Motores Térmicos: Funcionamiento, Ciclo de Carnot y Clasificación

¿Qué es un Motor Térmico?

Un motor térmico es un dispositivo que permite obtener energía mecánica a partir de la energía térmica almacenada en un fluido.

Principios de la Termodinámica

• Primer Principio de la Termodinámica: En cualquier procedimiento para convertir calor en trabajo o viceversa, existe una relación constante entre el trabajo desarrollado y el calor consumido.
• Segundo Principio de la Termodinámica: Una máquina térmica solo puede efectuar trabajo si absorbe calor de un foco a temperatura superior y lo cede en parte a otro a temperatura inferior.

Ciclo de Funcionamiento de un Motor Térmico

En su funcionamiento, el motor recibe una cantidad de calor Q1 y posteriormente cede otra cantidad de calor Q2, menor que Q1. De esta forma, se produce la desaparición de una cierta cantidad de energía térmica que se transforma en trabajo mecánico W.

Ciclo de Carnot

El rendimiento de un motor térmico nunca puede ser igual a 1. Carnot estableció el máximo rendimiento posible para una máquina que funciona entre dos focos. El ciclo de Carnot es un ciclo termodinámico ideal reversible entre dos fuentes de temperatura. Se considera un cilindro con un gas y un pistón, aplicando sucesivamente un foco caliente y uno frío.

Etapas del Ciclo de Carnot

1. Expansión Isotérmica: Se aplica un foco de calor. El gas del cilindro, que se encuentra en su volumen mínimo, se expande. Aunque el gas tiende a enfriarse al expandirse, absorbe calor de la fuente a temperatura T1, manteniéndose constante.
2. Expansión Adiabática: Se retira el foco de calor. No hay transferencia de calor con el exterior, por lo que el gas se enfría hasta una temperatura T2, alcanzando su volumen máximo.
3. Compresión Isotérmica: Se aplica el foco frío. Se comprime el gas, transfiriéndose calor del gas al foco frío, manteniéndose constante la temperatura en T2.
4. Compresión Adiabática: Se retira el foco frío. Finaliza la compresión sin transferencia de calor, aumentando la temperatura hasta T1 y comenzando de nuevo el ciclo. El volumen vuelve a ser mínimo.

Clasificación de los Motores Térmicos

Según las Características de Combustión

• De Combustión Externa: La combustión se produce fuera del motor (ejemplo: máquina de vapor).
• De Combustión Interna: La combustión se produce dentro del motor, donde se genera el movimiento. Puede ser:
  • De Encendido por Compresión (MEC) (Diésel): La explosión se produce sin chispa.
  • De Encendido Provocado (MEP) (Otto): La explosión se produce con chispa.

Según el Número de Tiempos

• De 2 Tiempos: Las cuatro etapas del ciclo se producen en dos movimientos del pistón.
• De 4 Tiempos: Las cuatro etapas del ciclo se producen en cuatro movimientos del pistón.

Según la Forma de Obtener la Energía Mecánica

• Motores Alternativos: La energía mecánica final se obtiene a partir de un movimiento lineal alternativo.
• Motores Rotativos: La energía mecánica se obtiene a partir de un movimiento rotativo (ejemplo: turbina de gas).