Investigación Máquinas de Movimiento Perpetuo - Yael Castrejón

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P R O F E . M I N E L I A V E R O N I C A
L A N D E R O S M E N D E S
 
I N V E S T I G A C I Ó N
M Á Q U I N A S D E
M O V I M I E N T O
P E R P E T U O
G R U P O 3 A M 3
T E R M O D I N Á M I C A
C A S T R E J Ó N O C A M P O
Y A E L E D U A R D O
Instituto Politécnico Nacional
Escuela Superior de Ingeniería
Mecánica y Eléctrica
Unidad Ticomán
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN 1
2. DESARROLLO TEÓRICO 2
2.1 INFLUENCIA DE LAS LEYES DE LA TERMODINÁMICA 2
2.1.1 Termodinámica en las máquinas de movimiento perpetuo 3
2.1.2 Entropía en las máquinas 4
2.2. MOVIMIENTO PERPETUO 4
2.2.1 Antecedentes del movimiento perpetuo 5
2.2.2 Simetrías y leyes de conservación 6
CONCLUSIÓN 7
BIBLIOGRAFÍA 8
Castrejón Ocampo Yael Eduardo - Termodinámica 1
1. INTRODUCCIÓN
El movimiento perpetuo es un principio idealizado desde los inicios del desarrollo de la
mecánica. Al momento de idealizar su funcionamiento, entramos en distintas
contradicciones a partir de lo conocido en termodinámica, mecánica y energía.
El establecer que podría existir una máquina de movimiento perfecto, nos da a entender
que podría existir un generador de energía infinita aplicable, ¿porque? para generar
energía (eléctrica generalmente) se necesita de movimiento para animar un generador,
crear una corriente en un inductor y así alimentar los suministradores, para generar el
movimiento existen distintos medios, mediante explosiones de combustión (motores),
utilizando corrientes de ríos (energía hídrica), a partir del movimiento de turbinas
eólicas, etc.
Todo estos medios mencionados necesitan de algún incentivo o medio de energía con
diferente origen. Por lo tanto suponer que podría existir un medio de movimiento
perpetuo, da lugar a la generación de energía infinita, lo cual violaría tanto las leyes de
conservación de energía y materia.
Mi posición e hipótesis inicial respecto a mi investigación, es que idealmente no podría
existir un sistema de movimiento perpetuo, solamente mecanismos cercanos de
conservación de energía y movimiento cerrados (motores, turborreactores, etc).
Castrejón Ocampo Yael Eduardo - Termodinámica 2
2.DESARROLLO TEÓRICO
El estudio sistemático de fuerzas y energías comprende no sólo un amplio capítulo de
las ciencias físicas, sino que estos conceptos, además, son básicos en la ciencia moderna
toda. La palabra energía proviene del griego y significa trabajo interior. Esta idea
coincide con la noción popular del término ya que realizar un trabajo representa un
esfuerzo que consume nuestras energías. De hecho, podemos definir la energía como la
capacidad de hacer un trabajo.
En ciencia, la energía se mide, así como se miden la distancia o el tiempo. La unidad que
se emplea para la medición de la energía es el Joule, en honor a un físico famoso.
También suelen usarse otras unidades, como la caloría (para los alimentos) o el
kilowatt-hora (en la cuenta de la luz). El abuso del término "energía" se observa
especialmente, cada vez con mayor frecuencia, en una legión de charlatanes y
curanderos que impunemente pregonan propiedades de supuestas energías destinadas
a curar o mitigar todo tipo de dolencia.
Hay quienes afirman que la enfermedad sería una expresión de conflictos causados por
desequilibrios energéticos. El equilibrio de cierta forma de “energía vital” es tal vez la
idea más característica de algunas falsas medicinas como la homeopatía.
2.1 INFLUENCIA DE LAS LEYES DE LA TERMODINÁMICA
Hacia mediados del siglo XIX, varios científicos habían llegado a la conclusión de que la
energía se conserva. Es decir que, si bien la energía puede cambiar de una forma a otra,
no se puede destruir ni crear y, por lo tanto, en un sistema aislado es constante. Esta
regla se denomina ley de conservación de la energía y constituye la primera ley de la
termodinámica (rama de la física que estudia el “movimiento” del calor).
Hasta el presente no se ha podido realizar ninguna experiencia que viole la ley de
conservación de la energía.
Castrejón Ocampo Yael Eduardo - Termodinámica 3
Por otro lado, nuestra experiencia cotidiana nos indica que el calor fluye desde los
lugares más calientes a los más fríos y, como consecuencia, la temperatura se hace más
homogénea. Cuando finalmente la temperatura es la misma en todas las partes de un
sistema, la transferencia de calor cesa.
