentra unido a un punto fijo, el centro de giro, y el otro extremo se encuentra unido a la biela. El extremo restante de la biela se encuentra unido a un pistn que se mueve en lnea recta.

- Levas y excntricas: Son mecanismos diseados para transformar movimiento circular uniforme al movimiento rectilineo alternativo. Las ms comunes se construyen a partir de un disco circular al cual se le modifica la forma de su circunferencia exterior o contorno, conviertindola en una curva cerrada en las que sus puntos estan a una distancia estudiada respecto al centro de giro. Si hacemos girar esta leva y analizamos las posiciones de su contorno respecto a un punto exterior de referencia, veremos que se aleja o acerca a l en funcin de la figura de ese contorno.

3. Constitucin y funcionamiento de los motores del ciclo Otto y disel de 2 y 4 tiempos. Representacin en diagramas p-V de los ciclos Otto y disel terico y prctico. Los conceptos de presin media efectiva, carrera, cilindrada, trabajo por ciclo, r.p.m, punto muerto superior y inferior, etc.

CICLO OTTO

- El ciclo Otto es el ciclo termodinmico ideal que se aplica en los motores de combustin interna. Se caracteriza porque todo el calor se aporta a volumen constante. El ciclo consta de seis procesos , dos de los cuales se cancelan mutuamente:

EA: admisin de presin constante. A-B: compresin isentrpica B-C: Combustin , aporte de calor a volumen constante. La presin se eleva

rpidamente antes de comenzar el tiempo til. C-D: fuerza, expansin isentrpica o parte del ciclo que entrega trabajo. D-A: Escape, cesin del calor residual al ambiente a volumen constante. A-E: Escape, vaciado de la cmara a presin constante.

Hay dos tipos de motores que se rigen por el ciclo Otto, los motores de dos tiempos y los motores de cuatro tiempos. Este ltimo, junto con el motor disel, es el ms utilizado en los automviles ya que tiene un buen rendimiento y contamina mucho menos que el motor de dos tiempos.

Eficiencia

La eficiencia de los motores Otto modernos se ve limitada por varios factores, entre otros , la prdida de energa por la friccin y la refrigeracin. En general, la eficiencia de un motor de este tipo depende de la relacin de compresin, proporcin entre los volmenes mximo y mnimo de la cmara de combustin. Esta proporcin suele ser de 8 a 1 o 10 a 1 en la mayora de los motores Otto modernos. Se pueden utilizar proporciones mayores como de 12 a 1, aumentando as la eficiencia del motor, pero este diseo requiere la utilizacin de combustibles de alto ndice de octanos. Una relacin de compresin baja requiere combustible con bajo numero de octanos para hacer que el combustible alcance su puto de ignicin. De la misma manera, una compresin alta requiere un combustible de alto numero de octanos, para ecitar los efectos de detonacin de combustible, es decir, que se produzca una autoignicin del combustible antes de producirse la chispa en la buja. La eficiencia media de un buen motor Otto es de un 25 a un 30%, inferior al rendimiento alcanzado con motores diesel, que llegan a rendimientos del 30 al 45%. En el ciclo otto los motores trabajan en un rango de presiones de 5 a 10 bares, una relacion de compresion de 7 a 10, donde el exceso de aire (factor lambda), toma valores de 0,9 a 1,1.

En algunos motores el cilindro es constituido por una "camisa" que nada ms es que un tubo cilndrico colocado en el bloque del motor y que posibilita la circulacin de agua en su vuelta, as como una fcil sustitucin en caso de desgaste. Las medidas internas de la camisa del cilindro vienen dadas normalmente por el fabricante, pero pueden ser rectificadas en caso de gripaje, siempre que el material utilizado para su fabricacin no sea nicasil.

CICLO DOS TIEMPOS

- El motor de dos tiempos, tambin denominado motor de dos ciclos, es un motor de combustin interna que realize las cuatro etapas del ciclo termodinmico ( admisin, compresin, expansin y escape ) en dos movimientos lineales del pistn ( una vuelta de cigeal). Se diferencia del ms comn motor de cuatro tiempos de ciclo Otto, en el que este ltimo realiza las cuatro etapas en dos revoluciones de cigeal.

