NO ME SALEN
   (APUNTES TEÓRICOS Y EJERCICIOS DE BIOFÍSICA DEL CBC)
   CALOR Y TERMODINÁMICA

 

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39) La figura adjunta representa en forma esquemática una máquina de vapor.
    a) ¿Qué partes del esquema constituyen la máquina térmica?, ¿cuál es el sistema que evoluciona según ciclos? 
Identifique la fuente caliente y la fría.
    b) Utilizando los símbolos aceptados convencionalmente para máquina térmica e intercambiador de calor (fuente), efectúe el diagrama correspondiente para la máquina de vapor.
 

Nunca vi un esquema de máquina térmica tan poco feliz. Además, incluye una parte rayana con el error. Bueno, haremos lo posible.

Empecemos por el sector de arriba, ese que dice "Fuente de energía (calor)". Como su nombre lo indica, es la fuente de energía, típicamente: una caldera. Ahí se calienta el agua hasta hervir y más también. Ese rectángulo en el que hay una recta quebrada quiere representar (supongo) la evaporación del agua. Tal como indica la flecha el vapor sale hacia la derecha.

En el sector de la derecha aparece la máquina propiamente dicha. Eso que está en el medio es un cilindro-pistón. El vapor lo empuja hacia la derecha y un sistema mecánico (biela y cigüeñal) mueve una rueda que a su vez -en este caso- eleva una pesa. La inercia de la rueda (se supone) hace que el pistón regrese hacia la izquierda para ser nuevamente empujado hacia la derecha por el vapor.

La parte de abajo representa al sumidero de energía, el descarte del desperdicio. El rectángulo dice "condensador" debido a que el vapor enfriado se convierte nuevamente en agua líquida. Presuntamente esas nubecitas simbolizan esa condensación.

La parte más loca de este esquema es la rama de la izquierda con una bomba. Sugiere que el agua recién condensada es bombeada hacia la caldera para volver a calentarse. Supongo que te quieren hacer creer que esa característica importante de las máquinas (funcionar cíclicamente) alude al proceso aquí representado en el que el agua se mueve cíclicamente. ¡Todo falso!

La primera pregunta que tenés autorización de hacerte es: ¿y cómo funciona la bomba? Pero no temas. No le busques respuesta a esa pregunta... la máquina de vapor no funciona así. El desperdicio de energía se hace despidiendo el vapor: la máquina de vapor tira el vapor, no lo condensa ni lo reaprovecha. No hay tal bomba. El agua no recircula.

La parte cíclica de la máquina es el movimiento ida y vuelta del cilindro-pistón.

Vamos a la pregunta b). Acá abajo tenés el esquema típico de las máquinas térmicas, aplicable en un ciento por ciento a la máquina de vapor.

   

El rectángulo de arriba es la fuente caliente que se halla a una temperatura alta: T1. Bien puede tratarse de una caldera, que el fogonero se encargará de mantener a temperatura constante agregando leña a buen ritmo.

De ahí toma el calor, Q1, el motor propiamente dicho, representado por el círculo gris. Bien podría tratarse del cilindro-pistón del esquema de arriba. Al empujar la biela que mueve la rueda está realizando un trabajo, L.

El motor desperdicia una cantidad de calor, Q2, que es arrojado a un sumidero, habitualmente la atmósfera, que está representado en el rectángulo celeste de abajo y que se halla a una temperatura constante T2, que -obviamente- es menor que la de la caldera.

   

Tanto Q1 como Q2 viajan en el vapor.

Acá tenés un esquema mucho más razonable de máquina de vapor. Lógicamente no se representa ni la caldera ni el sumidero.

   
   

Está tomado de Wikipedia, y podés verlo en funcionamiento acá. Algunas referencias:
1. pistón, 4. biela. 5. cigüeñal. 7. volante de inercia. 8. válvulas.

Fijate que alternativamente el vapor empuja en los dos sentidos del recorrido. Eso es lo que se llama un motor de dos tiempos. (El esquema del principio representa un motor de un tiempo, en el que el pistón regresa debido a la inercia de la rueda).

   

 

 
Desafío: ¿Qué es ese pituto que parece un arbolito de navidad con el número 9?, ¿cómo funciona y cómo se llama?  
Algunos derechos reservados. Se permite su reproducción citando la fuente. Se sabe: a los profesores de Física es imposible engañarlos. Última actualización sep-13. Buenos Aires, Argentina.