MAQUINAS TÉRMICAS

Máquinas térmicas

Las máquinas térmicas son aparatos que se utilizan para transformar la energía calorífica en trabajo mecánico.

Existen tres clases:

1.- Máquinas de vapor.
2.- Motores de combustión interna.
3.- Motores de reacción.

Independientemente de la clase de máquina térmica de que se trate, su funcionamiento básico consiste en la dilatación de un gas caliente, el cual al realizar un trabajo se enfría.

1.- Máquinas de Vapor

Cuando el agua se transforma en vapor, se expande ocupando un volumen 1700 veces mayor que en su estado líquido. Las máquinas de vapor emplean la enorme energía producida por esta expansión para generar un trabajo. máquina de vapor es de combustión externa si se quema fuera de ella, calentando la caldera productora del vapor que la alimenta.

2.- Motor de combustión interna

Un motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una

cámara de combustión, la parte principal de un motor. 

Se utilizan motores de combustión interna de cuatro tipos:

El motor cíclico Otto, cuyo nombre proviene del técnico alemán que lo inventó, Nikolaus August Otto, es el motor convencional de gasolina que se emplea en automoción y aeronáutica.

El motor diésel, llamado así en honor del ingeniero alemán Rudolf Diesel, funciona con un principio diferente y suele consumir gasóleo. Se emplea en instalaciones generadoras de electricidad, en sistemas de propulsión naval, en camiones, autobuses y algunos automóviles. Tanto los motores Otto como los diesel se fabrican en modelos de dos y cuatro tiempos.

También se les conoce motores de combustión pesada o de aceites pesados, se caracterizan porque no tienen sistema de encendido ni carburador.

El motor rotatorio o Wankel, en honor a su creador el Dr. Felix Wankel, funciona de una manera completamente diferente de los motores convencionales.

En un motor alternativo, el mismo volumen (cilindro) efectúa sucesivamente 4 diferentes trabajos - admisión, compresión, combustión y escape. En un motor Wankel se desarrollan los mismos 4 tiempos pero en lugares distintos de la carcasa o bloque; es decir, viene a ser como tener un cilindro dedicado a cada uno de los tiempos, con el pistón moviéndose continuamente de uno a otro

Al igual que un motor de pistones, el rotativo emplea la presión creada por la combustión de la mezcla aire-combustible. La diferencia radica en que esta presión está contenida en la cámara formada por una parte del recinto y sellada por uno de los lados del rotor triangular, que en este tipo de motores reemplaza a los pistones.

3.- Motores de Reacción

Los motores de reacción se basan en el principio de la acción y reacción. Existen dos tipos principales de motores a reacción: los turborreactores y los cohetes.

Los turborreactores constan de un generador de gases muy calientes y de una tobera que los expele hacia atrás en forma de chorro (acción), así impulsa al motor y al móvil en el cuál se encuentra instalado hacia adelante (reacción).

El motor del cohete no necesita del aire atmosférico para funcionar, puinterior las sustancias químicas para la combustión. Los gases c alientes producidos en la cámara de combustión son expelidos con gran fuerza hacia atrás (acción), de esta manera impulsan a la nave hacia delante (reacción).

Eficiencia de una máquina térmica

La eficiencia de una máquina térmica jamás será de un 100%, pues de acuerdo a la Segunda Ley de la Termodinámica es imposible construir una máquina térmica que transforme en trabajo todo el calor que se le suministra.

La eficiencia o rendimiento de una máquina térmica es la relación entre el trabajo mecánico producido y la cantidad de calor suministrada.

Matemáticamente se expresa:

Donde:

η = eficiencia de máquina térmica

T = trabajo neto producido por la máquina en calorías (cal) o joules (J).

Q = calor suministrado a la máquina por el combustible en calorías (cal) o joules (J).

Como tenemos:  tenemos: 

La eficiencia también puede ser calculada en función de la relación existente entre la temperatura de la fuente caliente (T1) y la temperatura de la fuente fría (T2), ambas medidas en temperaturas absolutas, es decir, en Kelvin, donde:

 también conocida como la eficiencia térmica de un motor de carnot.