Funcionamiento

Fase de admisin-compresin

- El pistn se desplaza hacia arriba (la culata) desde su punto muerto inferior, en su recorrido deja abierta la lumbrera de admisin. Mientras la cara superior del pistn realiza la compresin en el cilindro, la cara inferior succiona la mezcla de aire y combustible a travs de la lumbrera. Para que esta operacin sea posible el crter tiene que estar sellado. Es posible que el pistn se deteriore y

la culata se mantenga estable en los procesos de combustin.

Fase potencia-escape

- Al llegar el pistn a su punto muerto superior se finaliza la compresin y se provoca la combustin de la mezcla gracias a una chispa elctrica producida por la buja. La expansin de los gases de combustin impulsan con fuerza el pistn que transmite su movimiento al cigeal a travs de la biela. En su recorrido descendente el pistn abre la lumbrera de escape para que puedan salir los gases de combustin y la lumbrera de transferencia por la que la mezcla de aire-combustible para del crter al cilindro. Cuando el pistn alcanza el punto inferior empieza a ascender de nuevo, se cierra la lumbrera de transferencia y comienza un nuevo ciclo.

Combustible

- Muchos de los motores de dos tiempos emplean una mezcla de gasolina sin plomo y aceite a una proporcin de 1:40 a 1:50, la gasolina siendo el agente de mayor presencia y tomando en cuenta siempre utilizar un buen aceite.

Lubricacin

- El aceite, mezclado con la gasolina, es desprendido en el proceso de quemado del combustible. Debido a las velocidades de la mezcla, el aceite se v depositando en las paredes del cilindro, pistn y demas componentes. Este efecto es incrementado por las altuas temperaturasde las piezas a lubricar. Un exceso de aceite en la mezcla implica la posibilidad de que se genere carbonilla en la cmara de explosin, y la escasez el riesgo de que se gripe el motor. Estos aceites suelen ser de tipo SAE 30, al que se le aaden aditivos como inhibidores bde corrosin y otros. La mezcla de aceite y gasolina es ideal hacerla en un recipiente aparte, y una vez mezclados, verterlos al depsito.

Tipos

Para entender el funcionamiento del motor de dos tiempos, es necesario saber de qu tipo se trata, porque los distintos tipos de motor actan de maneras diferentes. Los tipos de diseo del motor de dos tiempos varan de acuerdo con el mtodo de entrada de la mezcla de aire y combustible, el mtodo de barrido del cilindro ( intercambio de gases de combustin por mezcla fresca) y el mtodo de agotar el cilindro. Estos son las principales variaciones, que pueden encontrarse individualmente o combinadas entre s. Puerto del pistn: Es el ms simple de los diseos. Todas las funciones son controladas

nicamente por el pistn tapando y destapando los puertos, que son agujeros en un lado del cilindro, mientras mueve arriba y abajo el cilindro.

Barrido de lazo: El mtodo del cilindro con barrido de lazo utiliza puertos destinados a la transferencia para barrer la mezcla fresca hacia arriba en uno de los lados del cilindro y hacia abajo en el otro lado, haciendo que la mezcla quemada sea empujada hacia adelante y expulsada por una lumbrera de escape. El barrido de lazo o "Schnurle" , por su inventor, es de lejos, uno de los sistemas de barrido ms utilizados.

Ventajas

El motor de dos tiempos no precisa vlvuas de los mecanismos que las gobiernan, por lo tanto es ms liviano y de construccin ms sencilla, por lo que resulta ms econmico.

Al producirse una explosin por cada vuelta del cigeal, desarrolla ms potencia para una misma cilindrada y su marcha es ms regular.

Pueden operar en cualquier orientacin ya que el crter no almacena el lubricante.

Inconvenientes

Este motor consume aceite, ya que la lubricacin se consigue incluyendo una parte del aceite en el combustible. Este aceite penetra con la mezcla en la cmara de combustin y se quema produciendo emisiones contaminantes y suciedad dentro del cilindro que pueden afectar a la buja impidiendo un correcto funcionamiento.

