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Estas máquinas convierten el calor en energía mecánica. Funcionan extrayendo energía de una fuente de calor y transfiriendo parte de ella a un sistema, mientras el resto se desecha en un sumidero de calor. Se dividen en motores de combustión externa e interna.

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En este tipo de motor, la combustión del combustible se realiza fuera del motor, específicamente en una caldera. El calor generado calienta el agua, produciendo vapor, el cual se utiliza para mover un pistón en un movimiento alternativo. Este movimiento se transforma en un movimiento circular mediante un mecanismo de biela-manivela, utilizado para accionar máquinas o generar electricidad.

Una variante de la máquina de vapor es la turbina térmica, que se utiliza en plantas de energía y produce un movimiento rotatorio. Este movimiento es causado por la expansión del vapor, que hace girar una hélice. Finalmente, sobre el eje de la turbina se encuentra un alternador, que convierte la energía mecánica del giro en energía eléctrica.

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Los motores de combustión interna son los que llevan a cabo el proceso de combustión del combustible dentro del motor, lo que facilita el uso más eficaz de la energía térmica producida. Entre los más notables se encuentran los motores alternativos, que se emplean extensamente en vehículos como coches y motocicletas.

Estos motores operan a través del desplazamiento alterno de un pistón en un cilindro. El pistón se une a un cigüeñal mediante una biela, lo que facilita la conversión del movimiento lineal del pistón en movimiento rotativo, enviando de esta manera la energía requerida para rotar las ruedas. Además, el pistón cuenta con anillos que garantizan la selladura del cilindro para preservar la eficacia de la combustión.

El sistema de admisión y escape se compone de válvulas que regulan el ingreso del combustible y la salida de los gases producidos durante la combustión. Estas válvulas se activan mediante un árbol de levas que garantiza su apertura y cierre en los instantes exactos.

Adicionalmente, el motor dispone de un mecanismo de lubricación a través del aceite situado en el cárter, que facilita la refrigeración y disminuye el desgaste de los componentes en movimiento.

Esta configuración convierte a los motores alternativos en un sistema eficaz y fiable para convertir la energía química del combustible en energía mecánica empleada en el transporte.

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Los motores térmicos se clasifican según el tipo de combustión:

Motores Otto (MEP): Funcionan con gasolina. La combustión es provocada por una chispa generada por la bujía.

Motores diésel (MEC): Usan gasoil. La combustión ocurre de forma espontánea al comprimirse la mezcla sin necesidad de bujías.

Según el número de movimientos del pistón, los motores pueden ser de dos tiempos o cuatro tiempos.

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Estos motores son los más comunes en los vehículos y funcionan en cuatro pasos principales:

1. Admisión:

Se abre la válvula de admisión.

Entra la mezcla de aire y combustible al cilindro, empujando el pistón hacia abajo.

2. Compresión:

Las válvulas de admisión y escape se cierran.

El pistón sube y comprime la mezcla, aumentando su presión y temperatura.

3. Explosión y expansión:

La bujía genera una chispa que hace explotar la mezcla.

Los gases liberados empujan el pistón hacia abajo, generando energía.

4. Escape:

Se abre la válvula de escape.

El pistón sube, expulsando los gases quemados al exterior

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En estos motores, el ciclo completo ocurre en dos movimientos del pistón:

1. Primera carrera (de abajo hacia arriba):

La mezcla de aire y combustible se comprime.

Se produce la explosión.

2. Segunda carrera (de arriba hacia abajo):

Se expulsan los gases de la combustión.

En lugar de válvulas, estos motores tienen lumbreras (agujeros por donde entran y salen los gases). El pistón controla las lumbreras de abrirse y cerrase.

Los motores de dos tiempos son más simples que los de cuatro tiempos, pero tienen un rendimiento menor. Son comunes en motos pequeñas y embarcaciones.

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En estos motores, el aire se comprime a alta presión, lo que lo calienta mucho. Luego, se introduce el combustible, que se enciende de forma automática (sin necesidad de chispa), a diferencia de los motores de explosión.

El ciclo funciona así:

1. Compresión (1-2):

El aire entra al cilindro a presión atmosférica.

Se comprime manteniendo el calor, alcanzando temperaturas cercanas a los 600 °C.

2. Inyección y combustión (2-3):

Se introduce el combustible.

La mezcla se quema a presión constante, lo que empuja el pistón hacia abajo.

3. Expansión (3-4):

Los gases calientes se expanden manteniendo el calor, moviendo el pistón hacia el Punto Muerto Inferior (PMI).

4. Escape (4-1):

Se abre la válvula de escape.

Los gases quemados son expulsados y el ciclo comienza de nuevo.

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Son máquinas térmicas que transportan calor desde un lugar frío a uno más caliente.

Este proceso no ocurre de forma natural, por lo que necesitan energía externa para funcionar.

Partes y funcionamiento

1. Compresor:

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

2. Condensador:

El fluido se licúa y libera calor hacia el ambiente, manteniendo la presión constante.

3. Válvula de expansión:

El fluido se expande, bajando su presión y temperatura (expansión adiabática).

4. Evaporador:

El fluido se evapora y absorbe calor del lugar que se desea enfriar (expansión isotérmica).

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Son máquinas térmicas que pueden invertir su ciclo termodinámico para:

Aportar calor a un entorno.

Extraer calor de un entorno.

Su funcionamiento es similar al de una máquina frigorífica, extrayendo calor de una zona de menor temperatura y llevándolo a otra de mayor temperatura.