Heat Engine Walkthrough Video

Summary

Este video explora el funcionamiento de un motor térmico que se utiliza para bombear agua del subsuelo. A través de la conversión de la energía térmica en energía mecánica, este motor externo sigue el ciclo de Stirling, utilizando aire caliente para mover un émbolo. Se explica cómo los cambios de volumen y presión del fluido de trabajo en el motor afectan el rendimiento, destacando la eficiencia y las pérdidas de calor. Además, se mencionan métodos para aumentar el trabajo realizado por el motor, como aumentar la longitud del golpe o incrementar la entrada de calor. Finalmente, se anima a los espectadores a construir su propio motor térmico utilizando materiales sencillos.

Takeaways

• 😀 Un motor de calor convierte la energía térmica (energía caótica de un fuego) en energía mecánica, como el bombeo de agua.
• 😀 Este motor es un ejemplo de motor de combustión externa, donde el fuego ocurre fuera del motor, no dentro de él.
• 😀 El motor funciona con el ciclo Stirling, donde el aire caliente se mueve por un desplazador, empujando un pistón hacia arriba.
• 😀 El aire caliente empuja el pistón hacia arriba debido a la mayor presión interna en comparación con el aire exterior.
• 😀 El aire se enfría y el desplazador lo mueve de nuevo hacia abajo para ser calentado, repitiendo el ciclo.
• 😀 El aire en el motor, llamado fluido de trabajo, cambia su volumen y presión durante el ciclo, lo que realiza el trabajo en el pistón.
• 😀 La gráfica de presión frente a volumen muestra los cambios en la presión y la temperatura del fluido de trabajo a lo largo del ciclo.
• 😀 La ley de los gases ideales puede usarse para calcular la temperatura en los puntos de la curva del motor, conocida como isoterma.
• 😀 En el gráfico de energía, parte de la energía del calor se convierte en trabajo, pero siempre hay una pérdida de calor (calor residual).
• 😀 La eficiencia del motor depende de la cantidad de calor útil que se convierte en trabajo y la cantidad que se pierde como calor residual.
• 😀 Para aumentar el trabajo realizado por el motor, se puede aumentar la longitud de la carrera del pistón o la entrada de calor (sin sobrecalentar el motor).

Q & A

¿Qué es un motor térmico y cómo funciona en este experimento?

Un motor térmico convierte la energía térmica (energía caótica y aleatoria liberada cuando se quema un tronco) en energía mecánica. En este caso, se utiliza para bombear agua del suelo, facilitando el trabajo de manera mucho más eficiente que bombear el agua a mano.

¿Cuál es la diferencia entre un motor de combustión externa y uno interna?

En un motor de combustión externa, como el de este experimento, el fuego ocurre fuera del motor. En un motor de combustión interna, el fuego ocurre dentro del motor, en el mismo espacio donde se mueve el fluido de trabajo.

¿Cómo funciona el ciclo Stirling en este motor?

El motor sigue el ciclo Stirling, donde el aire se calienta en la parte inferior de la cámara del motor, se mueve hacia arriba por un desplazador, empujando el pistón. Luego, el aire se enfría y se mueve de nuevo hacia abajo para ser rehecho.

¿Qué es un desplazador y cómo afecta el funcionamiento del motor?

El desplazador es un objeto estanco al aire que ocupa volumen dentro del motor. Esto obliga al aire caliente a moverse a su alrededor, alterando el volumen del aire y ayudando a que el pistón se mueva, generando trabajo mecánico.

¿Cómo se mide el trabajo realizado por el motor?

El trabajo realizado por el motor se mide como el área encerrada en el gráfico de presión contra volumen. Este área corresponde al trabajo hecho al mover el pistón durante el ciclo.

¿Qué factores pueden aumentar la cantidad de trabajo realizado por el motor?

El trabajo realizado por el motor puede aumentarse de dos maneras: incrementando la longitud de la carrera del pistón (lo que aumenta el cambio de volumen del aire) o aumentando la cantidad de calor suministrado al motor, siempre que se mantenga la parte superior del motor lo suficientemente fría.

¿Por qué el motor no puede ser 100% eficiente?

El motor no puede ser 100% eficiente debido a que siempre hay una parte de la energía que se pierde como calor residual (llamado 'calor desperdiciado'), lo que significa que no toda la energía del combustible se convierte en trabajo útil.

¿Qué significa 'fluido de trabajo' en este contexto?

El 'fluido de trabajo' se refiere al aire caliente dentro del motor, que es el medio que realiza el trabajo al empujar el pistón. El calor aplicado al aire cambia su presión y volumen, permitiendo que el pistón se mueva.

¿Qué es un diagrama de flujo de energía en un motor térmico?

El diagrama de flujo de energía muestra cómo la energía térmica se transfiere al motor, con una parte de esa energía siendo utilizada para realizar trabajo y otra parte siendo desperdiciada como calor residual. El gráfico refleja las distintas etapas del ciclo del motor.

¿Por qué se requiere una diferencia de temperatura para el flujo de calor?

Una diferencia de temperatura es esencial para el flujo de calor debido a un principio termodinámico fundamental, que establece que el calor siempre fluye de áreas de alta temperatura a áreas de baja temperatura.