Su rendimiento es inferior ya que la compresin, en la fase de compresin-admisin, no es enteramente efectiva hasta que el pistn mismo cierra las lumbreras de transferencia y de escape durante su recorrido ascendente y es por eso, que en las especificaciones de los motores de dos tiempos aparecen muchas veces dos tipos de compresin, la compresin relativa y la compresin corregida, midiendo el cilindro solo desde el cierre de las lumbreras. Esta prdida de compresin tambin provoca una prdida de potencia

Durante la fase de potencia-escape, la parte del volumen mezcla sin quemar ( mezcla limpia ), se pierde por la lumbrera de escape junto a los gases resultantes de la combustin provocando no solo una prdida de rendimiento, sino ms emisiones contaminantes.

Aplicaciones

Al ser un motor ligero y econmico es muy usado en aplicaciones en que no es necesaria mucha potencia tales como motocicletas, motores fuera borda, motosierras, cortadoras de csped, etc.. Su uso en automviles y camiones ha sido ocasional pero nunca se ha consolidado. Tambin en ocasiones se ha usado este tipo de motores para la generacin de electricidad o para la navegacin martima.

CICLO CUATRO TIEMPOS

Se denomina motor de cuatro tiempos , al que precisa cuatro, o en ocasiones cinco, carreras del pistn o mbolo - dos vueltas completas del cigeal - para completar el ciclo termodinmico de combustin.

TIEMPOS DEL CICLO

Tambin conocido como cuatro estaciones, en las que hay cuatro tiempos diferentes, fro, calor, templado tirando a caluroso y templado tirando a fro.

Primer tiempo o admisin: En esta fase el descenso del pistn aspira la mezcla aire combustible en los motores de encendido provocado o el aire en motores de encendido por compresin. La vlvula de escape permanece cerrada, mientras que la de admisin est abierta. En el primer tiempo el cigeal da 180 y el rbol de levas da 90 y la vlvula de admisin se encuentra abierta y su carrera es descendente.

Segundo tiempo o compresin: Al llegar al final de carrera inferior, la vlvula de admisin se cierra, comprimindose el gas contenido en la cmara por el ascenso del pistn. En el 2 tiempo el cigeal da 360 y el rbol de levas da 180, y adems ambas vlvuas se encuentran cerradas y su carrera es ascendente.

Tercer tiempo o explosin: Al llegar al final de carrera superior el gas ha alcanzado la presin mxima. En los motores de encendido provocado, salta la chispa en buja , provocando la inflamacin de la mezcla , mientras que en los motores disel, se inyecta con jeringa el combustible que se autoinflama por la presin y la temperatura existentes en el interior del cilindro. En ambos casos, una vez inciada la combustin, esta progresa rpidamente incrementando la temperatura en el interior del cilindro y expandiendo los gases que empujan el pistn. Esta es la nica fase en la que se obtiene trabajo. En este tiempo el cigeal da 180 mientras que el rbol de levas da 90 ambas vlvulas se encuentran cerradas y su carrera es descendente.

Cuarto tiempo o escape: En esta fase el pistn empuja cuidadosamente, en su movimiento asscendente los gases de la combustin que salen a travs de la vlvula de escape que permanece abierta. Al llegar al punto mximo de carrera superior, se cierra la

vlvula de escape y se abre la de admisin, reinicindose el ciclo. En este tiempo el cigueal y el rbol de levas da 180 y su carrera es ascendente.

