Diapositivas que hablan sobre la historia de la máquina de vapor, incluye imágenes que la hace más llamativa a la vista

1. La máquina de vapor
27 de Marzo del 2023
FISICA II

2. Contexto Histórico de la máquina del vapor
En la máquina de vapor se basa la Primera Revolución Industrial que, desde fines del
siglo XVIII en Inglaterra y hasta casi mediados del siglo XIX, aceleró portentosamente el
desarrollo económico de muchos de los principales países de la Europa Occidental y de
los Estados Unidos.

3. La Revolución Industrial
Época de transformaciones profundas y
radicales en lo económico, social y
tecnológico que comenzó en la Europa del
siglo XVIII, específicamente en el Reino de la
Gran Bretaña, y que se extendió a lo largo y
ancho de Europa y de los Estados Unidos,
finalizando a mediados del siglo XIX y
comienzos del XX.

4. Revolución Industrial
La piedra angular de esta revolución lo
constituyó la tecnología, específicamente la
aparición del ferrocarril y posteriormente
de la electricidad, que modernizó las
técnicas laborales y agrícolas.
La Revolución Industrial suele dividirse en
dos etapas:
Primera Revolución Industrial, inicia
alrededor de 1760 con la aplicación del
modelo de fábricas textiles.
Segunda Revolución Industrial,
caracterizada por una aceleración de los
cambios producidos por la nueva
tecnología en la sociedad europea, que
inicia alrededor de 1850 y culmina con el
comienzo de la Primera Guerra Mundial
en 1914

5. Causas de la revolución industrial
Los antecedentes de la Revolución Industrial
tuvieron que ver con el:
● Renacimiento de la cultura europea tras la
Edad Media y su ingreso a la Época
Moderna.
● Nueva valoración de las ciencias y los
saberes
● Capitalismo, que ya había empezado a
instaurarse gracias a las Revoluciones
Burguesas y al abandono del Antiguo
Régimen.

6. Consecuencias de la Revolución industrial
● Cambio radical del modelo de vida. Se produjo
en masa, creando más empleos y bienes,
aumentando el índice de natalidad.
● Nuevos transportes. La tecnología a vapor,
inicialmente, y luego el motor de combustión y
la electricidad, permitieron nuevos métodos de
transporte más veloces.
● La predominancia de la burguesía como dueña
de los medios de producción, y su explotación
de la mano de obra de los obreros industriales.
Causó la aparición del Socialismo.

7. Beneficios que trajo la máquina de vapor a la sociedad
La máquina reemplazó la utilización de la
energía animal y humana por la energía
generada por calentamiento de agua, con
inducción al vapor.
La máquina de vapor transformó el trabajo
y la vida de las personas, en
circunstancias políticas y económicas que
posibilitaron la aparición de la nueva
tecnología.

8. Gracias a la utilización de la máquina a vapor, aumenta la producción de forma
exponencial. La agricultura produce alimentos para todos y son muchos los
beneficios económicos. Estos beneficios se reinvierten en la agricultura y el capital
sobrante se utiliza en la industria

9. En el transporte se
inventaron trenes y
barcos que se utilizaban
en lugar de animales. En
las fábricas se utilizaba
y facilitaba el trabajo a
las personas.

10. Se podía desplazar con mayor velocidad, reduciendo el tiempo
de espera en el traslado de materia prima u otros objetos.

11. Sirvió de base para la creación de otras máquinas a vapor.

12. Funcionamiento de una máquina de vapor
La máquina de vapor transforma la energía calórica de una determinada cantidad
de agua en energía mecánica, y para continuar con el ciclo de funcionamiento de la
máquina de vapor, este se genera calentando agua en una caldera, la cual está
cerrada herméticamente.

13. El vapor comienza a expandirse a
medida que aumenta su temperatura
generando presión que empuja un
pistón. Este pistón comienza a realizar
un movimiento lineal, el cual a través
de un sistema de biela-manivela se
transforma en un movimiento circular,
capaz de mover las ruedas de un
ferrocarril o el rotor de un generador
de energía eléctrica.

