Un motor térmico utiliza la energía almacenada en un combustible y la transforma en movimiento.

Transcripción

1 Las máquinas térmicas -Todos los combustibles, tanto los renovables como los no renovables, proporcionan energía térmica, y esta es susceptible de transformarse en energía mecánica (movimiento) a través de los llamados motores o máquinas térmicas. Obtener movimiento a partir del calor térmica Máquina Las primeras fuentes de energía utilizadas por las personas fueron los combustibles: madera, carbón, etc. También las primeras máquinas con motor consumían combustibles, como la máquina de vapor desarrollada en el siglo XVIII, que quemaba carbón para mover los pistones. Estos motores son los motores térmicos. Un motor térmico utiliza la energía almacenada en un combustible y la transforma en movimiento. Cuando el combustible se quema, la combustión produce gases (vapor de agua u otros). Si el vapor de agua penetra en una cámara cerrada se expandirá ocupando todo el volumen disponible, aumentando la presión. Este aumento de presión hará que un pistón se mueva en el interior de un cilindro. El movimiento del pistón se transmite luego a otras partes móviles de la máquina. 1

2 Usando un generador, este movimiento también puede convertirse en electricidad. Los motores térmicos, según la forma de realizar la combustión, pueden ser de dos tipos: De combustión externa: el combustible se quema fuera del motor, como en el caso de una máquina de vapor. Por ejemplo, las primeras locomotoras o los barcos de vapor. De combustión interna: el combustible se quema dentro de la máquina, como en el motor de un coche. La máquina de vapor Máquina de Newcomen La máquina de vapor fue la primera máquina capaz de transformar la energía acumulada en un combustible en movimiento de una manera eficiente a escala industrial. La potencia generada por las máquinas de vapor del siglo XVIII era muy superior, por ejemplo, a la que era capaz de desarrollar un molino de viento. La necesidad que dio origen a la aparición de la máquina de vapor fue la extracción del agua que inundaba muchas minas de carbón en Inglaterra en el siglo XVII. Para extraer el agua se usaban bombas de extracción impulsadas a menudo por caballos, pero este sistema era poco eficiente. Las primeras máquinas de vapor fueron diseñadas por los ingenieros Newcomen y Savery. Luego, otras personas perfeccionaron estas máquinas. Concretamente fue James Watt ( ) quien consiguió diseñar una máquina bastante eficiente 2

3 que revolucionó la actividad industrial. La aparición de su máquina de vapor en 1769 marcó una clara frontera en la historia de las máquinas. Este invento fomentó la aparición de máquinas especializadas en la minería, en la industria textil o en los transportes, basadas en combustibles como el carbón, de manera que ya no era necesario que una persona o un animal moviese el mecanismo. Este hecho transformó por completo la sociedad, pues el tiempo necesario para realizar muchas tareas repetitivas se rebajó apreciablemente. Se produjeron cambios radicales en el modo de vida de las personas: desplazamiento desde las zonas rurales hasta las ciudades, aparición de nuevas profesiones, etc. El motor de explosión Cilindrada: es el volumen total de mezcla de combustible que cabe en los cilindros. Un coche pequeño tiene una cilindrada de entre y cm3. Uno fa... El motor de un coche es una máquina compleja, formada por numerosos mecanismos. El principio de su funcionamiento es la energía que se libera en una explosión controlada del combustible. Esta energía se aprovecha para producir el movimiento de los pistones dentro de los cilindros del motor. Pero, cómo se consigue que el movimiento de vaivén de un pistón se transforme en un movimiento de giro que pueda transmitirse a las ruedas? En este proceso interviene un sistema de operadores muy importante: el sistema biela-manivela. El motor de un coche tiene, como mínimo, cuatro cilindros, cada uno con un sistema biela-manivela asociado. En el interior de cada cilindro hay un émbolo o pistón que se mueve con un movimiento rectilíneo alternativo, es decir, de vaivén. Unida al pistón hay una biela que se articula a la pieza llamada cigüeñal, que es un operador derivado de la manivela. En realidad se trata de una manivela múltiple, que se mueve accionada por todas las bielas que se articulan en ella. El giro del cigüeñal es el que se transmite a las ruedas del coche. El funcionamiento de un motor de explosión 3