2.1.1 Termodinámica en las máquinas de movimiento perpetuo
La termodinámica se estructura con base en tres leyes. El diseño de las máquinas de
movimiento perpetuo habitualmente pretende violar una de las dos siguientes:
1. La energía no puede crearse ni aniquilarse. Se conoce como conservación de la
energía. Las que pretenden violar esta ley son máquinas de movimiento
perpetuo de primera clase.
2. El calor no puede convertirse completamente en trabajo. En forma equivalente,
se enuncia afirmando que la entropía —grado de desorden— de un sistema
aislado, sin interacción con el exterior, no puede disminuir.
Las que violan esta ley son máquinas de movimiento perpetuo de segunda clase. Las
leyes de la termodinámica surgieron como respuesta al problema de las
transformaciones de la energía. Las formas propuestas en un principio fueron la
cinética (asociada al movimiento) y la potencial (asociada a la posición de un cuerpo
respecto a otros). Esta última adopta las formas de potencial gravitacional, elástica,
eléctrica, entre otras.
Con el desarrollo de las máquinas térmicas surgió el problema de calcular su eficiencia,
que se resolvió con la enunciación de las leyes de la termodinámica, de acuerdo con las
cuales la energía conservada de un sistema cerrado puede transformarse de un tipo a
otro manteniendo siempre el valor total, con la restricción de que, mientras cualquier
forma de energía puede transformarse por completo en calor, este no puede
transformarse por completo en otras formas de energía
Castrejón Ocampo Yael Eduardo - Termodinámica 4
2.1.2 Entropía en las máquinas
El físico alemán Rudolf Clausius introdujo el concepto de entropía como una medida de
la transformación de la energía de una forma disponible a otra inaccesible. Así, mayor
entropía implica una temperatura más uniforme, condición en la que el calor de un
sistema está menos disponible. Kelvin y Planck propusieron un enunciado para la
entropía que, aunque parezca diferente al de Clausius es equivalente, al afirmar que es
imposible que una máquina alimentada con cierta cantidad de calor produzca una
cantidad igual de trabajo.
El término máquina se refiere a un dispositivo que funciona en forma cíclica, esto
significa que luego de un ciclo el sistema vuelve a su situación inicial. En síntesis, la
primera ley de la termodinámica nos dice que no se puede extraer más energía de un
sistema que la que éste tiene. La segunda ley nos dice que no se puede extraer de un
sistema más trabajo o energía útil que la energía disponible en él, que es regularmente
menor que la energía total del sistema. Suele decirse que la primera ley nos advierte que
no podemos ganar; la segunda ley, que ni siquiera podemos empatar.
2.2. MOVIMIENTO PERPETUO
Los diseños de máquinas de movimiento perpetuo o continuo no dejan de maravillarnos
y sus inventores suelen ser muy creativos. Si la construcción de una máquina de este
tipo fuera posible, dispondríamos de un motor que funcionaría por sí solo, entregando
energía sin costo. Su invención resolvería todos los problemas de escasez de fuentes de
energía. Se terminarían así nuestros problemas con el petróleo y la generación de
energía eléctrica, que tantos dolores de cabeza nos traen.
Sin duda estas máquinas resultan fascinantes, pero, hasta el momento, solamente han
funcionado en la mente de sus creadores. Existen dos tipos o especies de máquinas de
movimiento perpetuo. Los móviles perpetuos de primera especie violan la primera ley
de la termodinámica, es decir, el principio de conservación de la energía: producirían
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más energíade la que consumen y entonces funcionarían eternamente realizando
trabajo.
2.2.1 Antecedentes del movimiento perpetuo
La mayoría de las máquinas de movimiento perpetuo que se han diseñado a lo largo de
la historia pertenece a este tipo. Un móvil perpetuo de segunda especie viola la segunda
ley de la termodinámica; desarrollaría un trabajo intercambiando calor con una única
fuente térmica. Aunque para mediados del siglo XIX la ciencia había establecido que
una máquina de movimiento perpetuo es imposible, los impresionantes avances
tecnológicos superaban todo lo imaginable.
Hechos considerados imposibles, como volar, fueron posibles gracias al ingenio y
constancia de inventores audaces. De igual manera, para muchos el movimiento
continuo resultaba un desafío que se podría superar, y que la fama y la riqueza
involucradas merecían dedicarles todo el esfuerzo posible. Una de las ideas más
difundidas para la construcción de una máquina de movimiento perpetuo es la rueda
desbalanceada.
