Fundamentos de Termodinámica y Electrónica: Motores, Pérdidas y Circuitos Esenciales

Conceptos Fundamentales en Termodinámica y Motores

Ciclo de Carnot

El Ciclo de Carnot está constituido por dos transformaciones isotermas reversibles en las que el sistema absorbe y cede calor a temperatura constante, y dos transformaciones adiabáticas también reversibles en las que el sistema intercambia trabajo.

Motor de 2 Tiempos

El motor de dos tiempos opera en dos fases principales:

1. Admisión-Compresión

El pistón asciende en su primera carrera desde el PMI (Punto Muerto Inferior) hasta el PMS (Punto Muerto Superior), arrastrado por el cigüeñal. En este momento, se comprime la mezcla que se encuentra en el cilindro. Se descubre la lumbrera de admisión para que cierta cantidad de mezcla pase al cárter. Al llegar el pistón al PMS, salta la chispa procedente de la bujía y se produce la combustión de la mezcla.

2. Expansión-Escape

Al producirse la combustión de la mezcla, se ejerce una presión sobre el pistón que desciende en su segunda carrera. La lumbrera de escape comienza a descubrirse y los gases quemados pueden salir al exterior. La lumbrera de transferencia se descubre y la mezcla procedente del cárter entra en el cilindro y desaloja el resto de gases quemados.

Ventajas: Mayor potencia.
Inconvenientes: Mayor temperatura de funcionamiento.

Motor Diésel

El ciclo de funcionamiento de un motor diésel se compone de las siguientes fases:

• Admisión: Proceso isobárico.
• Compresión: Proceso adiabático.
• Encendido: Proceso isocórico.
• Expansión: Proceso adiabático.
• Escape: Proceso isocórico.

Pérdidas y Calentamiento en Sistemas

Tipos de Pérdidas

Las pérdidas en sistemas eléctricos y mecánicos se clasifican en:

• Pérdidas Eléctricas (Pcu): Son las debidas al calentamiento de los conductores.
• Pérdidas Magnéticas (Pfe): Debidas al fenómeno de la histéresis y a las corrientes parásitas que se inducen en el hierro.
• Pérdidas Mecánicas (Pmec): Debidas a la fricción y a los sistemas de ventilación del motor.
• Pérdidas Adicionales (Padic): Suelen suponer un 1% de la potencia de salida.

Causas de Calentamiento

El calentamiento excesivo en los sistemas puede ser provocado por:

• Conexiones defectuosas.
• Mal aislamiento térmico.
• Desconfiguración de algunos elementos.
• Suciedad.
• Mala ventilación.

Circuitos Electrónicos Esenciales

Multivibradores

Para diseñar circuitos como temporizadores, necesitamos una serie de circuitos que generen impulsos sin necesidad de una señal exterior. Estos se conocen con el nombre de multivibradores.

Multivibradores Monoestables y Astables

Los astables solo necesitan la tensión de alimentación para oscilar, mientras que los monoestables necesitan, además, una señal de excitación que los saque de la zona estable.

Multivibradores Biestables

Recibe el nombre de multivibrador biestable un circuito que genera una señal de salida en forma rectangular. Este tiene los dos estados de basculación estables, lo cual quiere decir que para hacerlos bascular hace falta una señal externa de excitación.

Temporizadores (Circuito Integrado 555)

El circuito integrado 555 es un temporizador ampliamente utilizado debido a sus características:

• Elevada estabilidad térmica.
• Amplio margen de tensión de alimentación.
• Compatibilidad con las tecnologías TTL y CMOS.
• Corriente e impedancia de salidas muy pequeñas.
• Respuesta rápida.

Tiristores

El tiristor es uno de los dispositivos semiconductores más empleados en los circuitos electrónicos de potencia. Está formado por cuatro capas alternas de pnpn. Su funcionamiento básico es el de un rectificador controlado que permite que circule la corriente eléctrica en un solo sentido cuando en la puerta se introduce una señal adecuada.