Máquinas térmicas: Rendimiento y motores de combustión

Máquinas térmicas

Una máquina térmica puede realizar dos funciones:

Transformar el calor en trabajo, como los motores térmicos.
Conducir calor de un sistema frío a uno caliente realizando trabajo, como en los frigoríficos.

Para realizar un trabajo, un motor necesita un foco caliente y uno frío. El trabajo es la diferencia entre el calor generado por el caliente y cedido al frío.

Rendimiento de los motores térmicos

El rendimiento es la relación entre la energía útil y la energía aportada. Por lo general, las máquinas térmicas tiene bajos rendimientos.

$\mu _{\text{motor térmico}}=\cfrac{E_{\text{útil}}}{E_{\text{aportada}}}\cdot100=\cfrac{W}{Q_1}\cdot100$

Motores de combustión externa

Primero, se calienta un fluido para que se expanda y posteriormente, se enfría produciendo trabajo.

Ejemplo

Funcionamiento de una máquina de vapor

Física y Química; Energías; 4. ESO; Máquinas térmicas: Rendimiento y motores de combustión

En una máquina de vapor se calienta agua (B) en la caldera (A) hasta que hierve. Este vapor (C) sube y empuja el pistón (D) hacia arriba, al mismo tiempo que el vapor de agua de arriba se condensa en la válvula 3 (E). Cuando el pistón llega arriba, se cierra la válvula 1 y el vapor de la caldera sale por la válvula 2 empujando el pistón hacia abajo y expulsando el vapor por la válvula 4. Esto provoca el movimiento del balancín (F) que lo transmite a la rueda de transmisión (G) para producir un trabajo.

Motores de combustión interna

Son los propios gases los que hacen el trabajo.

Ejemplo

Funcionamiento de un motor de combustión

Física y Química; Energías; 4. ESO; Máquinas térmicas: Rendimiento y motores de combustión

Un motor de combustión interna clásico se divide en cuatro tiempos:

Admisión: La mezcla de combustible y aire (4) entra en el cilindro cuando la válvula de admisión (2) se abre. El pistón (5) baja.
Compresión: El pistón sube. La mezcla se comprime y se calienta porque las válvulas están cerradas.
Explosión: Salta una chispa en la bujía (1) y explota la mezcla. El pistón baja haciendo trabajo.
Escape: El pistón sube y expulsa los gases por la válvula de escape (3).