Máquinas térmicas: Rendimiento y motores de combustión

Máquinas térmicas

Una máquina térmica puede realizar dos funciones:

• Transformar el calor en trabajo, como los motores térmicos.
• Conducir calor de un sistema frío a uno caliente realizando trabajo, como en los frigoríficos.

Para realizar un trabajo, un motor necesita un foco caliente y uno frío. El trabajo es la diferencia entre el calor generado por el caliente y cedido al frío.

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Rendimiento de los motores térmicos

El rendimiento es la relación entre la energía útil y la energía aportada. Por lo general, las máquinas térmicas tiene bajos rendimientos.

​$$\mu _{\text{motor térmico}}=\cfrac{E_{\text{útil}}}{E_{\text{aportada}}}\cdot100=\cfrac{W}{Q_1}\cdot100$$​​

Motores de combustión externa

Primero, se calienta un fluido para que se expanda y posteriormente, se enfría produciendo trabajo.

Ejemplo

Funcionamiento de una máquina de vapor

En una máquina de vapor se calienta agua (B) en la caldera (A) hasta que hierve. Este vapor (C) sube y empuja el pistón (D) hacia arriba, al mismo tiempo que el vapor de agua de arriba se condensa en la válvula 3 (E). Cuando el pistón llega arriba, se cierra la válvula 1 y el vapor de la caldera sale por la válvula 2 empujando el pistón hacia abajo y expulsando el vapor por la válvula 4. Esto provoca el movimiento del balancín (F) que lo transmite a la rueda de transmisión (G) para producir un trabajo.

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Motores de combustión interna

Son los propios gases los que hacen el trabajo.

Ejemplo

Funcionamiento de un motor de combustión

Un motor de combustión interna clásico se divide en cuatro tiempos:

1. Admisión: La mezcla de combustible y aire (4) entra en el cilindro cuando la válvula de admisión (2) se abre. El pistón (5) baja.
2. Compresión: El pistón sube. La mezcla se comprime y se calienta porque las válvulas están cerradas.
3. Explosión: Salta una chispa en la bujía (1) y explota la mezcla. El pistón baja haciendo trabajo.
4. Escape: El pistón sube y expulsa los gases por la válvula de escape (3).