Qué es un motor térmico ?

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El motor térmico o máquina térmica es uno de los conceptos teórico-práctico más importantes en el estudio de la termodinámica, la rama de la física que estudia los procesos energéticos. Una máquina térmica es un dispositivo que toma calor y por medio de un mecanismo lo trasforma en trabajo. Cualquier modelo de una máquina térmica debe incluir cuatro cosas al menos: una fuente de calor o foco caliente, la máquina en sí, el trabajo producido y el foco frío que recibe el calor remanente del proceso y, por supuesto, debe estar a una temperatura mucho más baja que el foco caliente.

Con un ejemplo clásico nos podemos dar para entender: el foco caliente puede ser la caldera donde el vapor se calienta, la máquina es la máquina de vapor, el foco frío es el ambiente que rodea a la máquina y el trabajo lo podemos ver por el desplazamiento de la máquina en el caso de una locomotora de vapor. El estudio de este modelo llevó a un ingeniero militar francés cuyo nombre es Sadi Carnot a desarrollar lo que se conoce como la “máquina de Carnot” en la que se idealiza el proceso de compresión-expanción de un gas para tomar energía de un foco caliente y transformarla en trabajo.

Carnot descubre que es imposible trasformar todo el calor suministrado por el foco caliente y convertirlo en trabajo, a este principio se le llama “la segunda ley de la termodinámica” y por lo tanto que ninguna máquina térmica (en nuestro caso motor térmico) puede ser más eficiente que la que él ha diseñado. También descubre que entre mayor es la temperatura del foco caliente y menor la del foco frío aumenta la eficiencia de la máquina térmica. Aunque no voy a mostrar los cálculos pertinentes, si voy a usar datos que se pueden calcular con facilidad para algunos ejemplos.

Como el primero de estos ejemplos para graficar lo que hemos hablado sobre el motor térmico veamos una máquina de vapor: la caldera debe estar a unos 100 grados Celcius y el ambiente a unos 25 grados Celcius, la eficiencia de una máquina de Carnot en tales circunstancias es de un 20 por ciento y si nos vamos a nuestros automóviles que según los fabricantes son “muy eficientes” diremos que un motor diésel fácilmente alcanza los 600 grados Celcius y la temperatura ambiental llega con facilidad a los 100 grados de esta manera tendremos una eficiencia del 57 por ciento para una máquina de Carnot.

He de aclarar que no conozco con detalle cual es el criterio de los fabricantes de autos para establecer la eficiencia de sus máquinas pero por lo que he leído sobre el tema se trata de una comparación con respecto a una máquina de Carnot (el clásico motor térmico que mencionamos). También están las turbinas que alcanzan rendimientos muy similares al de una máquina de Carnot y el motor Stirling que casi es una máquina de Carnot (y no es casualidad, Canot estudió el motor Stirling para encontrar el motivo de su eficiencia) con el inconveniente de que no tiene la potencia de los motores de gasolina o diésel ni que decir de las turbinas.

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