Principios generales de las máquinas

¿Qué es una máquina? Concepto de trabajo Diagrama termodinámico Rendimiento de las máquinas

Antonio Vives

Se denomina Máquina a todo aparato destinado a transformar los factores de material, energía o información..

Definición

material

materialinformación

energía

energía

informaciónMAQUINA

Sistemas de unidades

De las magnitudes fundamentales básicas aparecen las derivadas, que dentro de cada uno de los sistemas tienen un nombre. Las magnitudes derivadas aparecen a partir de la formula de cada una de ellas.

unidad Formula cgs SI ST Equivalencia

Velocidad v=e/t cm/s m/s m/s 1m/s=100cm/s

Aceleración a=v/t cm/s2 m/s2 m/s2

Fuerza F=m·a g·cm/s2

Dinas

Kg·m/s2

Newton

UTM·m/s2

kilopondio

1kp=9,8N=9,8·105dinas

Trabajo

Energía

W=F·e dina·cm

Ergio

N·m

Julio

Kp·m

Kilogrametro

1kp·m=9,8 julios

1julio=107 ergios

Potencia P=W/t Ergio/s J/s

Watios

Kgm/s 1kgm=9,8W=9,8·107 ergios/s

Concepto de trabajo

Se denomina trabajo como el producto de la fuerza por el espacio recorrido.

φF W=F·e·cos φ

Si el la fuerza es variable el trabajo se puede calcular como el área de la función que representa esa fuerza en función del tiempo. Ese es el concepto de la integral. Entonces:

dttfW )(

Energía mecánica

La energía mecánica es la que posee o puede poseer un cuerpo debido al movimiento que tiene o que puede tener, por tanto será la suma de la energía debida a su movimiento (ENERGÍA CINETICA) más la que posee por estar a una determinada altura (ENERGÍA POTENCIAL).

La energía cinética es la debida al movimiento de un cuerpo y viene dada por:Ec = ½ mv2

La energía Potencial esa la que tiene un cuerpo por estar a una determinada altura y se determina por:

Ep=mgh

Por tanto la Em=Ec+Ep

Se debe de tener en cuenta que la energía mecánica es siempre constante y si dejamos caer un objeto desde una determinada altura al perder energía potencial debido a la altura lo que hace es ganar energía cinética debido a que su velocidad aumenta.

Energía cinética de rotación

Un cuerpo por el mero hecho de estar en movimiento posee una energía, si el cuerpo gira sobre si mismo o sobre algún eje tendrá una energía cinética de rotación. Dependiendo de la forma y la masa del cuerpo tendrá una energía u otra.

La energía cinética total del cuerpo será la suma de las energías cinéticas individuales de cada una de sus partículas. Al esa suma se le llama momento de inercia. El momento de inercia depende de la forma de la pieza.

Energía térmica

Los cuerpos son capaces de almacenar energía y estos lo hacen en forma de calor. La cantidad e energía almacenada por un cuerpo al variar su temperatura viene dada por:

Q=Ce·m·(Tf-Ti) Ce=Calor especifico

Energía química Es la que se produce al darse una reacción química entre dos

elementos. Existen diversos tipos de reacciones químicas, nos vamos a centrar en la producida por al combustión. Donde:

Pc=Poder calorífico Q=Pc·m m=masa

Fotosíntesis

Combustión

Corriente eléctrica

Energía nuclear

Es la propia que tiene la materia y hace que los núcleos átomos se mantengan unidos. Si conseguimos unir (Fusión) o separar (Fisión) los elementos del núcleo de los átomos se liberará gran cantidad de energía.

E=m·c2 c=velocidad de la luz 3·108 m/s

Transformación de la energía

El primer principio de la termodinámica dice que la energía ni se crea ni se destruye, sino que se transforma

∆E=Q - W

Potencia y rendimiento Se define potencia como la cantidad de energía que se puede

desarrollar en una cantidad determinada de tiempo, se mide en watios.

P=E (Julios) / t (seg) = Watios

Podemos calcula la Potencia como: P = Fuerza x Velocidad

Una magnitud muy empleada como potencia es el CV=736W

Entendemos por rendimiento de una máquina a la relación existente entre la energía útil que se puede recibir de ella y la energía que se le suministra. Ese cociente nunca puede ser superior a uno. Normalmente se expresa en %.

Esum

Eutil

Esum

EperdEsum

Trabajo de rotación Cuando hablamos del movimiento de rotación el esfuerzo se manifiesta

en forma de un par de fuerzas, cuyo valor se caracteriza por el momento del par:

Momento= Fuerza · distancia

Momento = N·m

W = rad/seg

P = watios

Podemos calcular la potencia de un par de fuerzas como P= Par · W

Trabajo de expansión/compresión de un cilindro Un gas encerrado en un cilindro puede evolucionar en su

interior de varias formas

Donde el trabajo realizado vendrá dado por el área de la gráfica que describe: Isobárica P=cte: W=P·V Isocora V=cte : W=0 Isotérmica T=cte: W=n·R·T(V2/V1) ; W=n·R·T(P1/P2); Adiabática Q=cte W=(P1·V1-P2·V2)/(δ-1) Politrópica no hay ningún parametro constante.

Energía eléctrica Es una de las formas de energía más empleada y es la forma en la que se transforman las

demás energías para ser transportadas y empleadas. La energía eléctrica antes de su utilización es transformada en otro tipo, como a mecánica

(motores), a lumínica (lámparas) o calorífica (estufas). La energía eléctrica se transporta desde las centrales hasta los puntos de consumo. La potencia eléctrica viene dada por: P=VxI = Watios

V (Voltios)Donde V=IxR I (Amperios)

R (Ohmios) La energía eléctrica será: E=Pxt

Potencia hidráulica

Cuando un fluido recorre una tubería con un caudal Q a una presión p la potencia que puede desarrollar será:

P = p / Q

En una prensa hidráulica se cumple que F1 x S1 = F2 x S2