Clasificación de las Máquinas Térmicas

Las máquinas térmicas son dispositivos que transforman periódicamente calor en trabajo (energía mecánica). El calor necesario para su funcionamiento procede de diversas fuentes, como la combustión, la energía nuclear o la solar, y es absorbido por un fluido motor que, describiendo un ciclo termodinámico, pone en movimiento unas piezas mecánicas.

Según la ubicación de la combustión, las máquinas térmicas se clasifican en:

  • Combustión externa: La combustión tiene lugar fuera del motor (por ejemplo, máquina de vapor, motor Stirling).
  • Combustión interna: La combustión se realiza en el interior de la máquina (por ejemplo, motor de explosión, motor Diesel).

En cada caso, el movimiento producido por la máquina puede ser alternativo o rotativo. El fluido de trabajo puede ser vapor de agua (condensable), aire o una mezcla de gases resultantes de la combustión.

Máquina de Vapor

Es una máquina de combustión externa que aprovecha la fuerza expansiva del vapor de agua para mover un émbolo, produciendo trabajo.

Componentes principales:

  • Hogar: Exterior a la máquina, donde se produce la combustión.
  • Caldera: Recipiente de acero con tubos de agua, donde se genera el vapor de agua.
  • Cilindro motor: Compuesto por una caja de distribución del vapor, una corredera y un émbolo.
  • Órganos transformadores del movimiento: Transforman el movimiento alternativo del cilindro motor en un movimiento circular.

Ciclo de Rankine:

El ciclo de Rankine es una modificación del ciclo de Carnot para el vapor de agua, haciéndolo técnicamente viable. Consta de las siguientes etapas:

  1. A-A’: Elevación de temperatura a presión constante.
  2. A’-B: Cambio de estado a vapor saturado a presión y temperatura constantes.
  3. B-C: Expansión adiabática y condensación parcial.
  4. C-D: Condensación a presión y temperaturas constantes.
  5. D-A: Compresión adiabática hasta alcanzar la presión de la caldera.

Turbina de Vapor

Es una máquina de combustión externa de flujo continuo que ha sustituido a la máquina de vapor. Aprovecha la expansión del vapor de agua que actúa directamente sobre unas paletas (álabes) de una rueda haciéndola girar a altas revoluciones, realizando trabajo.

Funcionamiento:

El vapor pasa por unas toberas donde pierde presión y eleva su velocidad, incidiendo tangencialmente sobre los álabes de un rodete. La turbina está formada por una serie de rodetes escalonados con álabes que absorben la energía del vapor, produciendo un empuje y el giro del rodete. El vapor sale de la turbina hacia el condensador, donde se convierte en líquido y es impulsado de nuevo a la fuente de calor.

Modificaciones del ciclo:

  • Instalación de un intermedio del vapor.
  • Ciclo con precalentamiento del agua de entrada.
  • Combinación de las dos anteriores.