Fundamentos de Termodinámica Aplicada: Psicrometría, Ciclos de Motores y Sistemas de Climatización

Fundamentos de Psicrometría y Aire Húmedo

La psicrometría es la base para entender el comportamiento del aire en sistemas de climatización y ventilación.

Conceptos Clave en Psicrometría

• Psicrometría: Ciencia que estudia las propiedades termodinámicas de la mezcla aire-vapor de agua (aire húmedo).
• Diagrama Psicrométrico: Herramienta gráfica empleada para la resolución de problemas de aire húmedo. Es fundamental considerar la presión atmosférica (altitud) para su uso correcto.
• Aire Húmedo: El aire atmosférico que nos rodea y que contiene vapor de agua.
• Aire Seco: Aire atmosférico exento de vapor de agua.

Propiedades del Aire Húmedo

• Humedad Específica (x): Cantidad de vapor de agua por unidad de masa de aire seco. [kg vapor agua / kg aire seco].
• Humedad Relativa (HR): Relación entre la presión parcial de vapor de agua (Pv) y la presión de vapor de saturación (Psat), expresada en porcentaje (%).
• Saturación Adiabática: Proceso de aporte de agua hasta alcanzar la saturación en una cámara térmicamente aislada.
• Temperatura de Bulbo Húmedo (TBH): Temperatura de saturación adiabática.
• Temperatura de Rocío (TR): Temperatura a la cual el vapor de agua ambiente comienza a condensarse (alcanza la saturación).

Parámetros de Climatización

• Factor de Calor Sensible (FCS): Porcentaje de calor sensible respecto al calor total. Se representa mediante una escala, generalmente referida a una temperatura de bulbo seco (Ts) de 24 ºC y 50% de HR.
• Recta de Maniobra: Línea que relaciona el factor de calor sensible con la variación de humedad específica del aire, utilizada para trazar procesos en el diagrama.

Principios de Motores de Combustión Interna

Motores de Cuatro Tiempos (Ciclo Otto y Ciclo Diesel)

Estos motores se clasifican según su tipo de encendido:

• Encendido Provocado (Ciclo Otto - Gasolina).
• Encendido por Compresión (Ciclo Diesel).

Fases del Ciclo de Cuatro Tiempos

1. Admisión: Entrada de la mezcla aire-combustible (Otto) o solo aire (Diesel). Válvula de admisión abierta.
2. Compresión: El pistón comprime la mezcla/aire. Válvulas cerradas.
3. Expansión (o Combustión):
   • Otto: Salta la chispa en la bujía, provocando la inflamación de la mezcla.
   • Diesel: Se inyecta combustible pulverizado, que se autoinflama por la alta presión y temperatura.
   Se genera trabajo mecánico.
4. Escape: Se expulsan los gases quemados. Válvula de escape abierta.

Motores de Dos Tiempos

El ciclo se completa en dos movimientos del pistón:

1. Compresión y Admisión.
2. Expansión y Escape (Barrido).

Componentes Clave del Motor de Combustión

Culata

Tapa superior que sella los cilindros y aloja las válvulas.

Árbol de Levas

Mecanismo encargado de abrir y cerrar las válvulas en el momento preciso.

Válvulas de Admisión

Permiten la entrada de la mezcla aire-combustible o solo aire al cilindro.

Válvulas de Escape

Permiten la salida de los gases de combustión.

Bloque Motor y Cilindros

Estructura principal que contiene los Cilindros (cavidades por donde se desliza el pistón).

Junta de Culata

Sello que garantiza la estanqueidad entre la culata y el bloque motor.

Cigüeñal

Eje principal que transforma el movimiento alternativo del pistón en movimiento circular rotatorio, transmitiendo la potencia.

Cárter

Depósito inferior que almacena el aceite lubricante del motor.

Sistemas de Sobrealimentación

Turbocompresor (Turbo)

Sistema de sobrealimentación que utiliza una turbina impulsada por los gases de escape para comprimir el aire de admisión.

Intercooler

Radiador que enfría el aire comprimido por el turbocompresor. Esto aumenta la densidad del aire (más O₂) mejorando significativamente la eficiencia de la combustión.

Funcionamiento de la Bomba de Calor

Bomba de Calor: Máquina térmica que transfiere energía calorífica desde un foco frío a uno más caliente, requiriendo un aporte de trabajo externo.

El proceso se basa en un ciclo termodinámico:

1. El fluido refrigerante absorbe calor del exterior (fuente fría) en el evaporador.
2. El refrigerante se comprime.
3. Cede ese calor al interior (fuente caliente) en el condensador, calentando los espacios interiores.