Reflexiones sobre la fuerza motriz del fuego

Introducción.

Sadi Carnot podría ser considerado como Copérnico, día que sus aportaciones al mundo de la ciencia han sido el inicio del desarrollo científico y tecnológico.

Sadi Carnot, hijo de Lázaro Carnot supo colocar su nombre en la historia gracias a sus estudios en termodinámica. En 1832 Sadi Carnot muere víctima del cólera y todos sus escritos, fueron quemados con el fin de evitar la propagación del epidemia de los pocos textos que sobreviven están contemplado las reflexiones. Es importante reconocer el trabajo de Sadi en esta obra pues se puede decir que no hubo estudios de termodinámica anteriores al suyo.

La ciencia del calor y ciencia desde la creación y utilización del primer termómetro. La ciencia del calor entre la química y su creación de la escala grados Fahrenheit y grados centígrados.

En el siglo XVIII, esta ciencia era denominada por químicos y hombres dedicados a la medicina. En esta época que el calor es concebido como una sustancia a "la fuerza de la vida".

No es si no hasta el siglo XIX que se tiene otro concepto del calor, lo meteorologistas juegan un papel importante en la formulación del calor como " la gran fuerza motriz del mundo " pues interviene en ciclo hidrológico, formación de vientos, lluvia, etc.

El desarrollo de la máquina de vapor en El siglo XVIII

Las primeras aplicaciones de esta máquina es el bombeo de agua a las minas. Varias máquinas fueron inventadas una vez cada vez mejor que la otra pues aprovechar el combustible y el calor era el objetivo.

El agua llamada "substancia actuante " era la más conveniente para la utilización en un aparato térmico.

Para el inicio del siglo XIX la tecnología había dado pasos enormes, la teoría de la energía hidráulica fue sólidamente establecidas pero la ciencia del calor no tuvo gran desarrollo.

El bombeo del agua en Las minas: progreso y problemas

En el siglo XIX bombear agua a las minas fue el empujón para que los aparatos de vapor fueran perfeccionados.

Estos avances en la ingeniería dan resultado a postulados:

• Boerhaave "Dos cuerpos llevados a temperaturas diferentes tienden a alcanzar un equilibrio térmico”

• Ewart "una cantidad de calor dada podría producir solamente una cantidad trabajo dada".

• J.B.Furier "el calor radiante obedece a una ley sinusoidal de emisión; puesto que de otro modo sería imposible que un sistema de cuerpo alcanzara su equilibrio térmico.

Las reflexiones sobre la potencia motriz del fuego

Se pueden distinguir cuatro partes del libro de Carnot.

la primera parte habla del calor como fuerza causada de los grandes movimientos naturales que se produce en la tierra; él piensa que "el rendimiento de las mejores y más potentes máquinas de vapor es insignificante comparado con los enormes efectos que causa el calor en el mundo natural"

Carnot sostiene en esta primera parte del libro que sin diferencia de temperaturas es imposible engendrar potencia motriz

Ciclo ideal de un motor perfecto

En la segunda parte de su libro definía un motor perfecto y su ciclo ideal de funcionamiento. El motor térmico es reducido estrictamente a sus elementos esenciales: un cilindro, lleno de una substancia agente que puede ser el vapor o un gas, un pistón, un cuerpo caliente y un cuerpo frío que representan al equivalente de la fuente de calor y del condensador de un motor de vapor real. Para él, la diferencia de temperatura entre un cuerpo frío y uno caliente, es lo que determina el trabajo proporcionado por el motor. El ciclo ideal está definido como " la substancia que actúa en el cilindro nunca debe de estar en contacto con un cuerpo más frío o más caliente que ella pues de lo contrario habrá un flujo de calor inútil " El ciclo se puede resumir en una transferencia de calor de un cuerpo caliente a uno frío y la producción de un trabajo externo; al final de este ciclo la substancia activa vuelve a su estado original y no hay desperdicio de calor.

Este ciclo puede ser reversible, es decir, se agrega un trabajo al sistema y hay una transmisión de calor esta vez del cuerpo frío al cuerpo caliente. El postulado anterior es posible ya que no hay flujo de calor inútil.

Carnot de muestras en la tercera parte de su libro que todo gas que dilata o comprime de una presión y de un volumen a otra presión y a otro volumen a temperatura constante. Ya sea que absorben a bien desprenden la misma cantidad de calor.

En la última parte del libro, Carnot muestra la superioridad de los motores de alta presión comparados con los de baja presión, pero cree que el motor de vapor será remplazado por el motor de azufre ya que es difícil manejar la combustión del carbón y la condensación del vapor a diferentes temperaturas.

