Máquina térmica

    Se conocen como máquinas térmicas ciertos dispositivos especializados en la transformación de energía calorífica en mecánica. Algunos ejemplos típicos son la máquina de vapor, el motor de explosión, el motor diésel y las máquinas frigoríficas.

    La máquina de vapor es un motor de combustión externa que está constituida por una caldera, dotada de un elemento calefactor, y un pistón, acoplado a un mecanismo biela-manivela, que acciona un determinado elemento (rueda, bomba, telar, etc.). Funciona del modo siguiente:

    1. Se quema un combustible (madera, carbón, etc.) y el calor producido en la combustión se comunica a la masa de agua líquida presente en la caldera, con lo que se obtiene agua vapor.

    2. El vapor de agua así logrado se inyecta en el cilindro, con lo que el pistón se desplaza en un movimiento de traslación. Mediante el mecanismo biela-manivela, dicho movimiento se convierte en otro de rotación. Finalizado el movimiento de traslación, cuyo recorrido es la longitud del cilindro, el pistón regresa a su posición inicial y queda en condiciones de repetir el ciclo.

    Este proceso está regulado por un conjunto de válvulas de admisión y expulsión. La máquina de vapor descrita fue el fundamento de máquinas de tracción ferroviaria, barcos, telares y otros artilugios de la Revolución Industrial. En la actualidad, aunque renovada con la sustitución del cilindro por una turbina, está en desuso.

    El motor de explosión, también llamado de cuatro tiempos es un motor de combustión interna. Ello significa que convierte en energía mecánica el calor que se origina al arder un combustible en una cámara que se encuentra situada dentro del propio motor.

    El de explosión es la clase de motor que llevan los automóviles de gasolina, aunque algunos de ellos se mueven por bioalcohol. En esencia, se compone de un elemento pulverizador del combustible y un cilindro, dotado de un elemento de ignición, denominado bujía, y un mecanismo biela-manivela acoplado a dicho pistón. Además, el cilindro está provisto de unas válvulas de admisión, que permiten el ingreso del combustible, y otras de expulsión, que hacen posible evacuar los gases de escape que se originan.

    El funcionamiento del motor de explosión o cuatro tiempos se verifica en cuatro fases (de ahí su nombre):

    1. Admisión. En el dispositivo correspondiente se forma una mezcla altamente inflamable y explosiva de gasolina pulverizada y aire. El pistón se desplaza, la válvula de admisión del cilindro se abre y la mezcla penetra en él.

    2. Compresión. La válvula de admisión se cierra y el cilindro, al desplazarse en sentido contrario al que lo hizo en la fase anterior, comprime la mezcla gaseosa.

    3. Explosión. La bujía emite una chispa que inflama la masa gaseosa comprimida. Los gases de su combustión ocupan un alto volumen, por lo que desplazan violentamente al pistón.

    4. Expulsión. Los gases originados, tras abrirse las válvulas de expulsión, son eyectados al exterior. La válvula de expulsión se cierra, el pistón regresa a su posición inicial y el ciclo está en condiciones de repetirse.

    Todo ello supone un movimiento de traslación del pistón que, por medio del mecanismo biela-manivela se convierte en otro de rotación que es comunicado a las ruedas del coche.

    En el motor diésel, durante la admisión, penetra en el cilindro una masa de aire que se comprime adiabáticamente hasta que alcanza una temperatura capaz de inflamar el combustible (gasóleo), con lo que éste arde sin necesidad de chispa. Tras la combustión se produce una expansión y un escape. Al igual que en el caso anterior, el pistón del cilindro posee un mecanismo de biela-manivela. En estos motores, la combustión no es tan rápida como en los de cuatro tiempos, aunque hoy en día están tan perfeccionados que sus prestaciones son altísimas.

    Las máquinas frigoríficas, por su parte, son motores térmicos que funcionan de modo inverso a los anteriores. En éstos ingresaba calor, interna o externamente, a una elevada temperatura y, tras el ciclo correspondiente, se emitía al exterior calor a menor temperatura. La diferencia se había invertido en generar energía mecánica. En las máquinas frigoríficas se toma calor a baja temperatura de un recinto y, tras someterlo a la acción de un compresor que le añade trabajo mecánico, se expulsa al exterior con un calor más elevado, suma del captado y del producido por dicho compresor. Esta transferencia de calor del interior del recinto al exterior del mismo se verifica por medio de unos fluidos.