LICENCIATURA EN HIGIENE Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO- MQUINAS TRMICAS 2011

TRABAJO PRACTICO N 1 - SOLUCINLicenciatura en Higiene y Seguridad en el Trabajo- MQUINAS TRMICAS 20151.- Explique el funcionamiento de la maquina denominada eolipila.(Ref: http://www.youtube.com/watch?v=RDABtbUXzYs&feature=related )

La primera informacin que se tiene de la Mquina a vapor, se remonta aproximadamente a los aos 130 a.C., cuando Heron de Alejandra presento su mquina denominada "eolpila".

Est consista en una esfera hueca con un sistema de soporte, que le permita girar al salir el vapor de agua por unos tubos simtricamente colocados

2.- De que manera se realiza el vaci en el Deposito de la Maquina de Savery.

Es una maquina Trmica?

(Ref: http://www.mgsteam.btinternet.co.uk/engdev.htm)

Thomas Savery, ingeniero ingles en el ao 1698, construyo un modelo de mquina a vapor que tena una caldera para calentar el agua y producir el vapor, que lo suministraba a un depsito de manera continua. Este vapor presionaba el agua del depsito, expulsndola hacia arriba a travs de una caera pasando por la vlvula (B) abierta y (D) cerrada. En ese momento se cierra la vlvula (A) que comunica la caldera con el depsito; ese depsito es rociado exteriormente con agua fra y consecuentemente provocando una depresin en el interior del depsito.

Debido a este vaci el agua del tanque inferior es aspirada y dirigida hacia el tanque superior, con (D) abierta y (B) cerrada. Luego que se llena este ltimo se abre la vlvula (A) para permitir la entrada de vapor y provocar nuevamente la elevacin del agua.Tradicionalmente se ha reconocido en la mquina de Sabery a la primera de las mquinas de vapor, si bien en sentido estricto la mquina de Sabery debe entenderse como una bomba para elevar agua accionada por vapor.

3.- Que elemento convierte, la Maquina de Newcomen, en una maquina para cualquier tipo de aplicacin.(Ref: http://www.youtube.com/watch?v=4aQ86_6Q8h4)

En 1712 el britnico Thomas Newcomen, diseo y construyo la primera mquina de vapor que produca trabajo a partir del calor.

Sigue el modelo de la mquina de Sabery, pero le hace algunas modificaciones.

Incorpora el cilindro y el embolo; las vlvulas para regular la entrada y salida de vapor del cilindro; un balancn para volver a la posicin inicial y bombas auxiliares.

La importancia de la mquina de Newcomen no queda limitada a una simple bomba para la elevacin del agua, sino que la existencia de su embolo mvil la converta en una fuente de energa til para prcticamente cualquier tipo de aplicacin.

4.- Sintetice las mejoras que sugiere James Watt en la maquina a vapor al compararla con la de Newcome.

De manera resumida las mejoras que sugiere Watt para reducir el consumo de vapor y combustible eran:

1) La primera de ellas trata sobre la adiabaticidad del cilindro; proponiendo un mayor aislamiento del mismo, mediante un encapsulamiento de madera u otro material aislante, minimizando las prdidas de calor. Impidiendo adems que ningn otra sustancia que estuviese ms fra que el vapor pudiera ponerse en contacto con el cilindro.

2) La segunda propuesta plantea el empleo de unos depsitos distintos al cilindro, que denomina condensadores, donde se realizara el pasaje de vapor a lquido.

Segn Watt los condensadores deben permanecer a la temperatura del aire atmosfrico mientras la mquina este en funcionamiento, para lo que debern refrigerarse con agua u otros medios.

3) En tercer lugar Watt indica que los gases que estn en el condensador y no puedan ser condensados, deben extraerse de l para que no perjudiquen el funcionamiento de la mquina.4) Como cuarta mejora Watt sugiere descargar el vapor directamente a la atmsfera en los casos en que no se pueda disponer de agua en abundancia para la refrigeracin.

5) Propone otra construccin distinta en aquellas situaciones en las que se necesite un movimiento alrededor de un eje.

6) Planteo hacer una refrigeracin de manera que el vapor no llegue al estado lquido, y poder emplear as mquinas que puedan funcionar alternativamente con la expansin y compresin del vapor.

7) Por ultimo recomienda hacer una lubricacin de diversos elementos de la mquina sin emplear agua. Concretamente aconseja hacer una lubricacin del pistn y de otras partes mviles de la mquina con aceite, cera, grasa animal o metales lquidos.

Watt introdujo varias mejoras ms: se dise una serie de conexiones mecnicas para mantener en lnea recta el movimiento del pistn, se enlaz este movimiento alternativo con un cigeal que haca girar a una rueda, y as sucesivamente. En 1782, su mquina de vapor, rindiendo con una tonelada de carbn tres veces ms que la de Newcomen, qued lista para prestar servicio como caballo universal de fuerza.

5.- Explique el funcionamiento del motor a gasolina, desarrollado por August Otto.

En 1876 Nikolaus August Otto construy el primer motor de gasolina de la historia, de cuatro tiempos, que fue la base para todos los motores posteriores de combustin interna.