En 1824 pocos lectores podían apreciar la obra de Carnot

Los ingenieros contemporáneos a Carnot refutaban su tesis, pues se basaban en resultados de la práctica.

Además, Sadi, llegó a dudar de sus teorías. Renunció a la teoría material del calor y así como al axioma de la conservación del calor y la teoría de "La potencia motriz " Carnot quería encontrar un equivalente mecánico del calor.

II. Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre Las maquinas aptas para desarrollar esta potencia.

Al calor deben atribuirse los grandes movimientos que se nos presentan sobre la tierra; a él son debidas las agitaciones de la atmósfera, la ascensión de las nubes, la caída de las lluvias y de los otros meteoros, las corrientes de agua que surcan la superficie del globo y de las cuales sólo una pequeña parte ha logrado el hombre emplear para su uso; por último, los terremotos y las erupciones volcánicas reconocen también como causa el calor.

De este inmenso recipiente podemos sacar la fuerza motriz necesaria para nuestros usos; la naturaleza ofreciéndonos por todas partes el combustible, nos ha dado la facultad de crear en todo tiempo y en todo lugar el calor y la potencia motriz que es su consecuencia al objeto de las máquinas de fuego consiste en desarrollar esta potencia y adaptarla a nuestro uso.

La navegación segura y rápida de los buques de vapor, puede considerarse como un arte completamente nuevo, debido a las máquinas de fuego. Este arte ha permitido ya el establecimiento de comunicaciones rápidas y regulares en los mares y grandes ríos del antiguo y del nuevo continente.

La producción del movimiento en las máquinas de vapor está siempre acompañada de una circunstancia sobre la cual debemos fijar la atención. La producción de la potencia motriz en las máquinas de vapor, no es debida a un consumo real de calórico, sino a su transporte de un cuerpo caliente a un cuerpo frío, es decir, al restablecimiento de su equilibrio, que se supone roto por cualquier causa, por una acción química como la combustión, o por cualquiera otra.

Estas máquinas fueron invención de ingleses célebres tales como Watt, Woolf, Trevithick, y otros signos inglés.

El funcionamiento básico de la máquina de la máquina de vapor es el restablecimiento del equilibrio calórico, es decir, el paso de esta última de un cuerpo caliente a un cuerpo más frío.

Consideremos dos cuerpos con diferentes temperaturas, el calórico desarrollado en el primero (el cuerpo más caliente) por efecto de la combustión que desarrolla dentro de él, atraviesa las paredes de la caldera y da lugar al vapor y en cierto modo se incorpora a él. El vapor que ahora lleva consigo el calórico, empuja el cilindro produciendo un trabajo, desde allí pasa al condensador donde se licúa al ponerse en contacto con el agua fría que lo contiene. Al final de este proceso, el agua fría absorbe parte del calórico desarrollado por la combustión.

En esta operación, como ya se mencionó con anterioridad, es fácil reconocer el restablecimiento del calórico, en su paso de un cuerpo más o menos caliente a otro más frío.

Cabe destacar, que la producción de potencia motriz, no es resultado del consumo real de calórico sino al restablecimiento de su equilibrio, que se supone roto, por una acción química como la combustión, o por cualquier otra.

Hemos visto hasta ahora al vapor de agua como agente de producción de potencia motriz, pero no es el único, todos los cuerpos de la naturaleza pueden emplearse para este uso; pues todos son susceptibles de cambios de volumen, de contracciones y dilataciones sucesivas por las alternativas de calor y frío.

Los vapores de todos estos cuerpos podrían desempeñar el mismo papel que el vapor de agua. Este, alternativamente calentado y enfriado produciría potencia motriz a modo permanente, sin pasar nunca el estado líquido.

Queda un punto en el aire, y es el de si la potencia motriz del calor es inmutable en cantidad, o varía con el agente del cual se hace uso para realizarla.

Para resolver este punto, haremos uso de las nociones utilizadas anteriormente, "Allí donde exista una diferencia de temperatura, se puede producir potencia motriz”. Recíprocamente, donde quiera que se pueda hacer uso de esta potencia, es posible ocasionar una ruptura del equilibrio en el calórico.

Es un hecho experimental que la temperatura de los fluidos gaseosos se eleva por la compresión y disminuía por el enrarecimiento (expansión). Para ilustrar este axioma, supongamos que tenemos los cuerpos A y B transportando cierta cantidad de calor del primer cuerpo al segundo cuerpo. Para llegar a lo anterior pasaríamos por los siguientes pasos:

• Con el calórico del cuerpo A se ha forma vapor; este

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