La máquina térmica, se define como un conjunto de elementos que permiten el intercambio de energía de manera mecánica a través de un eje. Con esta máquina se puede realizar la variación de fluidos.
La máquina térmica se puede diferenciar según el tipo de transferencia de energía:
- Maquinas térmicas motoras: Al atravesar la máquina, la energía del fluido puede hacer una disminución y de esta manera obtiene energía mecánica.
- Maquina térmica generadora: Es todo lo contrario a la anterior, porque la energía va en aumento una vez que atraviesa la máquina y se obtiene energía mecánica en el eje.
También se puede diferenciar según el principio de funcionamiento:
- Máquina de desplazamiento positivo: Su funcionamiento es mecánico y el fluido suele mantenerse en un volumen limitado. A su vez, está clasificado en dos tipos:
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- El de movimiento rectilíneo que es el alternativo.
- El de movimiento circular que es el rotativo.
- Turbomáquinas: Intercambia movimiento entre el fluido y rodete y su flujo siempre es continuo.
Origen de la máquina térmica
Para el siglo XVII, se conocía que la presión atmosférica se podía usar como una fuente de potencia y este intento lo quisieron desarrollar Denis Papin de Francia y Thomas Savery de Inglaterra, pero los avances que pudieron lograr fueron muy limitados.
Posteriormente comenzando el siglo XVII, el ingeniero Thomas Newcomen fabrico las primeras máquinas que aparte de ser fiables eran muy eficaces.
Rápidamente estas máquinas se fueron extendiendo por Europa Continental, el Reino Unido y América.
El uso de esta máquina fue una revolución tanto para la industria minera como para el desarrollo de la física.
¿Cómo funcionaba la primera máquina térmica?
La primera máquina térmica consistía en un cilindro vertical, con un orificio en la parte superior. Un pistón sujetado a una cadena estaba unido a un travesaño horizontal con un pivote central. El movimiento se podía generar, cuando el vapor transitaba desde una caldera hasta el cilindro, posteriormente esta se enfriaba y aportaba agua fría.
La presión atmosférica generaba el empuje del pistón hacia abajo.
Posteriormente, se repetía todo el ciclo, creando así un movimiento de manera continua de subida y bajada.
Fue utilizada principalmente para extraer agua de las minas.
Mejoras en la economía por la máquina térmica
La máquina térmica fue mejorada en su diseño por James Watt quien incluyo un condensador separado para así no tener que inyectar agua fría en el cilindro y en vez de la presión atmosférica utilizo el vapor para poder empujar el cilindro hacia arriba y hacia abajo.
Con esto último ya se podía sustituir la cadena de Newcome por una palanca.
James y el socio de nombre Matthew patentaron su invento comenzando el siglo XIX.
Posterior a ello, Richard Trevithick y seguidamente George Stephenson en unidad con su hijo Robert innovaron con las locomotoras a vapor y todo esto lleva a mejorar la economía de la máquina térmica
Sadi Carnot concebía la máquina como un dispositivo capaz de producir trabajo por la caída del calor de alto a bajo, parecido a una cascada, si la caída era súper alta, mayor era la producción de trabajo.
Seguidamente, ha mediado de siglo se fue desarrollando mucho más la idea de la máquina, usando diferentes sustancias que suplantaban el vapor y aumentaban la eficacia de la misma. También, se mejoró la maquina térmica en su tamaño y economía.
En el año 1900, se reemplazaron las máquinas de horizontales a verticales y su sistema de combustión se podía alternar dependiendo del trabajo a realizar.
En el siglo XX estas máquinas fueron las productoras de electricidad.
¿Para qué se utilizan las máquinas térmicas?
Uno de los principales usos de la máquina térmica, es de motor de explosión. Muchos vehículos tienen esta tecnología. Varían los niveles de potencia y por eso varias posibilidades según el alcance la de persona.
Tenemos dos grupos de motores de combustión interna, los motores de encendido por chispas y los motores de encendido por compresión, la diferencia de ambos es la alimentación.
- Encendido por chispa: Antes de ingresar al cilindro por el sistema de inyección, el combustible se mezcla con aire, e inmediatamente el encendido se genera por la chispa de una bujía un poco antes de que el pistón llegue al punto más alto.(PMS = punto muerto superior).
- Encendido por compresión: En este proceso solo puede entrar el aire. Este aire se comprime, fuerte y eleva tanto su temperatura que sin necesidad de ser generado por una chispa el combustible se inflama. Por tal motivo, su conversión debe ser fuerte y además robusta.
En estos dos tipos de motores se realiza una modificación de gran importancia, que se destaca por la sobrealimentación, la cual es capaz de introducir en los cilindros, mucho más aire que combustible del que se introduce normalmente y esto tiene como resultado, el aumento considerablemente de la potencia. Sin embargo, ya explicado esto, debemos tener en cuenta que para una misma potencia nos puede servir un motor pequeño.
Por otro lado, en las plantas de generación de energía, están las turbinas a vapor, a través de ello se genera la energía eléctrica.
También, este tipo de motor de reacción se utilizaron en el área aérea. Hoy en día solo para avionetas o pequeños aviones.
Existen también las maquinas compresoras que transforma la energía de mecánica a térmica mediante la compresión
Beneficios de las máquinas térmicas
Las maquinas térmicas, son las mejores alternativas por ejemplo en la automoción, porque los motores eléctricos aún deben tener muchas mejoras para un total y buen funcionamiento.
El utilizar las maquinas térmicas nos proporcionan un buen complemento. Como se mencionó anteriormente, en la aviación ya no es la tecnología principal, pero si se utiliza aún para las aeronaves pequeñas.
Por otro lado, en lo que tiene que ver con las industrias electrointensivas, también son utilizadas estas máquinas para conseguir el calentamiento adecuado para poder operar a diario.
En la industria tenemos gran variedad de máquinas y lo ideal es elegir la mejor. Esto lo puedes lograr contactando a fabricantes y también empresarios y así llegar a buenos acuerdos.