CONCEPTOS

- Presin media efectiva (p.m.e.): Es la media de toda las presiones instantneas que se producen en la fas de combustin y expansin de los gases dentro del cilindro. La presin media est en funcin del llenado del cilindro y del aprovechamiento del combustible que se introduce al motor. La fuerza obtenida en cada cilindro se obtiene multiplicando la presin media por la superficia de la cabeza del pistn y junto con la palanca de las muequillas del cigeal determinan el par motor. La presin media se mide en kilopondios por centmetro cuadrando o en Newton por metro cuadrado ( sistema internacional) - Carrera: Longitud del recorrido lineal realizado de forma alternativa por un elemento mecnico, por ejemplo el pistn de un motor de combustin interna. - Cilindrada: Denominacin que se da a la suma del volumen til de todo los cilindros de un motor alternativo. Es muy usual que se mida en centmetro cbicos ( cc ) - Revoluciones por minuto ( rpm): Es una unidad de frecuencia, usada frecuentemente para medir la velocidad angular. En este contexto, una revolucin es una vulta de ua rueda, un eje, un disco o cualquier cosa que gire sobre su propio eje. - Punto muerto superior (PMS): Se refiere a la posicin que alcanza el pistn al final de una carrera ascendente, Escape o Compresin, en el cual no existe fuerza que acte sobre l y slo se encuentra movindose gracias a su inercia, en este instante ha finalizado su carrera ascendente y comienza su carrera descendente admisin o combustin. - Punto muerto inferior ( PMI): Situacin que alcanza el pistn cuando cambia de sentido descendente a sentido ascendente en su direccin. En ese momento la velocidad del pistn es cero, y el volumen del cilindro mximo. En este punto el pistn est en la parte ms baja de su recorrido. En un ciclo completo de un motor de cuatro tiempos se alcanzan dos puntos muertos inferiores. Uno al finalizar la fase de admisin y el otro cuando finaliza la fase de expansin.

4. Motores de combustin externa

- Es aquel en el cual el fluido de trabajo no es el que experimenta el proceso de combustin, sino que sta se lleva a cabo en un segundo fluido que no le transfiere directamente la energa al motor, sino al fluido de trabajo.

Tipos

- En los motores de combustin externa el fluido que experimenta el proceso de la combustin consta bsicamente de una mezcla de aire y combustible, la cual al quemarse dentro de una caldera, le transfiere calor al fluido de trabajo que ir posteriormente al motor trmico. En la mayora de los casos el fluido de trabajo de los motores de combustin externa es el vapor de agua, encontrndose dos tipos de motores bsicos. La mquina de vapor: Esta consta bsicamente de un mecanimos biela-manivela , unido a

un pistn que se mueve dentro de una camisa bajo la accin de la presin del vapor. La turbina de vapor: Esta consta bsicamente de una serie de alabes unidos radilmente a

un eje, los cuales lo hacen rotar cuando incide sobre ellos una corriente de vapor.

5. Turbina de Vapor

- Una turbina de vapor es una turbomquina motora, que transforma la energa de un flujo de vapor en energa mecnica a travs de un intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido de trabajo ( entindase el vapor) y el rodete, rgano principal de la turbina, que cuenta con palas o labes los cuales tienen una forma particular para poder realizar el intercambio energtico. Las turibnas de vampor estn presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan un fluido que pueda cambiar de fase, entre stos el ms importante es el Ciclo Rankine, el cual genera el vapor en una caldera, de la cual sale en unas condiciones de elevada temperatura y presin. En la turbina se

transforma la energa interna del vapor en energa mecnica que, tpicamente, es aprovechada por un generador para producir electricidad. En una turbina se pueden dinstinguir dos partes, el rotor y el estator. El rotor est formado por ruedas de labes unidas al eje y que constituyen la parte mvil de la turibna. El estator tambin est formado por labes, no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina.

Clasificacin

- Existen las turbinas de vapor en una gran variedad de tamaos, desde unidades de 1 hp (0.75 kW) usadas para accionar bombas, compresores y otro equipo accionado por flecha, hasta turbinas de 2,000,000 hp (1,500,000 kW) utilizadas para generar electricidad. Hay diversas clasificaciones para las turbinas de vapor modernas, y por ser turbomquinas son susceptibles a los mismos criterios de clasificacin de stas. Por otro lado, es comn clasificarlas de acuerdo a su grado de reaccin: Turbinas de Accin: El cambio o salto entlpico o expansin es realizada en los labes

directores o las toberas de inyeccin si se trata de la primera etapa de un conjunto de turbinas, estos elementos estn sujetos al estator. En el paso del vapor por el rotor la presin se mantendr constante y habr una reduccin de la velocidad.

