Conceptos Esenciales y Clasificación de Máquinas y Motores Térmicos

Conceptos Fundamentales de Máquinas y Motores Térmicos

¿Qué es una máquina térmica?

Una máquina térmica es un conjunto de elementos mecánicos que intercambian energía mecánica a partir de la variación de la energía térmica de un fluido que las atraviesa.

¿Qué es un motor térmico?

Un motor térmico es un conjunto de elementos mecánicos que generan energía mecánica a partir del estado térmico producido en una reacción de combustión.

¿Qué es un motor endotérmico?

Los motores endotérmicos son motores de combustión interna. (Los exotérmicos son motores de combustión externa y usan cualquier tipo de combustible).

Diferencias entre máquinas de combustión interna y externa

• En la combustión externa, la combustión ocurre en un fluido diferente al de trabajo y operan en ciclos cerrados (ej. máquinas de vapor, turbinas de vapor, motores Stirling).
• En la combustión interna, la combustión ocurre en el mismo fluido de trabajo y operan en ciclos abiertos (ej. motores alternativos, motores rotativos, turbinas de gas, turborreactores).

Tipos de motores de combustión interna

Existen varios tipos, incluyendo: motores alternativos, motores rotativos, turbinas de gas y turborreactores.

Diferencias entre máquinas volumétricas y dinámicas

• Las máquinas volumétricas son motores con un proceso intermitente, donde el rozamiento del fluido es poco significativo. Presentan pérdidas de calor y realizan la conversión de presión en fuerza mediante un émbolo.
• Las máquinas dinámicas son turbomáquinas con un proceso continuo. Presentan pérdidas por rozamiento con el fluido, son generalmente adiabáticas y realizan la conversión de presión en velocidad mediante toberas.

Pertenencia del motor rotativo diseñado por Félix Wankel

El motor rotativo diseñado por Félix Wankel pertenece a las máquinas volumétricas.

Ventajas del motor Wankel

• Tiene un 40% menos de piezas y la mitad de volumen.
• Presenta muy poca vibración y no tiene problemas con la disipación de calor.
• El motor exhibe una relación potencia-peso excepcionalmente alta y una buena curva de par motor a todas las velocidades.
• La ventaja más significativa es que, dentro del compartimento del rotor, los cuatro ciclos ocurren simultáneamente, generando un empuje constante.

Razones de su limitada aplicación industrial

Este motor fue desarrollado principalmente para algunas marcas de automoción y, hasta ahora, no se ha extendido su desarrollo para aplicaciones industriales debido, en gran parte, a fallos en los sellos.

Mi opinión

Además, es un motor con un alto consumo de combustible, lo que sugiere la necesidad de mayor investigación para reducir su consumo.

Clasificación de Motores

Ventajas de los motores V.W.R. frente a los motores en línea (L)

La principal ventaja es que los motores V.W.R. son más compactos y de diseño radial. Se utilizan comúnmente en compresores y motores de aviación.

Diferencias entre motores W/3 y W/4

La principal diferencia radica en el número de cilindros.

Diferencias entre motores de doble efecto, de cilindros opuestos y de émbolos opuestos

• Doble efecto: Posee dos caras activas del émbolo.
• Cilindros opuestos: Un émbolo y un cigüeñal.
• Émbolos opuestos: Cuatro émbolos y dos cigüeñales.

Consideraciones sobre la relación carrera/diámetro (K)

• Cuando la relación carrera/diámetro (K) es menor que 1 (motor supercuadrado):
  • Permite una menor velocidad media del émbolo a igual velocidad de giro.
  • Se puede trabajar a mayores r.p.m. y conseguir más potencia.
  • Proporciona más espacio para ubicar válvulas.
  • Resulta en menor pérdida de carga, lo que mejora el rendimiento volumétrico.
  • Aumenta la posibilidad de interferencia entre válvulas y émbolo.
• La conducción de calor hacia el émbolo es significativa, por lo que en ocasiones es necesario refrigerar el émbolo.
• El aumento de la relación superficie-volumen de la cámara de combustión puede reducir la velocidad de reacción y la emisión de hidrocarburos inquemados.
• Permite una mayor presión media efectiva y, con ello, un mayor par motor.

Razones de la ausencia de motores rápidos de alta potencia con renovación de carga por lumbreras

No se utilizan porque:

• No habría tiempo suficiente para desalojar los gases de combustión de manera eficiente.
• Presentan un peor rendimiento volumétrico debido a la respiración de los elementos (interferencia en el flujo de gases).