4 explosión Motor de Los motores de los coches se suelen llamar motores de cuatro tiempos, porque el movimiento de los pistones se produce en cuatro fases en las que el combustible entra (admisión), se comprime (compresión), se quema (combustión) y se liberan los gases (escape). En el proceso intervienen también otros dos operadores del motor: las bujías y las válvulas. Este ciclo se repite continuamente, en todos los cilindros del motor. Ahora bien, la explosión explica por qué el pistón se desplaza y mueve el cigüeñal, pero no cómo retorna a la parte alta para comprimir el combustible o expulsar los gases. Este movimiento continuo se consigue porque en el motor hay más de un pistón. Los cuatro pistones de un motor de cuatro cilindros están acoplados al cigüeñal mediante bielas. Las posiciones de las bielas en el cigüeñal no son exactamente las mismas y el movimiento de los cuatro pistones no se produce a la vez, sino en una secuencia determinada. Así, cuando un pistón está arriba, otro está abajo; mientras en un cilindro se produce la explosión, en otro tiene lugar la admisión... Este movimiento conjunto hace que el cigüeñal gire de manera continua, y lo hará tanto más deprisa cuanto más pisemos el acelerador; es decir, cuanto más combustible entre en los cilindros. 4

5 Las levas, otros operadores del motor levas del motor de un coche Árbol de La apertura y cierre de una válvula de un cilindro se consigue mediante un operador muy sencillo, la leva. Una leva es una rueda de forma irregular, que tiene uno o varios salientes redondeados. La leva gira gracias a un eje y se encuentra en contacto con la pieza que tiene que mover. Observa cómo se produce este movimiento y qué efecto tiene sobre una válvula de un motor. Como en un motor hay muchas válvulas, hay que conseguir que todas ellas se muevan coordinadamente. Esto se logra uniendo todas las levas necesarias en un eje, el llamado árbol de levas. En el árbol, las levas están situadas con diferente inclinación. Esto hace que, cuando el árbol gira, las diferentes levas abran o permitan el cierre de válvulas diferentes, con una secuencia determinada. Naturalmente, el árbol de levas tiene que estar coordinado con el cigüeñal, y también con el mecanismo que controla el orden de encendido de las bujías. Como vemos, el motor de un coche es una máquina muy compleja en la que intervienen muchos operadores que tienen que funcionar coordinadamente. 5

6 Transmisión del movimiento desde el motor a las ruedas motor de explosión Corte de un En un vehículo con cambio automático no es necesario mover una palanca para cambiar de marcha. Cuando el motor alcanza un número determinado de revoluciones... En los automóviles es necesario disponer de un conjunto de mecanismos que transmitan el movimiento proporcionado por el motor hasta las partes móviles (ruedas, ejes, etc.). Los automóviles incorporan un sistema de embrague y una caja de cambios para transmitir el movimiento proporcionado por el motor. El sistema de embrague está formado por los siguientes elementos: La palanca de cambio, que permite seleccionar la marcha o velocidad del automóvil. La selección de diferentes marchas hace posible que el vehículo alcance velocidades elevadas sin que el motor gire a más revoluciones de las debidas. Para controlar el cambio de velocidades, los coches disponen de un pedal, el pedal del embrague, que, cuando se pisa, desconecta el motor de la caja de cambios. 1. Mientras el embrague está pisado, el motor no proporciona fuerza; si se pisa el acelerador, no se notará un aumento de la velocidad. 2. Cuando el embrague se suelta, el motor vuelve a impulsar al automóvil. Además, para conseguir que el automóvil permanezca quieto con el motor en marcha (algo muy común en muchas ciudades con graves problemas de tráfico), el motor debe estar desconectado de la caja de cambios (punto muerto). Una serie de engranajes, que transmiten el movimiento desde el motor hasta las ruedas. Las cajas de cambios modernas tienen diferentes sistemas de engranajes (normalmente seis: cinco 6

7 para las diferentes velocidades y uno para la marcha atrás). 7