Conceptos Clave de Termodinámica y Componentes de Motores Térmicos

Conceptos Fundamentales de Termodinámica

La termodinámica es la rama de la física que estudia las transformaciones del calor en energía mecánica y viceversa.

Conceptos Clave

• Energía interna: Suma de las energías cinéticas y de interacción de los constituyentes microscópicos de un sistema.
• Temperatura: Magnitud proporcional al valor medio de la energía cinética de los constituyentes de la materia a escala microscópica. Indica el nivel energético de un cuerpo.
• Calor específico: Cantidad de calor necesaria para que una masa de 1 grama de un material aumente su temperatura en 1 grado Kelvin.

Principios de la Termodinámica

Primer Principio

El primer principio de la termodinámica establece que en toda transformación que experimenta un sistema cerrado, la diferencia entre el calor intercambiado con el medio exterior y el trabajo realizado por el sistema es un valor constante.

Segundo Principio

El segundo principio de la termodinámica postula que es imposible construir máquinas que aprovechen todo el calor de un cuerpo. Se puede enunciar de varias formas:

• Clausius: Es imposible transportar el calor de un cuerpo frío a un cuerpo caliente, a menos que al mismo tiempo se consuma trabajo.
• Carnot: Es imposible transformar en trabajo la totalidad del calor entregado al fluido, mediante cualquier máquina térmica.

Ciclo Termodinámico

Un ciclo termodinámico es un conjunto de transformaciones termodinámicas que describe un fluido en el interior de una máquina térmica, de forma que comienza y termina en un mismo punto.

Motores Térmicos y sus Componentes

Un motor térmico es una máquina cíclica que transforma el calor en trabajo útil.

Componentes Principales del Motor

• Bloque motor: Pieza principal donde se alojan los cilindros y permite la circulación del líquido refrigerante y del aceite.
• Cárter: Cavidad inferior donde se almacena el aceite lubricante y donde está el cigüeñal.
• Culata: Dispone de los orificios necesarios para alojar las válvulas y la bujía o los inyectores.
• Válvulas: Permiten la apertura y cierre del cilindro para que entre el fluido termodinámico (válvulas de admisión) y para que pueda salir (válvulas de escape).
• Levas: Discos con salientes que giran con el cigüeñal y actúan sobre las válvulas para que abran y cierren en el momento justo. Están montadas en el árbol de levas.
• Bujía: Elemento que emite la chispa para que se produzca la explosión (en motores de gasolina).
• Inyector: Dispositivo que permite introducir en el cilindro el gasoil en los motores diésel.
• Cilindro: Hueco del motor donde se produce la combustión del líquido termodinámico. El volumen mínimo del cilindro es la cámara de combustión.
• Pistón: Parte móvil que recibe la fuerza generada en la combustión y la transmite al cigüeñal. (V1 cuando el volumen del cilindro es máximo, V2 cuando el volumen es mínimo, se llama cámara de combustión).
• Segmentos: Anillos que se ajustan a las paredes del cilindro, facilitando el desplazamiento del pistón, disminuyendo el rozamiento y asegurando la estanqueidad.
• Bulón: Eje que une el pistón y la biela.
• Biela: Une el pistón con el codo del cigüeñal, transformando el movimiento alternativo del pistón en giratorio para el cigüeñal.
• Cigüeñal: Recibe, mediante el pistón y la biela, la fuerza de la combustión y la convierte en par motor a unas revoluciones determinadas.
• Volante de inercia: Disco macizo que almacena la energía recibida en cada impulso y la devuelve una vez finalizado el impulso.

Mejoras en el Rendimiento del Motor

• Sobrealimentación: Consiste en comprimir el aire antes de introducirlo en el cilindro, consiguiendo así una mayor cantidad de aire en el mismo volumen.
• Intercooler: Dispositivo que permite enfriar el aire que se calienta a medida que se va comprimiendo durante la sobrealimentación.