Motores térmicos
Definición
Un motor térmico es una máquina térmica que transforma el calor proporcionado por la quema de un combustible en trabajo mecánico, en movimiento. El calor aprovechado en el motor procede de la energía química liberada en la combustión.
Debido al auge de los vehículos, al desarrollo industrial del siglo XX y al gran número de aplicaciones diferentes para las que pueden ser usados, hay una gran diversidad de motores térmicos. Todos estos tipos de motores se pueden incluir en dos grandes grupos:
Motores de combustión externa.
Motores de combustión interna.
En los motores de combustión interna el combustible se quema dentro del motor y en los de combustión externa fuera del mismo.
Tanto los motores de combustión interna como de combustión externa pueden tener movimiento alternativo, como los que utilizan pistones, o rotativo, como los que utilizan hélices con múltiples paletas. Los motores rotativos Wankel tienen un diseño especial y complicado.
En los motores alternativos el pistón se mueve linealmente en el interior de un cilindro y transforma su movimiento lineal en rotativo mediante un mecanismo biela-manivela. Son los más utilizados en automoción.
Los motores rotativos tienen órganos principales con movimiento rotatorio y sin cambio en el sentido del mismo.
La máquina de vapor
Thomas Savery había inventado y patentado en 1698 una bomba de vapor para el drenaje de las minas; sin embargo, esta bomba planteaba numerosos problemas ya que trabajaba con altas presiones, lo que con cierta frecuencia provocaba serios accidentes. Ante los problemas y dificultades que planteaba este sistema de drenaje, Thomas Newcomen, que había trabajado para Savery pensó que podía utilizarse la fuerza del vapor para mover a distancia una bomba impelente colocada en el interior del pozo de drenaje de la mina. La máquina de Newcomen consistía en un balancín, uno de cuyos extremos se unía a una barra rígida contrapesada que descendía por el pozo de drenaje hasta la bomba mecánica colocada en su interior.
La máquina de vapor de Watt, también conocida como la máquina de vapor de Boulton y Watt, fue la primera máquina de vapor práctica, convirtiéndose en una de las fuerzas impulsoras de la Revolución Industrial.
El siguiente gran desarrollo de la máquina de vapor lo supuso la máquina de vapor Corliss, un tipo de máquina de vapor equipada con válvulas rotativas y de sincronización variable, patentada en 1849. Fue inventada por el ingeniero estadounidense George Henry Corliss.
Los motores equipados con sistemas de válvulas Corliss ofrecían una mejor eficiencia térmica que cualquier otro tipo de máquina de vapor estacionaria, hasta que aparecieron las turbinas de vapor, ya en el siglo XX. Los motores Corliss eran generalmente un 30 por ciento más eficientes en combustible que las máquinas de vapor convencionales.
El motor de gas
Jean Joseph Etienne Lenoir fue un ingeniero belga, naturalizado francés, inventor del primer motor de combustión interna. Creó el primer motor de combustión interna de dos tiempos en 1860 y el de cuatro tiempos en 1863.
El motor Otto
El motor Otto fue el primer motor de explosión de cuatro tiempos. Ideado en 1876 por el ingeniero alemán Nicolaus Otto. El diseño original consistía en un dispositivo monocilíndrico dotado de un gran volante de inercia, montado sobre una base fija, y capaz de funcionar tanto con gas como, más adelante, con gasolina.
El motor Diésel
El motor diesel (también conocido como motor de encendido por compresión), fue desarrollado por Rudolf Diesel. Es un motor de combustión interna en el que el encendido del combustible es causado por la temperatura elevada del aire en el cilindro debido a la compresión mecánica. Esto contrasta con los motores de encendido por chispa, como un motor de gasolina, que usan una bujía para encender una mezcla de aire y combustible.
La turbina de vapor
Una turbina de vapor es una turbomáquina motora, que transforma la energía de un flujo de vapor en energía mecánica.
En una turbina se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estátor. El rotor está formado por ruedas de álabes unidas al eje y que constituyen la parte móvil de la turbina. El estátor también está formado por álabes, no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina.
La turbina de vapor moderna fue inventada en 1884 por Charles Parsons, cuyo primer modelo fue conectado a una dinamo que generaba 7.5 kW de potencia. La invención de la turbina de vapor de Parsons hizo posible una electricidad barata y abundante y revolucionó el transporte marítimo y la guerra naval.
La turbina de gas
Una turbina de gas es una máquina térmica rotativa perteneciente al grupo de motores de combustión interna. Utiliza combustibles líquidos o gaseosos y se utiliza en centrales eléctricas de ciclo combinado y en aviación.
Cuestionario
1.- ¿Qué es un motor térmico?
2.- Haz un cuadro en el que se muestren todos los tipos de motores térmicos.
3.- ¿Qué tipo de máquina se describía en el libro "The Miner's Friend" editado en Londres en 1702?
4.- Haz un dibujo de la máquina referida en la pregunta anterior.
5.- Describe el funcionamiento de la máquina de vapor de balancín de Thomas Newcomen.
6.- ¿Cuales eran las ventajas de la máquina de vapor de James Watt respecto de la diseñada por Thomas Newcomen?
7.- ¿Qué elementos mecánicos incorporó James Watt a su máquina de vapor?
8.- En donde se reunía la asociación de caballeros ingleses, escritores, artistas y científicos, ubicada en la ciudad de Birmingham, dedicados a promover temas científicos y artísticos y a la que perteneció James Watt.
9.- ¿Cual es el estilo arquitectónico del edificio en donde se reunía James Watt con el resto de miembros de la asociación de caballeros ingleses, y que en la actualidad se ha convertido en un museo que evoca la vida en aquella época?
10.- ¿En qué tipo de industrias se utilizaban las máquinas de vapor de Watt?
11.- ¿Cuando se empezaron a fabricar las maquinas de vapor Corliss? ¿Qué diferencias había entre una máquina de vapor normal y una máquina Corliss?
12.- ¿Qué motor Corliss se conoció como "Motor del Centenario"?
13.- ¿Como se obtenía el gas de carbón utilizado en los motores de gas de Lenoir?
14.- Describe como funcionaba el motor Otto.
15.- Haz el dibujo del ciclo Otto.
16.- Describe como funciona un motor Diésel.
17.- Haz un resumen de la biografía de Rudolf Diésel.
18.- Haz un dibujo de un motor diésel actual.
19.- ¿Qué circunstancias rodearon la muerte de Rudolf Diésel?
20.- En qué porcentaje aumentó el uso del motor Diésel en los barcos entre 1914 y 1937?
21.- ¿Como se denominan los cuatro tiempos de un motor de explosión?
22.- Haz un dibujo que muestre en los cuatro tiempos del motor, la posición del pistón y de las válvulas de admisión y escape.
23.- Describe cada uno de los tiempos de un motor de explosión.
24.- Haz una breve descripción de los siguientes elementos de un motor de gasolina: sistema de encendido, carburador, sistema de engrase, sistema de refrigeración, inyección de gasolina.
25.- ¿En qué se diferencia un motor de gasolina y uno diésel?
26.- ¿Qué tipo de gases contaminantes emiten los motores de explosión?
27.- ¿Que diferencias hay entre un motor de dos tiempos y uno de cuatro tiempos?
28.- Dibuja un motor de dos tiempos.
29.- En que se aplica el motor de dos tiempos.
30.- ¿Existen motores diésel de dos tiempos?