14. Para controlar la potencia que la
máquina de vapor entrega se utilizan
válvulas que regulan el flujo de vapor
que hace mover al pistón, evitando así
excesos de presión, como también un
control sobre la potencia que se le
quiere aplicar.

15. ● CALDERA – Donde el agua se transforma en
vapor.
● VÁLVULA DE ENTRADA – Donde ingresa el
vapor a la máquina, justamente regulando la
cantidad de vapor que circula por el sistema.
● CILINDRO – El cual contiene el pistón con dos
tubos para la entrada y salida del vapor.
● SISTEMA Biela-Manivela – Que permite
transformar el movimiento lineal del pistón en
un movimiento circular.
● PISTÓN – Sobre su cabeza se ejercerá la
presión (del vapor), y su movimiento se verá
conectado al sistema de la biela-manivela.

16. Ley cero de la termodinámica: equilibrio térmico
La “ley cero” es llamada así porque a pesar de haber sido la última en postularse, establece
preceptos fundamentales para las otras tres.
Indica que “si dos sistemas están en equilibrio térmico de forma independiente con un
tercer sistema, deben estar también en equilibrio térmico entre sí”.
Esto puede expresarse lógicamente como que si A = C y B = C, entonces A= B.

17. Primera ley de la termodinámica: principio de conservación de energía
Se refiere a la cantidad total de energía en el universo, y en particular declara
que esta cantidad total no cambia. Dicho de otra manera, la Primera ley de la
termodinámica dice que la energía no se puede crear ni destruir, solo puede
cambiarse o transferirse de un objeto a otro.
De ese modo, al suministrar una
cantidad determinada de calor (Q) a un
sistema físico, su cantidad total de
energía podrá calcularse como el calor
suministrado menos el trabajo (W)
efectuado por el sistema sobre sus
alrededores. Expresado en una fórmula:
ΔU = Q – W.

18. Segundo principio de la termodinámica o Ley de la Entropía: la
dirección de los procesos termodinámicos
Puede resumirse en que la cantidad de entropía en el universo tiende a
incrementarse en el tiempo. Eso significa que el grado de desorden de los
sistemas aumenta hasta alcanzar un punto de equilibrio, que es el estado de
mayor desorden del sistema.
Esta ley introduce un concepto fundamental en física: el concepto de entropía
(representada con la letra S), que en el caso de los sistemas físicos representa
el grado de desorden. Resulta que en cada proceso físico en el que hay una
transformación de energía, cierta cantidad de energía no es utilizable, es decir,
no puede realizar trabajo. Si no puede realizar trabajo, en la mayoría de los
casos esa energía es calor.

19. Segundo principio de la termodinámica o Ley de la
Entropía: la dirección de los procesos termodinámicos
La formulación de esta ley establece que el cambio en la entropía (dS) será
siempre igual o mayor a la transferencia de calor (dQ), dividido por la temperatura
(T) del sistema. O sea, que: dS ≥ dQ / T.

20. Tercera ley de la termodinámica: el Postulado de Nernst
La tercera ley plantea que la entropía de un sistema que sea llevado al cero absoluto,
será una constante definida. Dicho en otras palabras:
● Al llegar al cero absoluto (cero en unidades de Kelvin), los procesos de los
sistemas físicos se detienen.
● Al llegar al cero absoluto (cero en unidades de Kelvin ), la entropía posee un
valor mínimo constante.
Resulta difícil alcanzar cotidianamente el llamado cero
absoluto (-273,15 ° C), pero podemos pensar esta ley
analizando lo que ocurre en un congelador: los
alimentos que depositemos allí se enfriará tanto, que se
ralentizan o incluso detendrán los procesos bioquímicos
en su interior. Por eso se retarda su descomposición y
será apto su consumo durante mucho más tiempo.

21. Relación entre calor y temperatura
Temperatura: La temperatura es una
magnitud escalar que se define como la
cantidad de energía cinética de las
partículas de una masa gaseosa, líquida o
sólida. Cuanto mayor es la velocidad de las
partículas, mayor es la temperatura y
viceversa.