Durante siglos, se ha propuesto una infinidad de variantes de esta idea que violaría la
primera ley de la termodinámica. Los inventores de estas máquinas intentan crear
cierta 3 asimetría que haga girar una rueda. Por asimetría se entiende que se debería
mantener siempre la rueda con un torque neto de modo que rote sin ayuda externa. Se
han propuesto incontables diseños para lograr esto, pero, en la práctica, en cuanto las
ruedas se dejan a su propia acción, finalmente se detienen. En muchos casos no es fácil
identificar el error detrás de una propuesta que parecería que debiera funcionar y
nuestro sentido común no ayuda.
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En las máquinas de movimiento perpetuo de segunda especie el calor adquiere una
eficiencia no permitida por la segunda ley de la termodinámica. Por simplicidad, y
porque no atañen al argumento central de este escrito, no haremos consideraciones
sobre la tercera ley de la termodinámica.
2.2.2 Simetrías y leyes de conservación
Las máquinas de movimiento perpetuo violan la primera o la segunda ley de la
termodinámica, pero ¿no podría suponerse, por un momento, que tal vez existan
violaciones de estas leyes que permitan el funcionamiento de tales máquinas? ¿O hay un
argumento más profundo en contra del funcionamiento de las máquinas de movimiento
perpetuo —al menos las de primera clase, para simplificar— que las leyes de la
termodinámica? Quienes se oponen a las máquinas de movimiento perpetuo lo hacen,
en la generalidad de los casos, acudiendo a leyes físicas reconocidas o a la validez
irrestricta de las leyes termodinámicas. ¿Pero hay argumentos de más peso?
Sí, con la condición de que el tema se enfoque desde una perspectiva estructural de la
física. Resulta que la física actual —la que tiene su origen en el primer cuarto del siglo
xx— no concibe las leyes de conservación como simples y contundentes resultados
experimentales, o como teoremas que pueden enunciarse desde teorías sobre
fenómenos específicos, como la mecánica o el electromagnetismo.
El tema de las leyes de conservación, visto modernamente, tiene que ver con la
estructura misma de la física y no solo con leyes experimentales. Con esto queremos
asegurar que la física aprendió a trabajar con superestructuras que apuntan mucho más
allá de los fenómenos concretos del mundo. La física del siglo xx en buena medida
piensa el mundo sin imágenes espaciales, solo con estructuras matemáticas.
Castrejón Ocampo Yael Eduardo - Termodinámica 7
CONCLUSIÓN
Es fácil concluir, así, que las máquinas de movimiento perpetuo desvirtúan, en caso de
funcionar, la relación simetría temporal-conservación de energía. Hemos utilizado aquí
el ejemplo de la gravedad, pero podemos concluir que, si vemos variar cualquier ley
natural de un día a otro —de un instante a otro, para exagerar— ahí se abrirá la
posibilidad de hacer funcionar una máquina de movimiento perpetuo. Si se viola la
conexión energía-tiempo es de esperar que lo mismo pueda hacerse con
distancia-momento lineal o ángulomomento angular: puede crearse movimiento lineal,
puede crearse rotación. Más aún, puesto que la conservación de la carga eléctrica está
asociada a la llamada simetría de fase, también podría crearse carga eléctrica. Además,
la relatividad especial engloba en una sola simetría espacio-temporal el momento lineal,
el angular y la energía —¡incluso la ley de inercia!—, de modo que es suficiente que una
sola asociación entre una variable de simetría no dé lugar a una cantidad conservada
para que todas las leyes de conservación del grupo sean violables. Hasta ahora estas
excepciones no han sido observadas y nadie ha visto aún funcionando, de manera
examinable, científica, sin trucos, sin fuentes externas de energía, una máquina de
movimiento perpetuo
Castrejón Ocampo Yael Eduardo - Termodinámica 8
BIBLIOGRAFÍA
Sierra, C. E. (2010). El movimiento perpetuo. Revista Universidad de Antioquia.
VIANA, L., & VILLA REAL, C. A. R. L. O. S. (2009). Matracas estocásticas,¿ una
máquina de movimiento perpetuo?. Ciencias, (082).
Farré, E. Aunque científicamente es absurdo hablar de movimiento perpetuo, a lo
largo de la.
Aldao, C. M. (2022). Las máquinas de movimiento perpetuo: el sueño de la energía
infinita. Encuentros multidisciplinares, 24(71), 14.
Monterroso, A. (1991). Movimiento perpetuo (Vol. 221). Ediciones Era.