Maquinas Térmicas by Rim Ram0045 Rami

1.1 Motores de combustión externa

rimyram0045 — 2024-12-06 12:46:18 UTC

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.

1. Motores Térmicos

rimyram0045 — 2024-12-06 12:47:01 UTC

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.

1.2 Motores de combustión interna

rimyram0045 — 2024-12-06 13:06:25 UTC

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:

Motores rotativos: Basados en el funcionamiento de turbinas, aunque su uso ha disminuido.
Motores alternativos: Utilizan pistones y son los más comunes en la actualidad.

1.2.2 Motores Alternativos

rimyram0045 — 2024-12-06 13:26:23 UTC

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.

1.2.1 Motores Rotativos

rimyram0045 — 2024-12-06 13:33:10 UTC

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.

1.3 Motores Alternativos de combustión interna

rimyram0045 — 2024-12-06 13:40:14 UTC

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

clasifican en:

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

1.3.1 Motores de explosión de cuatro tiempos.

rimyram0045 — 2024-12-06 15:22:28 UTC

Funcionamiento de los motores de cuatro tiempos:

Admisión: Se abre la válvula de admisión y entra la mezcla de aire y combustible al cilindro. El pistón desciende.
Compresión: Con las válvulas cerradas, el pistón sube y comprime la mezcla.
Explosión-expansión: Una chispa enciende la mezcla, los gases se expanden y empujan el pistón hacia abajo.
Escape: La válvula de escape se abre, el pistón sube y expulsa los gases al exterior.

Ciclo termodinámico de un motor Otto

rimyram0045 — 2024-12-06 16:11:40 UTC

1.3.2 Motores de explosión de dos tiempos

rimyram0045 — 2024-12-06 16:37:12 UTC

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.

1.3.3 Motores de encendido por compresión

rimyram0045 — 2024-12-06 17:06:25 UTC

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.

2. Máquinas Frigoríficas

rimyram0045 — 2024-12-06 17:23:33 UTC

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:

Compresor: Comprime el fluido refrigerante, aumentando su temperatura y presión (compresión adiabática).
Condensador: El fluido se licúa, cede calor y disminuye su volumen (compresión isoterma).
Válvula de expansión: El fluido se expande, reduciendo su presión y temperatura (expansión adiabática).
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.

3. Bombas de Calor

rimyram0045 — 2024-12-06 17:45:22 UTC

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.