22. Relación entre calor y temperatura
Calor: En termodinámica, “calor” significa
“transferencia de energía”. Esta
transferencia siempre tiene una dirección
definida por la diferencia de temperatura
entre los cuerpos. El calor fluye del cuerpo
más caliente al más frío, de manera de
llegar a una temperatura de equilibrio.

23. Relación de calor y temperatura
Como vimos la temperatura y el calor son conceptos diferentes pero que están
relacionados, la temperatura al ser una magnitud y el calor siendo una transferencia de
energía de un objeto a otro, se afectan mutuamente te, pues, si un objeto recibe calor, su
temperatura aumentará, y si la temperatura de un objeto es alta, este podrá transmitir calor
a un objeto con temperatura más baja hasta estar en equilibrio térmico.

24. La transferencia de energía en su entorno
El calor es la transferencia de energía térmica de un objeto a otro. La
transferencia de energía térmica puede ocurrir por conducción, convección o
radiación. Algunos materiales pueden almacenar más energía que otros.

25. Transferencia por conducción
El mecanismo por el cual la energía térmica
se transfiere de un objeto a otro a través de
colisiones de partículas se conoce como
conducción. Durante la conducción, no hay
transferencia neta de material físico entre los
objetos. Ningún material se mueve a través
del límite. Los cambios de temperatura se
explican como resultado de las ganancias y
pérdidas de energía cinética durante las
colisiones de partículas.

26. Transferencia por convección
Los líquidos y los gases son fluidos; sus partículas no
están fijadas en su lugar y se mueven por la mayor
parte de la muestra de materia. El modelo utilizado
para explicar la transferencia de energía térmica a
través de la mayor parte de líquidos y gases implica
convección. La convección es el proceso de
transferencia de energía térmica de un lugar a otro
mediante el movimiento de fluidos. El fluido en
movimiento lleva energía consigo. El fluido fluye
desde una ubicación de alta temperatura a una
ubicación de baja temperatura

27. Transferencia por radiación
La radiación es la transferencia de energía por medio de ondas electromagnéticas.
Irradiar significa enviar o difundir desde una ubicación central. La transferencia de energía
por radiación implica el transporte de energía desde un origen hasta el espacio que lo
rodea. La energía es transportada por ondas electromagnéticas y no implica el
movimiento o la interacción de la materia. La radiación puede ocurrir a través de la
materia oa través de una región del espacio que carece de materia (es decir, un vacío).

28. Funcionamiento de la máquina de Vapor
Contando con una fuente de energía
térmica, usualmente se utiliza la
combustión de algún material como el
carbón o la leña, estos arden al
combinarse con el oxígeno del aire,
desprendiendo energía calorífica y luz.
La energía térmica que se genera se
transfiere al agua de la caldera,
mediante la convección, aumentando su
temperatura hasta el punto de
evaporación.

29. Funcionamiento de la máquina de vapor
Al transformarse en vapor este empieza a
expandirse, aumentando la presión haciendo
que el vapor viaje por una tubería hasta llegar al
pistón al cual empujará, transformando la
energía calorífica a mecánica a través de un
sistema de bielas la cual moverá una rueda de
transmisión, donde podemos observar la
primera ley de la termodinámica.

30. Funcionamiento de la máquina de vapor
Después de pasar por el pistón, el vapor se
irá por la tubería del condensador, donde irá
perdiendo calor y bajando su temperatura
hasta volverse a condensar en agua (por eso
el nombre de “condensador”) y llegará de
vuelta a la caldera.
Dentro del condensador la tubería que
transporta el vapor caliente, pasa por una
área donde circula agua, a la cual se
transfiere el calor del vapor permitiendo que
este pierda calor y se condense más rápido.

31. Funcionamiento de la máquina de vapor
Podemos ver la presencia de la segunda ley de la
termodinámica pues el calor que es transferido
al agua que pasa por el condensador se va con
esta misma sustancia al salir de este, haciendo
necesario más energía calorífica que afecte a la
caldera para poder repetir el proceso. Por lo que
si quitamos la fuente de calor de la máquina,
está después de unos ciclos se detendrá, sin la
fuente de calor el agua no se transforma en
vapor y no moverá el pistón donde se hace
presente la tercera ley de la termodinámica.

