Motores Térmicos: Principios del Ciclo de Carnot y Clasificación Esencial
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Introducción a los Motores Térmicos y el Ciclo de Carnot
El ingeniero francés Nicolas Léonard Sadi Carnot fue el primero que abordó el problema del rendimiento de un motor térmico, prescindiendo de los detalles de funcionamiento y enfocando el problema hacia los tres hechos siguientes:
- El motor recibe energía en forma de calor a temperatura elevada.
- El calor realiza trabajo mecánico.
- El motor cede calor a temperatura inferior.
Según esta expresión, el motor térmico tendrá mejor rendimiento cuando el tubo que representa el trabajo obtenido (Q - Q) sea lo más ancho posible y el tubo que representa el calor que se sale por el escape Q sea lo más estrecho posible.
El Ciclo de Carnot: Un Modelo Ideal
El Ciclo de Carnot, propuesto en 1824, supone que la sustancia que realiza el ciclo reversible dentro de un posible cilindro de un motor es un gas ideal y que el motor funciona entre dos focos de calor. El ciclo se realiza en 4 tiempos:
- Expansión isotérmica: De M a M a la temperatura T = T = T.
- Expansión adiabática: Hasta alcanzar la siguiente isoterma T = T = T.
- Compresión isotérmica: El gas se comprime isotérmicamente a la temperatura T del foco frío, cediendo a este una cantidad de calor Q.
- Compresión adiabática: El gas se comprime adiabáticamente, y su temperatura pasa de T = T al valor inicial T = T, finalizando el ciclo.
Clasificación de Motores Térmicos
Un motor térmico es una máquina que tiene como misión transformar energía térmica en energía mecánica que sea directamente utilizable para producir trabajo. Las fuentes de energía térmica son muy diversas, como la energía nuclear o la energía solar, pero la energía calorífica procedente de la combustión de determinadas sustancias llamadas combustibles es la más importante de ellas.
Tipos de Motores según la Combustión
Los motores se clasifican en:
Motores de Combustión Externa
Son aquellos en los que 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. Ejemplos: Máquina de vapor y turbinas de vapor.
Motores de Combustión Interna
En estos motores, la combustión se produce en una cámara interna al propio motor y son los gases generados los que causan directamente el movimiento de los mecanismos del motor.
Tipos de Motores según el Movimiento
El segundo tipo de clasificación es:
Motores Alternativos
En los cuales el fluido de trabajo actúa sobre pistones dotados de movimiento alternativo de subida y bajada.
Motores Rotativos
En los que el fluido actúa sobre pistones rotantes o sobre turbinas.
Motores de Chorro
En los que el fluido es el encargado de producir el empuje por el principio de acción y reacción.