Máquinas Térmicas: Tipos, Ciclos y Funcionamiento

Máquinas Térmicas

Una máquina térmica es un dispositivo que convierte energía térmica en energía mecánica utilizable para producir trabajo. Para que esto ocurra, la máquina debe funcionar entre dos focos de calor: uno caliente (del que se extrae calor, Q_c) y otro frío (que recibe calor, Q_f). La diferencia entre estas cantidades de calor es el trabajo realizado (W).

Motor Térmico

Un motor térmico es una máquina térmica que transforma energía térmica en energía mecánica. Existen diferentes tipos de motores térmicos, que se pueden clasificar según:

1. Lugar de la combustión:

• Combustión externa: El calor generado por la combustión del combustible se transfiere a un fluido intermedio, que produce la energía mecánica a través de una máquina alternativa o rotativa.
• Combustión interna: La combustión se produce dentro de una cámara interna del propio motor. Los gases generados causan directamente, por expansión, el movimiento de los mecanismos del motor. Estos motores son más ligeros y compactos, pero no han conseguido quemar combustibles baratos como el carbón.

2. Forma de obtención de la energía mecánica:

• Motores alternativos: El fluido de trabajo actúa sobre pistones con movimiento alternativo de subida y bajada.
• Motores rotativos: El fluido actúa sobre pistones rotantes o sobre turbinas.
• Motores de chorro (o a reacción): El fluido produce el empuje por el principio de acción y reacción.

Ciclo de Cuatro Tiempos

1. Admisión: El pistón baja, creando un vacío que permite la entrada de la mezcla de combustible y aire.
2. Compresión: El pistón sube, comprimiendo la mezcla.
3. Expansión: La mezcla se inflama y explota, empujando el pistón hacia abajo. Esta es la única fase que realiza trabajo, que se almacena como energía mecánica en un volante de inercia.
4. Escape: Antes de que el pistón llegue al punto muerto inferior (PMI), la válvula de escape se abre, permitiendo la salida de los gases de combustión. Al llegar arriba, la válvula se cierra.

Ciclo de Dos Tiempos

Los motores de dos tiempos son más simples que los de cuatro tiempos, sin válvulas ni sistema de distribución. Se utilizan en algunas motocicletas.

1. Primer tiempo: Con el pistón en el punto muerto superior (PMS), se produce la inflamación. Los gases se expanden hasta que el pistón abre la lumbrera de escape. Al bajar, el pistón comprime la mezcla en el cárter y se abre la comunicación cilindro-cárter, permitiendo la entrada del fluido al cilindro para barrer los gases de combustión.
2. Segundo tiempo: El pistón sube, completando el barrido y la admisión hasta que se cierran las lumbreras. Comienza la compresión hasta el PMS. Al mismo tiempo, la lumbrera de admisión se abre, permitiendo la entrada de fluido al cárter.

Máquina frigorífica: Es un motor térmico que funciona en sentido inverso. Q_f representa el calor extraído, W es el trabajo realizado por el motor que acciona el compresor, y Q_c es el calor cedido.