Fundamentos de Máquinas Térmicas: Conversión de Energía, Motores de Combustión Interna y Externa

Máquinas Térmicas (MT): Fundamentos y Clasificación

Una Máquina Térmica (MT) tiene como misión transformar la Energía Térmica (Et) en Energía Mecánica (Em) que sea directamente utilizable para producir trabajo. La energía térmica debe transformarse en otras formas de energía. Se clasifican según su construcción, la función, el combustible que utilizan y la aplicación que tienen.

Clasificación según el Lugar de Combustión

• Combustión Externa (MTC Ext.): El calor desprendido al quemarse el combustible es transmitido a un fluido intermedio, el cual produce la Energía Mecánica a través de una máquina alternativa o rotativa (Máquinas de vapor y Turbinas de vapor).
• Combustión Interna (MTC Int.): La combustión se produce en una cámara interna al motor. Son más ligeros y de menor dimensión, aunque no se ha logrado que quemen combustibles baratos de manera eficiente (Motores de explosión, Motores diésel, Turbohélices).

Clasificación según la Forma de Obtener Energía Mecánica

• Motores Alternativos (Mot. Alt.): El fluido actúa sobre pistones dotados de movimiento alternativo de subida y bajada.
• Motores Rotativos (Mot. Rot.): El fluido actúa sobre pistones o álabes rotantes.
• Motores de Chorro (Mot. Chorro): El fluido es el encargado de producir empuje por acción-reacción.

Máquinas Térmicas de Combustión Externa

Motores Alternativos de Combustión Externa (Máquinas de Vapor)

Consisten en un cilindro que tiene en su interior un émbolo o pistón, dividiendo al cilindro en dos zonas. El pistón se mueve de forma alternativa gracias al vapor que llega de la caldera, transformando su movimiento lineal en rotatorio por un sistema biela-manivela, del que forma parte un volante de inercia. Cuando una zona está en comunicación con la caldera, la otra está en comunicación con el condensador.

Motores Rotativos de Combustión Externa (Turbinas de Vapor)

El vapor se expande en una turbina, pasando por unas toberas en las que pierde presión y gana velocidad (v). La turbina está formada por un rodete que tiene insertado un conjunto de álabes, que absorben la energía de la corriente produciendo la rotación del eje. Sobre el eje se originan una serie de fuerzas que hacen que el vapor circule por el extradós a mayor velocidad que por el intradós, lo que produce una depresión en la zona en que el fluido va a mayor velocidad. (Aplicaciones: Centrales de producción de Energía Eléctrica (Ee) y propulsión de buques).

Máquinas Térmicas de Combustión Interna

Ventaja: Fácil control. Inconveniente: Pierde más calor del que se genera.

Motores Rotativos de Combustión Interna (Turbinas de Gas)

Están compuestos por:

• Compresor: Puede ser axial o radial. Suministra un gran caudal de aire, comprimiéndolo y transformando la Energía Cinética (Ec) en Energía de Presión.
• Cámara de Combustión: Lugar donde llega el aire comprimido y se inyecta combustible pulverizado.
• Turbina: El gas es lanzado contra los álabes del rotor y pierde su Energía Cinética para transformarse en Energía Mecánica.

Motores Alternativos de Combustión Interna

Transforman la Energía Térmica en Energía Mecánica mediante uno o varios pistones, que se deslizan con movimiento lineal (ml) por los cilindros.

Estructura

• Bancada y Bloque: Soportan los demás elementos.
• Cilindro: Por donde se desliza el pistón con movimiento alternativo.
• Pistón: Tiene forma de vaso invertido y está unido a la biela mediante un bulón. Para conseguir un cierre hermético entre el cilindro y el pistón, se utilizan dos o tres aros.
• Biela: Transmite el movimiento del pistón al cigüeñal.
• Cigüeñal: Está soportado por cojinetes sobre la bancada, transformando el movimiento lineal en rotatorio.

Funcionamiento del Motor Alternativo

1. Admisión: