Este documento describe los principales tipos de máquinas de vapor y motores de combustión interna. Explica que una máquina de vapor convierte la energía térmica del agua en energía mecánica mediante la generación de vapor en una caldera y su expansión. Luego describe las máquinas de Newcomen y Watt y cómo mejoró Watt la eficiencia. También cubre los motores de combustión interna, distinguendo entre ciclos Otto, Diesel y mixtos. Finalmente, clasifica las turbinas y máquinas de émbolo como tipos de má

1. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIOS DEL PODER PARA LA EDUCACION UNIVERSITARIA
EL TIGRE - EDO. ANZOATEGUI
UNIVERSIDAD POLITECNICA TERRITORIAL JOSE ANTONIO ANZOATEGUI
ALUMNO: ALEJANDRO COVA CI-28603763
SECCION MM02 T2F2
DOCENTE: ING. LENNYS BETANCOURT

2. PLANTAS DE ENERGÍA DE VAPOR
Una máquina de vapor es un motor de combustión externa que transforma la energía
térmica de una cantidad de agua en energía mecánica. Este ciclo de trabajo se realiza en
dos etapas:
Se genera vapor de agua por el calentamiento en una caldera cerrada herméticamente,
lo que produce la expansión del volumen de un cilindro empujando un pistón.
Una vez alcanzado el final de carrera el émbolo retorna a su posición inicial y expulsa el
vapor de agua utilizando la energía cinética de un volante de inercia.
Mediante un mecanismo de biela-manivela, el movimiento lineal alternativo del pistón
del cilindro se transforma en un movimiento de rotación que acciona, por ejemplo, las
ruedas de una locomotora o el rotor de un generador eléctrico.

3. El motor o máquina de vapor se utilizó extensamente
durante la Revolución Industrial, en cuyo desarrollo tuvo
un papel relevante para mover máquinas y aparatos tan
diversos como bombas, locomotoras y motores marinos,
entre otros.
El vapor a presión se controla mediante una serie de
válvulas de entrada y salida que regulan la renovación de
la carga; es decir, los flujos del vapor hacia y desde el
cilindro.
Thomas Newcomen inventó la máquina de vapor en el año 1705. Con la ayuda de algunos colegas
como el físico Robert Hooke y el mecánico John Calley, Newcomen fue el primero en realizar una
máquina de vapor propiamente dicha.
¿QUIÉN LA INVENTÓ?

4. Es la máquina de vapor más simple que te puedes imaginar. El fuego, avivado con un
combustible (carbón), calienta el agua y forma vapor, que pasa a un pistón, que gracias a
este empuje, mayor que la presión atmosférica, es capaz de subir. Sin embargo, no es esta
subida la que acciona el mecanismo, ya que en realidad este esquema sólo puede tirar, no
empujar. Para conseguir el movimiento es necesario meter agua fría en el cilindro para que
se enfríe y la presión atmosférica lo baje y así tire de una cadena.
MÁQUINA DE NEWCOMEN
El rendimiento de la máquina de Newcomen era poco satisfactorio, porque el vapor se
enfriaba en el propio cilindro. De ello se dio cuenta James Watt, quien al modificar una
máquina de Newcomen, hace que el vapor se condense en un recipiente especial, el
condensador, que conecta con un tubo al cilindro al que cierra por sus dos extremos. De
esta forma se podía mantener siempre caliente el cilindro, ahorrándose una importante
cantidad de combustible. Introduciría otros adelantos en su máquina , como un
mecanismo para regular la distribución del vapor, máquina de doble efecto, y una varilla
que une el émbolo con un balancín articulado, la biela, por lo cual el movimiento
rectilíneo se hace circular.
MÁQUINA DE WATT

5. MAQUINAS DE COMBUSTIÓN EXTERNA
¿QUÉ ES UNA CALDERA?
Es una máquina o dispositivo de ingeniería diseñado para generar vapor. Este vapor se genera a
través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado
líquido, se calienta y cambia su fase.
Un motor de combustión externa es una máquina que realiza una conversión de energía calórica en
energía mecánica mediante un proceso de combustión que se realiza fuera de la máquina, generalmente
para calentar agua que, en forma de vapor, será la que realice el trabajo, en oposición a los motores de
combustión interna, en los que la propia combustión, realizada dentro del motor, es la que lleva a cabo el
trabajo. Los motores de combustión externa también pueden utilizar gas como fluido de trabajo (aire, H2
y He los más comunes) como en el ciclo termodinámico Stirling.

