Termodinámica y Motores: Procesos, Componentes y Conceptos Clave de Combustión Interna

Procesos Termodinámicos y Fórmulas Fundamentales

Proceso Isobárico

En un proceso isobárico (presión constante), el trabajo (W) se calcula como: W = p(V₂ - V₁). La relación entre temperatura y volumen es: T₂/T₁ = V₂/V₁.

Proceso Isotérmico

En un proceso isotérmico (temperatura constante), el trabajo (W) se calcula como: W = nRT·ln(V₂/V₁) o W = nRT·ln(P₂/P₁). La relación entre presión y volumen es: P₁V₁ = P₂V₂.

Proceso Isócoro

En un proceso isócoro (volumen constante), el trabajo (W) se presenta con la fórmula: W = (P₁V₁ - P₂V₂)/(γ-1). La relación entre temperatura y presión es: T₂/T₁ = P₂/P₁.

Proceso Adiabático

En un proceso adiabático (sin intercambio de calor), se cumplen las siguientes relaciones:

• P·Vγ = cte
• γ = Cp/Cv
• P₁V₁γ = P₂V₂γ
• T₁V₁(γ-1) = T₂V₂(γ-1)

El trabajo (W) se puede calcular como: W = nCp(T₂ - T₁) o W = p(V₂ - V₁).

Componentes Fundamentales de un Motor de Combustión Interna

Culata

Elemento que protege la parte superior del motor.

Bloque

Se encuentra entre la culata y el cárter. Es la parte más pesada del motor. En él se encuentran los cilindros, los orificios de refrigeración y lubricación, así como los soportes de diferentes piezas del motor.

Cárter

Elemento que protege la parte inferior del motor a la vez que sirve como depósito de lubricante.

Cilindro

Es un hueco con forma cilíndrica practicado en el bloque, en el que se realiza la combustión y sobre el que se desplaza el pistón.

Émbolo (Pistón)

Se encuentra en el cilindro y puede desplazarse sobre él, transformando la energía térmica de la combustión en energía mecánica de traslación. Cada desplazamiento del pistón se denomina carrera L.

Cigüeñal

En él están conectadas todas las bielas del motor y transfiere la energía rotativa a la caja de cambios del motor.

Volante de Inercia

Acumula energía en forma de momento de inercia cuando se realiza una combustión, para cederla al motor cuando la precise, dando la sensación de un movimiento continuo. Se encuentra en un extremo del cigüeñal.

Árbol de Levas

Es un elemento perfectamente sincronizado con el cigüeñal que permite la apertura y cierre de las distintas válvulas del motor, controlando sus fluidos.

Embrague

Es el elemento que nos permite desconectar y conectar la transmisión de energía mecánica desde el motor al eje de salida.

Caja de Cambios

Nos permite modificar la relación de transmisión desde el motor a las ruedas en función de las necesidades.

Conceptos Fundamentales de Termodinámica

Sistema

Porción del universo sometida a estudio termodinámico.

Entorno

Porción del universo que no es el sistema.

Energía Interna

Energía total que posee el sistema. En los gases ideales, no hay interacciones entre las partículas que lo componen; por lo tanto, la energía interna depende exclusivamente de la temperatura del sistema. La variación de energía interna (ΔU) se expresa como: ΔU = Q - W.

Temperatura

Medida macroscópica promedio de la energía cinética que poseen las partículas del sistema.

Trabajo (W)

Se define el trabajo que se realiza sobre un cuerpo como el producto escalar de la fuerza que se aplica sobre el cuerpo por el desplazamiento producido. En el caso de las máquinas térmicas, consideraremos el trabajo de expansión. Este trabajo es la energía intercambiada entre el sistema y su entorno por medio de una variación en el volumen del sistema.

Calor (Q)

Flujo de energía entre el sistema y su entorno. Para su transmisión es necesaria una diferencia de temperatura entre ambos. El calor es un flujo de energía desde un cuerpo a temperatura superior a otro cuerpo que está a una temperatura inferior.