Primero, un pistn ajustado perfectamente al cilindro recibe un impulso descendente, de modo que el cilindro vaco absorbe una mezcla de gasolina y aire. Luego, ese pistn recibe un nuevo impulso y comprime el vapor. En el punto de mxima compresin, dicho vapor se enciende y explota. La explosin dispara el pistn, y este movimiento acelerado es lo que hace funcionar el motor. Mueve un rbol que empuja otra vez al pistn para hacerle expulsar los residuos quemados, o escape; ste es el cuarto y ltimo movimiento del ciclo. Entonces el rbol mueve el pistn para repetir el ciclo.

7.- Cul es la relacin de compresin, de los motores Diesel? Qu inconvenientes provocaba la relacin de compresin en los primeros motores Diesel?Diesel, en su bsqueda de un motor de alto rendimiento, tuvo en cuenta que segn los principios termodinmicos del fsico N.L Sadi Carnot, uno de los padres de la termodinmica, exista la posibilidad de que una mezcla de aire y combustible pudiera explotar simplemente si se comprima lo suficiente.

Diesel ideo un motor de cuatro tiempos y elevada compresin, capaz de funcionar con diversos tipos de combustibles pesados, tanto lquidos como slidos. La primera tentativa, auspiciada por la firma Man, fue un fracaso. El motor simplemente exploto, Diesel necesito tres aos ms para poner a punto el primer motor practico de este tipo.

Fue en 1898, seis aos despus de registrar su patente, cuando presento en Munich, su primer motor practico, unos cuatro tiempos monocilndricos, refrigerados por agua.

Diesel se dio cuenta de que los motores de gasolina ofrecan un rendimiento muy pobre debido a su baja relacin de compresin. En aquellos tiempos esta era de apenas 6/1 (es decir, la mezcla se comprima hasta su volumen inicial), para evitar la detonacin (explosin incontrolada) de la misma. Los motores Diesel deban funcionar con relaciones de compresin de 20/1 e incluso superiores.

La violencia de la explosin, as como la necesidad de una gran cantidad de aire para funcionar, fueron los puntos dbiles iniciales. Peso, volumen, ruido y vibraciones hicieron que los primeros motores Diesel solo se utilizaran en instalaciones estticas, es decir, para generar electricidad o mover mquinas.

La alimentacin de combustible fue el mayor obstculo en la bsqueda de aumentar la velocidad del motor, debido al mtodo que se utilizaba en ese entonces: introducir chorros de combustible dentro del motor con aire comprimido. Esto no permita ningn aumento en la velocidad y adems la bomba de aire era una pieza complicada que no permita una reduccin substancial en tamao y peso.

En el ao 1927, Gracias a la bomba de inyeccin desarrollada por Robert Bosch, el motor Diesel pudo alcanzar finalmente las carreteras y marc el inicio de grandes avances y desarrollos, antes inimaginables, sobre todo en el sector automotriz.

8.- Mencione las caractersticas de los Motores de combustin interna y combustin externa.

Maquinas de combustin Externa: aquellas mquinas en donde la energa interna del combustible se convierte primero en calor y luego se transfiere a un fluido de trabajo (fluido activo) que evoluciona dentro de la mquina.

Maquinas de combustin Interna: aquellas mquinas en donde el fluido activo est constituido por los mismos productos de la combustin.

Aun cuando ya desde el siglo XIV se saba que la combustin de la plvora poda suministrar una considerable energa mecnica, las primeras ideas coherentes sobre los motores de combustin interna provienen de la segunda mitad del siglo XVII, y los aportes ms importantes aparecieron durante el siglo XIX.

La energa calorfica puede provenir de diversas fuentes primarias: combustibles de diversos orgenes, energa elctrica, energa atmica.

Si la energa interna del combustible se convierte primero en calor y luego se transfiere a un fluido de trabajo (fluido activo) que evoluciona dentro de la mquina, est se denomina, de Combustin Externa (CE). Si por el contrario, el fluido activo est constituido por los mismos productos de la combustin, la mquina se denomina, de Combustin Interna (CI).

Es decir en los maquinas de CE, el fluido activo est completamente separado de los gases productos de combustin y durante su evolucin a travs de la mquina slo se producen transformaciones fsicas. Esto implica que:

a) Puede utilizarse cualquier tipo de combustible

b) Es necesario la presencia de un generador de calor e intercambiadores para su funcionamiento.

c) Puede utilizarse como fluido activo cualquier sustancia dilatable.

d) El fluido activo puede recircularse a travs de la mquina.

e) La temperatura de combustin no es igual a la temperatura mxima de operacin.

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En las mquinas de CI, el fluido activo sufre transformaciones fisicoqumicas durante su evolucin (proceso de combustin). Esto implica:

a) Slo pueden utilizarse combustibles que quemen completamente, sin dejar residuos nocivos en la cmara de combustin.

b) El fluido activo slo puede ser gaseoso, en toda la evolucin.

c) No necesitan disponer de intercambiadores de calor, dado que la transformacin de la energa interna del combustible se realiza dentro del mismo fluido activo.

d) Se debe renovar el fluido activo una vez que ha completado su evolucin.

e) La temperatura de combustin coincide con la temperatura de operacin.

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