6. CLASIFICACIÓN
TURBINAS: Un chorro de vapor de agua a elevada presión y temperatura, se hace incidir de manera
adecuada sobre una hélice con álabes de sección apropiada. Durante el paso del vapor entre los álabes de
la hélice, este se expande y enfría entregando la energía y empujando los álabes
MÁQUINAS DE ÉMBOLO: Es ineficiente porque los vapores que se vierten al exterior están aun calientes y
a suficiente presión como para realizar mas trabajo útil. Se utilizan las máquinas de varias etapas, donde
el vapor de desecho de una etapa se introduce en otra con un émbolo mas grande para aprovechar mas
aun la energía que contiene.
TIPOS DE CALDERA
CALDERAS ACUOTUBULARES: Calderas en las que el fluido de trabajo se desplaza por tubos durante su
calentamiento. Son las más utilizadas en las centrales termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a
su salida y tienen gran capacidad de generación.
CALDERAS PIROTUBULARES: El fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente atravesado por
tubos, por los cuales circulan gases a alta temperatura, producto de un proceso de combustión. El agua se
evapora al contacto con los tubos calientes productos a la circulación de los gases de escape.

7. Un motor de combustión interna o motor de explosión es un tipo de máquina que obtiene energía
mecánica directamente de la energía química de un combustible que arde dentro de la cámara de
combustión. El nombre se debe a que dicha combustión se produce dentro de la propia máquina, a
diferencia de, por ejemplo, la máquina de vapor. Cuando el combustible mezclado con oxígeno en el
motor arde se produce una explosión que mueve el pistón haciendo que avance el vehículo.
MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA
El propósito de los motores de combustión interna (CI) es producir un par
mecánico mediante la transformación de la energía química contenida en el
combustible. A diferencia de los motores de combustión externa, los motores
CI generan un par mecánico como resultado de la explosión u oxidación del
combustible, dentro de los cilindros del motor. A la mezcla aire-combustible
antes de la combustión y de los productos derivados de la combustión, se le
conoce como flujo de trabajo

8. TIPOS DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA
CICLO OTTO
Puede estar presente en motores de dos tiempos y en motores de cuatro tiempos, este principio se basa en que,
para su funcionamiento, aspira una mezcla precisa de aire/combustible. El espacio es un sistema de pistón/cilindro,
y la precisión la marcan válvulas de admisión y escape.
El cilindro debe poseer por lo menos dos válvulas, una de entrada y otra de salida. Las válvulas estarán abiertas o
cerradas dependiendo de la fase en que se encuentre el motor. La apertura y cierre de válvulas está regulado por el
sistema de distribución del vehículo. La bujía es una pieza que se conecta al sistema eléctrico y que puede producir
una chispa que induce la explosión de la mezcla de aire/combustible.
El ciclo Otto es característico de los motores de combustión interna, a gasolina, que encienden por la ignición de un
combustible, provocada por una chispa eléctrica; se trata de un ciclo termodinámico en donde, teóricamente, el
calor se aporta a un volumen constante.
El cilindro del motor de combustión interna se moverá hacia arriba y hacia abajo a través de la biela y transforma el
movimiento rectilíneo alternativo en circular. De esta forma, el cigüeñal termina haciendo un movimiento giratorio.
Para que el movimiento pueda producirse se requiere de una fuerza impulsora, es en este aspecto donde el ciclo
Otto entra en acción.

9. El ciclo de 4 tiempos consta de 4 fases:
Cuarta fase, se abre la válvula de escape y el pistón se mueve hacia el PMS, expulsando los
gases producidos durante la combustión y quedando preparado para empezar un nuevo ciclo
(renovación de la carga).
Primera fase, el pistón se desplaza hasta el PMI (Punto Muerto Inferior) y la válvula de admisión
permanece abierta, permitiendo que se aspire la mezcla de combustible y aire hacia dentro del cilindro
(esto significa que entra de forma gaseosa).
Segunda fase, las válvulas permanecen cerradas y el pistón se mueve hacia el PMS,
comprimiendo la mezcla de aire y combustible. Cuando el pistón llega al final de esta fase,
una chispa en la bujía enciende la mezcla.
Tercera fase, se produce la combustión de la mezcla, liberando energía que provoca la
expansión de los gases y el movimiento del pistón hacia el PMI. Se produce la
transformación de la energía química contenida en el combustible en energía mecánica
trasmitida al pistón, que la trasmite a la biela, y la biela la trasmite al cigüeñal, de donde se
toma para su utilización.
Ciclo Otto de 4 tiempos