Turbinas de Reaccin: La expansin, es decir, el salto entlpico del vapor puede realizarse tanto en el rotor como en el estator, cuando este salto ocurre nicamente en el rotor la turbina se conoce como de reaccin pura.

6. Constitucin y funcionamiento de las mquinas frigorficas y las bombas de calor. Cambio energtico que se produce en cada elemento.

- Una mquina frigorfica es un tipo de mquina trmica generadora que transforma algn tipo de energa, habitualmente mecnica, en energa trmica para obtener y mantener en un recinto una temperatura menor que la temperatura exterior. La energa mecnica necesaria puede ser obtenida previamente a partir de otro tipo de energa, como la energa elctrica mediante un motor elctrico.

Esta transferencia se realiza mediante un fluido frigorgeno o refrigerante, que en distintas partes de la mquina sufre transformaciones de presin, temperatura y fase (lquida o gaseosa); y que es puesto en contacto trmico con los recintos para absorber calor de unas zonas y transferirlo a otras.

Una mquina frigorfica debe contener como mnimo los cuatro siguientes elementos:

Compresor: Es el elemento que suministra energa al sistema. El refrigerante llega en estado gaseoso al compresor y aumenta su presin.

Condensador: El condensador es un intercambiador de calor, en el que se disipa el calor absorbido en el evaporador (ms adelante)y la energa del compresor. En el condensador el refrigerante cambia de fase pasando de gas a lquido.

Sistema de expansin : El refrigerante lquido entra en el Dispositivo de expansin donde reduce su presin. Al reducirse su presin se reduce bruscamente su temperatura.

Evaporador: El refrigerante a baja temperatura y presin pasa por el evaporador, que al igual que el condensador es un intercambiador de calor, y absorbe el calor del recinto donde esta situado. El refrigerante lquido que entra al evaporador se transforma en gas al absorber el calor del recinto.

Tanto en evaporador como en el condensador la transferencia energtica se realiza principalmente en forma de calor latente.

Resumiendo, el evaporador absorbe el calor del recinto que queremos enfriar, el compresor aumenta la presin del refrigerante para facilitar la condensacin posterior y posibilitar la circulacin del fluido. La vlvula de expansin reduce la presin provocando el enfriamiento del refrigerante.

- Una bomba de calor es una mquina trmica que permite transferir energa en forma de calor de un ambiente a otro, segn se requiera. Para lograr esta accin es necesario un aporte de trabajo acorde a la segunda ley de la termodinmica, segn la cual el calor se dirige de manera espontnea de un foco caliente a otro fro, y no al revs, hasta que sus temperaturas se igualan.

Este fenmeno de transferencia de energa calorfica se realiza -principalmente- por medio de un sistema de refrigeracin por compresin de gases refrigerantes, cuya particularidad radica en una Vlvula inversora de ciclo que forma parte del sistema, la cual puede invertir el sentido del flujo de refrigeracin, transformando el condensador en evaporador y viceversa.

7. Magnitudes elctricas. Definicin de : ohm, voltio, amperio y watt. Le ley de Ohm. Simplificacin de resistencias en series, en paralelo y mixtos.

