Principios de Motores Térmicos y Ciclos de Potencia

Fundamentos de la Maquinaria Térmica

Máquina de Vapor

Componentes principales:

• Hogar (Exterior): Donde se genera la combustión.
• Caldera: Se produce vapor de agua a alta temperatura (aproximadamente 600º C).
• Cilindro motor: Incluye la caja de distribución, volante de inercia, corredera y émbolo.

Ciclo Rankine

Descripción de las etapas del ciclo:

• (1-2) Aumento de la presión del líquido sin pérdidas de calor.
• (2-3) Calentamiento del líquido hasta convertirse en vapor a máxima temperatura.
• (3-4) El vapor realiza trabajo en la turbina.
• (4-1) Enfriamiento del vapor hasta volver a estado líquido.

Sobrecalentamiento

El vapor sobrecalentado (seco) evita la corrosión de las paredes del cilindro.

Turbina de Vapor

A diferencia de la máquina de vapor tradicional, la turbina de vapor no utiliza un cilindro ni órganos de transformación de movimiento, lo que resulta en un rendimiento mayor.

Motores de Combustión Interna

Motores de Cuatro Tiempos (Ciclo Otto)

Componentes clave:

• Bloque
• Culata
• Cárter
• Cilindro
• Árbol de levas

Fases del ciclo:

1. Admisión
2. Compresión
3. Combustión-Expansión
4. Expulsión

Motores de Dos Tiempos

Descripción de las lumbreras y flujo:

• Lumbrera de Admisión: Entrada del combustible (gasoil en motores Diesel).
• Lumbrera de Transferencia: Conecta la parte inferior del cilindro con la superior.
• Lumbrera de Escape: Salida de los gases quemados.

Motor Diesel

Proceso de funcionamiento:

1. Compresión del aire.
2. Inyección de gasoil en el aire comprimido.
3. Explosión y expansión.

Principio clave: Autoignición.

Sistemas de Lubricación

Componentes lubricados:

1. Paredes del cilindro.
2. Articulaciones de bielas.
3. Cojinetes del cigüeñal.
4. Árbol de levas.
5. Válvulas.

Sistemas de Sobrealimentación (Turbo)

Funcionamiento del turbocompresor:

• Un compresor, accionado por los gases de escape a través de una turbina, aumenta la presión del aire de admisión.
• El aire caliente proveniente del compresor se enfría mediante un intercooler antes de entrar al motor.

Pérdidas de Energía

Fuentes comunes de pérdidas de calor:

• Gases de escape.
• Agua de refrigeración.
• Elementos calientes del motor.

Características de Fluidos Ideales para Sistemas Térmicos

Propiedades deseables:

• Elevado calor latente de evaporación.
• Temperatura de ebullición baja.
• No inflamables, no corrosivos, no tóxicos.
• Miscibles en fase líquida.
• No perjudiciales en contacto con el aceite.

Ciclo Carnot

Componentes y etapas del ciclo ideal:

• Evaporador (Intercambio de calor).
• Compresor (Aumento de temperatura y presión).
• Condensador (Cesión de calor).
• Expansor (Realiza trabajo).

Etapas del ciclo:

1. (1-2) Compresión adiabática del fluido, aumentando su presión.
2. (2-3) Condensación: El fluido cede calor en el condensador.
3. (3-4) Expansión en la turbina: Disminuye la presión y temperatura del fluido.
4. (4-1) Evaporación: El fluido absorbe calor a presión constante en el evaporador, vaporizándose.

Procesos de Compresión y Absorción

Compresión (Ciclo de Compresión de Vapor)

1. Evaporación.
2. Compresión.
3. Condensación.
4. Reducción de presión (válvula de expansión).

Absorción

Principios de funcionamiento:

• El fluido evapora (absorbe calor) y condensa (cede calor).
• La temperatura de ebullición varía con la presión.
• Se utilizan parejas de productos con afinidad para disolverse.