Tema 2. Conceptos termodinámicos, calor y frío

Desde el comienzo de la historia de la humanidad, el hombre ha utilizado combustibles como fuente de energía. Los hombres prehistóricos descubrieron la posiblidad de quemar madera para obtener calor. Mucho más tarde se comenzó a utilizar el carbón y más tarde los derivados del petróleo.

Las primeras máquinas dotadas de motor, como la máquina de vapor de James Watt desarrollada en el siglo XVIII, consumían agua y madera para liberar calor y con él generar movimiento. Posteriormente estas máquinas comenzaron a quemar carbón. En la actualidad prácticamente estamos asistiendo a la desaparición de las últimas locomotoras diesel, sustituidas por en la mayor parte de los casos por locomotoras eléctricas e incluso llegando a las más modernas y futuristas que se desplazan sobre campos magnéticos.

Todos estos motores térmicos utilizan la energía química almacenada en los combustibles y la transforman en energía mecánica. Esta energía mecánica puede tener las más variadas apliaciones, llegando incluso a poder utilizarse para generar (o más bien transformarse) energía eléctrica.

Según donde y como se realice la combustión, estas máquinas se clasifican en:

 

Imagen 1. educastur. Creative Commons

Máquinas de combustión externa

El calor desprendido al quemar el combustible se transmite a un fluido intermedio. La energía térmica almacenada en ese fluido intermedio caliente se utiliza para generar movimiento en una turbina o máquina alternativa. Se produce pues un primer proceso de conversión de energía química en energía térmica y a continuación esta energía térmica genera energía cinética. Son sistemas de este tipo las máquinas de vapor, las turbinas de vapor y las turbinas de gas de ciclo cerrado. Ejemplos de este tipo de máquinas se encuentran en los grandes barcos de vapor o las primeras locomotoras de ferrocarril.

Este tipo de sistemas tiene un gran inconeviente. El fluido de trabajo no puede alcanzar temperaturas muy altas, puesto que se su calentamiento se lleva a cabo por medio de cambiadores de calor.

Normalmente utilizan carbón como combustible.



Máquinas de combustión interna

Imagen 2. isftic. Creative Commons

En este tipo de sistemas la combustión se produce en el interior del motor y son los propios gases resultantes de ésta los que transmiten el movimiento a los mecanismos del motor al expandirse. Son máquinas de este tipo son las turbinas de gas, las turbohélices, el motor de un automóvil.

En estos casos se utilizan combustibles líquidos o gaseosos.

En el tema número tres de este bloque estudiaremos de forma detenida los principales tipos de máquinas térmicas que se utilizan en la actualidad. Sin embargo y antes de ello se hace necesario realizar un estudio de los fundamentos físicos en los cuales está basado el funcionamiento de estos sistemas y que se engloban dentro de una rama de la física más general a la que se conoce como Termodinámica.