Maginutes elctricas

- El ohm es la unidad derivada de resistencia elctrica en el SI. Su nombre se deriva del apellido del fsico alemn Georg Simon Ohm, autor de la Ley de Ohm.Se define a un ohmio como la resistencia elctrica que existe entre dos puntos de un conductor, cuando una diferencia de potencial constante de 1 voltio aplicada entre estos dos puntos, produce en dicho conductor, una corriente de intensidad de 1 amperio. Se representa con la letra griega mayscula . - El voltio o volt (smbolo V), es la unidad derivada del SI para el potencial elctrico, fuerza electromotriz y el voltaje. Recibe su nombre en honor de Alessandro Volta, quien en 1800 invent la pila voltaica, la primera batera qumica.El voltio se define como la diferencia de potencial a lo largo de un conductor cuando una corriente con una intensidad de un amperio utiliza un vatio de potencia. - El amperio o ampere (smbolo A), es la unidad de intensidad de corriente elctrica. Forma parte de las unidades bsicas en el Sistema Internacional de Unidades y fue nombrado en honor de Andr-Marie Ampre. El amperio es la intensidad de una corriente constante que mantenindose en dos conductores paralelos, rectilneos, de longitud infinita, de seccin circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro en el vaco, producira una fuerza igual a 210-7 newton por metro de longitud. -El vatio o watt (smbolo W), es la unidad de potencia del Sistema Internacional de Unidades. Es el equivalente a 1 julio sobre segundo (1 J/s) y es una de las unidades derivadas. Expresado en unidades utilizadas en electricidad, el vatio es la potencia producida por una diferencia de potencial de 1 voltio y una corriente elctrica de 1 amperio (1 VA).

La ley de Ohm

- La Ley de Ohm establece que "la intensidad de la corriente elctrica que circula por un conductor elctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo", se puede expresar matemticamente en la siguiente ecuacin:

I= V/R

donde, empleando unidades del Sistema internacional, tenemos que:

I = Intensidad en amperios (A) V = Diferencia de potencial en voltios (V) (U) R = Resistencia en ohmios ().

Esta ley no se cumple, por ejemplo, cuando la resistencia del conductor vara con la temperatura, y la temperatura del conductor depende de la intensidad de corriente y el tiempo que est circulando.

La ley define una propiedad especfica de ciertos materiales por la que se cumple la relacin:

V= I.R

Un conductor cumple la Ley de Ohm slo si su curva V-I es lineal, esto es si R es independiente de V y de I.

Circuitos de corriente continua

- Los circuitos elementales que utilizan corriente continua constan de fuentes de energa de distinta naturaleza -bateras, pilas, generadores- que alimentan resistencias (en el ms amplio sentido del trmino , entendindolo como cualquier elemento o dispositivo que ofrece dificultades al paso de la corriente) solas o agrupadas de diversas formas, como vamos a ver a continuacin.

Resistencias en serie y paralelo

- Las resistencias pueden conectarse de formas muy diversas, segn las necesidades del circuito. Para facilitar el estudio de los circuitos elctricos se simplifica la estructura de las agrupaciones utilizando el concepto de resistencia equivalente, que es la que, colocada en lugar de la agrupacin, absorbe la misma intensidad.

8. Mquinas elctricas estticas ( transformadores ) y dinmicas ( generadores y motores)

Maquinas elctricas

- Son mquinas elctricas aquellas en las que la energa de entrada o la de salida, o ambas, tienen la forma de energa eltrica, ejemplo; Dinamo de bicicleta: energa mecnica - energa elctrica Motor elctrico de una lavadora: energa elctrica - energa mecnica

Estan se clasifican tres grandes grupos: generadores, motores y transformadores.

Generador elctrico

- Un generador elctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial elctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. Los generadores elctricos son mquinas destinadas a transformar la energa mecnica en elctrica. Esta transformacin se consigue por la accin de un campo magntico sobre los conductores elctricos dispuestos sobre una armadura. Si mecnicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generara fuerza electromotriz ( F.E.M ).

Motor elctrico

- Un motor elctrico es una mquina elctrica que transforma energa elctrica en energa mecnica por medio de interacciones electromagnticas. Algunos de los motores elctricos son reversibles, pueden transformar energa mecnica en energa elctrica funcionando como generadores. Los motores elctricos de traccin usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos.

Transformadores

- Se denomina transformador a una mquina elctrica que permite aumentar o disminuir la tensin de un circuito elctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, esto es, sin prdidas, es igual a la que se obtiene a la salida. Las mquinas reales presentan un pequeo porcentaje de prdidas, dependiendo de su diseo, tamao, etc.

Los transformadores son dispositivos basados en el fenmeno de la induccin electromagntica y estn constituidos, en su forma ms simple, por dos bobinas devanadas sobre un ncleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario segn correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestin, respectivamente. Tambin existen transformadores con ms devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensin que el secundario.