Ciclo de funcionamiento de la máquina frigorífica, bomba de calor, motores y turbina de vapor

Ciclo de funcionamiento de la máquina frigorífica

Máquina frigorífica: Las máquinas frigoríficas están formadas por circuitos que contienen en su interior fluidos refrigerantes con bajo punto de ebullición que se convierten en vapor, absorbiendo calor de la zona que se quiere enfriar. El compresor recibe una cantidad de energía que utiliza para comprimir el fluido refrigerante, haciendo que aumenten su temperatura y su presión. En el condensador, el fluido se licúa y cede una cantidad de calor, con lo cual disminuye su volumen a presión casi constante. En la válvula de expansión, el fluido se expande, con lo que descienden su presión y su temperatura de forma drástica. Finalmente, en el evaporador el fluido se evapora y absorbe una cantidad de calor del espacio que se desea refrigerar.

Bomba de calor

Funcionamiento de la bomba de calor: El funcionamiento de una bomba de calor es análogo al de una máquina frigorífica. Extrae calor de una zona que se encuentra a menor temperatura y lo cede a la zona que presenta una temperatura mayor. En verano, las bombas de calor permiten refrigerar las viviendas al extraer el calor del interior y cederlo al exterior. En invierno, se utilizan como calefacción doméstica, al extraer el calor del exterior y cederlo al interior.

Motor de cuatro tiempos (4T)

Motor 4T: El ciclo de un motor de cuatro tiempos consta de cuatro fases (una por cada carrera del pistón):

• Admisión: Se abre la válvula de admisión y entra la mezcla de aire y combustible en el cilindro.
• Compresión: Ambas válvulas (admisión y escape) están cerradas; el pistón sube y comprime la mezcla de combustible y aire.
• Combustión/Expansión: Salta la chispa de la bujía y la mezcla se inflama; los gases se expanden y empujan el pistón hacia abajo liberando trabajo.
• Escape: Se abre la válvula de escape; el pistón sube y expulsa los gases de la combustión al exterior.

Motor de dos tiempos (2T)

Motor 2T: En los motores de dos tiempos, el ciclo completo se realiza en dos carreras del pistón (una revolución del cigüeñal). Durante una carrera (Punto Muerto Inferior a Punto Muerto Superior) se comprime la mezcla y se produce la explosión; en la otra (Punto Muerto Superior a Punto Muerto Inferior) se efectúan el escape y la admisión. El pistón es el encargado de permitir la admisión y la salida de gases a través de las lumbreras, liberando o tapando estos orificios en su movimiento alternativo de ascenso y descenso.

Turbina de vapor (combustión externa)

Turbina térmica: La turbina térmica es una variante de la máquina de vapor que se utiliza en centrales nucleares y térmicas. En este caso, el flujo de vapor incide sobre una serie de álabes o palas montadas en un rotor; al chocar contra las palas, el vapor transmite su energía produciendo movimiento de rotación del rotor. El vapor va perdiendo progresivamente su energía térmica y presión a medida que atraviesa sucesivas etapas de la turbina. La turbina suele ir acoplada a un alternador que se utiliza para la producción de energía eléctrica.

Máquina de vapor y caldera

Máquina de vapor (caldera): En la caldera se quema el combustible para producir calor. Este calor calienta una gran cantidad de agua y produce vapor. El vapor actúa sobre el émbolo (o pistón) de una máquina de vapor, generando un movimiento alternativo. El movimiento del émbolo es transformado, mediante un mecanismo de biela y manivela, en un movimiento circular que puede utilizarse para producir trabajo mecánico o generar electricidad.