32. Aplicaciones de la máquina de vapor
Al principio se usaban como bombas de pistón y desde que empezaron a aparecer
los motores alternativos en 1780, también sirvieron para dar potencia a las fábricas.
A primeros del siglo XIX, el transporte de vapor por tierra y por mar, empezó a
aplicarse con cada vez más presencia a los medios de transporte.

33. Se dice que los motores
de vapor fueron la fuerza
motriz de la Revolución
industrial, siendo útiles
para mover maquinaria
en fábricas, molinos,
estaciones de bombeo y
aplicaciones de
transporte, como por
ejemplo locomotoras,
barcos y vehículos
terrestres.

34. También suelen usarse máquinas de muy baja potencia para dar potencia a
prototipos o modelos, incluso existen algunas aplicaciones anecdóticas como el
reloj de vapor.

35. Aplicaciones estacionarias
● Motores con paradas y cambios de sentido frecuentes: rodillos de laminado, mulas de
vapor, motores marinos y aplicaciones similares.
● Motores que dan potencia, que raramente paran y no necesitan reversa. Esto incluye los
motores que se usan en las centrales térmicas y en aquellos que se usaban en estaciones de
bombeo, molinos, fábricas y para dar potencia a los trenes y tranvías antes del uso
extendido de la electricidad.
● También se usaron mulas de vapor para mover cabrestantes en veleros comerciales y yates de
vela.7
Un motor portátil es un motor estacionario montado sobre ruedas, que puede ser transportado
mediante caballos a cada lugar o también por un motor de tracción, en vez de estar fijo en un
determinado emplazamiento.

36. Aplicaciones de logística y transporte
● Marinas: Barco de vapor, embarcaciones de vapor, yates de vapor
● Raíl: Locomotora de vapor
● Agricultura: Motor de tracción, tractor de vapor
● Transporte por carretera: Furgones de vapor, autobuses de vapor, triciclos de vapor,
automóvil de vapor
● Construcción: Apisonadora de vapor, excavadora de vapor
● Militar: Tanque de vapor, Catapulta de vapor
● Espacio: Cohete de vapor

37. Inconvenientes
★ Requerían mucho mantenimiento, lo
que podía ser costoso.
★ Las máquinas de vapor eran grandes
y pesadas, lo que las hacía difíciles
de transportar y maniobrar.

38. Contaminación y medio ambiente
Las máquinas de vapor
quemaban carbón, lo que
liberaba grandes cantidades de
contaminantes nocivos en el
aire, como dióxido de azufre y
óxidos de nitrógeno.

39. La extracción de carbón para su uso en máquinas de vapor condujo a la degradación
ambiental y la deforestación
Las máquinas de vapor también
requerían grandes cantidades de
agua, lo que podría ser una
carga para las fuentes de agua
locales.

40. Impacto en la sociedad
Las máquinas de vapor revolucionaron el transporte, haciéndolo más rápido y eficiente.
También impulsaron la revolución industrial, lo que condujo a un crecimiento económico
significativo y una mayor productividad.

41. Sin embargo, el uso de máquinas de vapor también condujo a la
explotación de los trabajadores en fábricas y minas, y al desplazamiento
de las personas de sus formas de vida tradicionales.

42. Conclusiones
La máquina de vapor fue una herramienta extremadamente importante para
el desarrollo de la tecnología desde la revolución industrial siendo una
de las bases que causó el crecimiento exponencial tecnológico en todo
el mundo. Sin embargo, como pudimos ver, no es perfecto pues
necesita de combustión para funcionar, la cual contamina en gran
medida nuestro planeta por qué a pesar de su gran utilidad solo es un
paso para encontrar la forma de generar energía sin dañar tanto nuestro
planeta optando por energías más renovables y menos contaminantes.

43. ¡Gracias por su atención!