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En los motores térmicos, el fluido que transporta la energía entre el foco caliente y el foco frío se calienta por la energía química liberada en una combustión. Los motores de los automóviles, por ejemplo, funcionan mediante la combustión de combustibles fósiles como gasolina o diésel. Según el lugar donde ocurre esta combustión, los motores térmicos se clasifican en motores de combustión interna y motores de combustión externa.

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En los motores de combustión externa, como la máquina de vapor, el combustible se quema fuera del motor para generar calor, que transforma agua en vapor. Este vapor mueve un pistón o una turbina, cuyo movimiento se utiliza para máquinas, transporte o generar electricidad mediante un alternador. La turbina térmica, utilizada en centrales nucleares y térmicas, es una variante que convierte el movimiento en energía eléctrica.

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Los motores de combustión interna realizan la combustión del combustible dentro del propio motor, lo que permite alcanzar temperaturas más altas y aprovechar mejor la energía calorífica generada, resultando en un mayor rendimiento en comparación con los motores de combustión externa. Se clasifican en dos tipos principales:

1. Motores rotativos: Basados en el funcionamiento de turbinas, aunque su uso ha disminuido.

2. Motores alternativos: Utilizan pistones y son los más comunes en la actualidad.

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El motor rotativo es un tipo especial de motor de combustión interna, diseñado para realizar los cuatro tiempos de la combustión (admisión, compresión, combustión y escape) con un movimiento continuo y constante del rotor, actuando como un motor de cuatro tiempos pero con la simplicidad de uno de dos tiempos.

Partes principales:

Estator: Fijo y con forma interior casi elíptica.

Rotor: Gira dentro del estator, con vértices en contacto continuo con las paredes. Cada lado del rotor actúa como cámara de combustión.

Piñón: Engrana con la corona dentada del rotor para transmitir el movimiento.

Lumbreras de admisión y escape: Ubicadas en un lateral del estator.

Bujía: Instalación en el lado opuesto a las lumbreras, encargada de la ignición.

Funcionamiento:
El rotor realiza los cuatro tiempos de manera continua dentro de la cámara, optimizando el espacio y logrando un diseño compacto y eficiente.

Este diseño innovador lo hace único, aunque su uso es menos común que el de los motores alternativos.

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Funcionamiento: Transforman el movimiento alternativo del pistón, generado por los gases de la combustión, en movimiento rotativo mediante el cigüeñal.

Componentes clave:

Pistón: Conectado al cigüeñal por una biela; utiliza aros para estanqueidad.

Cigüeñal: Convierte el movimiento alternativo en rotativo.

Válvulas: Gestionan la entrada de combustible y salida de gases.

Cárter: Contiene aceite para refrigeración.

Conceptos importantes:

Carrera: Recorrido del pistón entre el Punto Muerto Superior (PMS) y el Punto Muerto Inferior (PMI).

Cilindrada: Volumen total desplazado por el pistón.

Relación de compresión: Proporción entre el volumen del cilindro y el de la cámara de combustión.

Sincronización: Regulada por el árbol de levas para abrir y cerrar válvulas en el momento adecuado.

Utilizados en automóviles y motocicletas, destacan por su eficiencia y versatilidad.

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1.3 Motores Alternativos de combustión interna

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1.3 Motores Alternativos de combustión interna

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De acuerdo con el proceso de combustión del combustible, los motores térmicos se

clasifican en:

1. Motores Otto (MEP): Usan gasolina y una bujía para iniciar la combustión.

2. Motores de compresión (MEC): Usan gasoil; la combustión ocurre por alta presión, sin bujías.

Tipos según ciclos:

Dos tiempos: Menos ciclos por carrera.

Cuatro tiempos: Completa el ciclo en cuatro movimientos.

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1.3.1 Motores de explosión de cuatro tiempos.

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1.3.1 Motores de explosión de cuatro tiempos.

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Funcionamiento de los motores de cuatro tiempos:

1. Admisión: Se abre la válvula de admisión y entra la mezcla de aire y combustible al cilindro. El pistón desciende.

2. Compresión: Con las válvulas cerradas, el pistón sube y comprime la mezcla.

3. Explosión-expansión: Una chispa enciende la mezcla, los gases se expanden y empujan el pistón hacia abajo.

4. Escape: La válvula de escape se abre, el pistón sube y expulsa los gases al exterior.

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1.3.2 Motores de explosión de dos tiempos

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1.3.2 Motores de explosión de dos tiempos

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Realizan el ciclo completo en dos carreras del pistón:

1. Compresión y explosión (PMI a PMS).

2. Escape de gases (PMS a PMI).

No tienen válvulas, sino lumbreras que el pistón abre o cierra en su movimiento.

Usos comunes: Motocicletas pequeñas y embarcaciones.

Más sencillos, pero con menor rendimiento que los motores de cuatro tiempos.

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Ciclo termodinámico de un motor diésel (encendido por compresión)

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1.3.3 Motores de encendido por compresión

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1.3.3 Motores de encendido por compresión

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Funcionamiento:

1-2. Compresión del aire: El aire se comprime a alta presión hasta alcanzar temperaturas cercanas a 600°C.

2-3. Introducción del combustible: El combustible se inyecta y se inflama espontáneamente debido a la alta presión.

3-4. Expansión de los gases: Los gases se expanden, empujando el pistón hacia el PMI.

4-1. Escape de gases: Se abre la válvula de escape, liberando los gases y comenzando un nuevo ciclo.

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Las máquinas frigoríficas son dispositivos térmicos que transportan calor desde un foco frío a uno más caliente, utilizando energía externa para realizar este proceso no espontáneo.

Funcionamiento:

1. Compresor: Comprime el fluido refrigerante, aumentando su temperatura y presión (compresión adiabática).

2. Condensador: El fluido se licúa, cede calor y disminuye su volumen (compresión isoterma).

3. Válvula de expansión: El fluido se expande, reduciendo su presión y temperatura (expansión adiabática).

4. Evaporador: El fluido se evapora, absorbiendo calor del espacio a refrigerar (expansión isoterma).

Eficiencia:
La eficiencia de la máquina se mide como la relación entre el calor extraído del foco frío y el trabajo realizado por el compresor. En un ciclo de Carnot, la eficiencia suele ser mayor que 1.

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Las bombas de calor son máquinas térmicas que invierten el ciclo termodinámico para aportar o extraer calor.

Funcionamiento:

Extraen calor de una zona fría y lo ceden a una zona caliente, similar a una máquina frigorífica.

En verano, refrigeran extrayendo calor del interior de las viviendas y cediéndolo al exterior.

En invierno, funcionan como calefacción, extrayendo calor del exterior y cediéndolo al interior.

Eficiencia:
La eficiencia se calcula como la relación entre el calor cedido al foco caliente y el trabajo realizado para ello.