¿Qué es un motor de calor?
Un motor térmico es un dispositivo utilizado para convertir la energía térmica, o el calor, en trabajos mecánicos. Esto se hace cuando el calor, que se origina de una fuente caliente, atraviesa el motor en sí y se encuentra en un fregadero frío. El fregadero frío es la parte de temperatura baja de un ciclo termodinámico, como la unidad de condensación que se encuentra en el ciclo Rankine o vapor. Hay muchos tipos diferentes de motores de calor, cada uno de los cuales tiene su propio ciclo específico. Algunos ejemplos de motores de calor incluirían vapor y motores de combustión interna, junto con motores Stirling y turbinas de gas.
comúnmente, un motor de calor se confundirá con el ciclo termodinámico que tiene lugar dentro del motor. Esto se debe principalmente a que los motores de calor a menudo se clasifican por sus ciclos termodinámicos específicos. El dispositivo en sí mismo que convierte la energía térmica para funcionar se conoce como "motor", mientras que el modelo termodinámico que se aplica al motor es el "ciclo". Debido a esto, las máquinas de vapor no se denominan motores Rankine.
Un motor térmico eficiente intentará imitar su ciclo respectivo lo mejor posible. Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura entre la fuente caliente y el fregadero en frío dentro del ciclo, más eficiente es el motor. Por ejemplo, una máquina de vapor eficiente requiere una fuente de calor de alta temperatura y un fregadero frío a baja temperatura. En el ciclo de Rankine, una caldera utiliza un quemador de alta temperatura para convertir el agua en el vapor. Este vapor atraviesa el motor y luego se condensa nuevamente al agua a través de un condensador de baja temperatura.
Cuanto más frío sea el condensador, más vapor se condensará nuevamente en el agua. Esto se debe a que los condensadores están hechos para revertir efectivamente el proceso de saturación llevado a cabo por la caldera. Hacerlo ayudará a lograr tasas de condensación más altas; Cuanto mayor sea la tasa, más agua se devolverá. Esto ayuda a aumentar la eficiencia general del ciclo de vapore.
Si bien la eficiencia del motor térmico puede estar altamente optimizada a través de una gran diferencia en las temperaturas entre la fuente caliente y el fregadero frío, todavía es limitado. Esto se debe a que la temperatura del fregadero en frío depende de la temperatura que lo rodea, que en algunas situaciones no se puede enfriar en condiciones ideales. Debido a esto, la eficiencia de un motor térmico se limita a los límites de temperatura del fregadero frío. Una solución común a esto es aumentar la temperatura de la fuente caliente; Sin embargo, incluso esto se limita a la falta de resistencia al material bajo altas temperaturas.
La eficiencia del motor térmico varía según el motor y el ciclo específicos. La eficiencia térmica varía del 3%al 70%, con los motores de automóviles que logran una eficiencia térmica en algún lugar de alrededor del 25%. Los motores de calor más eficientes se encuentran en las grandes centrales eléctricas, donde se utilizan tanto el gas como las turbinas de vapor para generar electricidad.