10. Utilizado en motores de poca cilindrada y económicos al ser más sencillo y dar una menor eficiencia, pero permitir
una mayor potencia a igualdad de cilindrada que los de cuatro tiempos. Además, se puede colocar en cualquier
posición al no utilizar el cárter para almacenar el aceite, que ya se incluye en la mezcla para lubricar las piezas.
Completa todo el proceso con un único giro del cigüeñal.
Ciclo Otto de dos tiempos
Explosión y escape
Una vez que el pistón ha alcanzado el PMS y la mezcla está comprimida,
se la enciende por una chispa entre los dos electrodos de la bujía,
liberando energía y alcanzando altas presiones y temperaturas en el
cilindro. El pistón se desplaza hacia abajo, realizando trabajo hasta que
se descubre la lumbrera de escape. Al estar a altas presiones, los gases
quemados salen por ese orificio.
Compresión y aspiración. El pistón asciende y comprime la mezcla de aire, combustible y aceite. Esto crea un
vacío en el cárter y, al finalizar su recorrido, el pistón deja libre una lumbrera u orificio de aspiración que
permite que el cárter se llene de nuevo con la mezcla.
El ciclo de 2 tiempos consta de 2 fases:

11. Se diseña un combustible adecuado y para ello se seleccionan fracciones más pesadas que las de
gasolina. Hay que resolver además el problema de la lubricación del dispositivo que inyecta el
combustible y garantizar una buena pulverización para que la combustión sea más homogénea. Una
propiedad importante de los combustibles Diesel es su autoinflamabilidad, lo que se caracteriza por el
número de Cetano. Lógicamente, al tener mayores presiones y temperaturas, los motores Diesel
resultan, en general, más voluminosos que los de gasolina.
Si se evita que el combustible se autoinflame, podemos elevar el grado de compresión y aumentar la
potencia. Una manera de lograr esto es sencillamente no mezclando el combustibe con el aire, sino
inyectarlo en el momento en que se alcanza la máxima compresión. Esto constituye el principio de
funcionamiento de los motores Diesel.
El ciclo Diesel se diferencia del ciclo Otto en que permite obtener relaciones de compresión más
elevadas, generalmente de 14 a 17, por cuanto la inyección del combustible se realiza con posterioridad
a la compresión del aire, que puede alcanzar presiones del orden de 40 kg/cm2
Ciclo Diesel
Al igual como en el ciclo Otto en el ciclo diésel también funcionan dos modelos de explosión según los
tiempos que recorre el pistón

12. Escape. La válvula de escape abre y el gas sale al exterior, empujado por el pistón, siendo
sustituido por la misma cantidad de aire en la siguiente admisión.
Admisión. El pistón baja con la válvula de admisión abierta, aumentando la cantidad de aire en la
cámara. Esto se modela como una expansión a presión constante.
Compresión. El pistón sube comprimiendo el aire. Dada la velocidad del proceso se supone que el
aire no intercambia calor con el ambiente. Un poco antes de que el pistón llegue a su punto más
alto y continuando hasta un poco después de que empiece a bajar, el inyector introduce el
combustible en la cámara.
Expansión. La alta temperatura del gas produciendo que este se expanda empuja al
pistón hacia abajo, realizando trabajo sobre él.
Ciclo diesel de 4 tiempos
2º Tiempo. El piston comienza a ascender, cerrando la galería de admisión y la valvula de
escape, finalizando el barrido de los gases y comenzando la compresión, que termina
cuando el pistón llega al PMS
1er Tiempo. El pistón en el PMS. Comienza la inyección de combustible que se inflama al
entrar en contacto con el aire a elevadas presión y temperatura. La combustión finaliza con
el final de la inyección de combustible. Todos los gases producidos por la combustión,
empujan al pistón hasta el PMI. Antes de llegar al PMI el pistón, abre las galerías de barrido
o de admisión, y sucede el barrido de los gases .
Ciclo diesel de 2 tiempos

13. Es un ciclo termodinámico que combina el ciclo Otto y el ciclo Diesel . En el ciclo dual, la
combustión ocurre en parte a volumen constante y en parte a presión constante. Se puede usar
para describir motores de combustión interna. Los ciclos Otto y Diesel no describen bien los
diagramas presión-volumen de los motores de combustión interna reales. Un ciclo estándar de
aire que se puede hacer para aproximar las variaciones de presión más de cerca es el ciclo doble
estándar de aire. Un enfoque más capaz sería modelar el proceso de combustión en motores
Otto y Diesel como una combinación de dos procesos de transferencia de calor, un proceso
isocrórico y otro proceso isobárico .
CICLO MIXTO
En comparación con un ciclo Otto, que supone una adición de calor instantánea (adición de calor
isocrórico), en un ciclo dual se agrega calor en parte a volumen constante y en parte a presión
constante. Por lo tanto, la ventaja es que hay más tiempo disponible para que el combustible se
queme por completo. Por otro lado, el uso de un ciclo dual es un poco más complejo . La
eficiencia térmica se encuentra entre el ciclo Otto y Diesel.

14. Procesos. En un ciclo dual el sistema se somete a una serie de cinco procesos:
Carrera de compresión: el gas se comprime adiabáticamente, a medida que el pistón se mueve desde el punto de
cierre de la válvula de admisión hasta el PMS. Los alrededores trabajan con el gas, aumentando su temperatura y
comprimiéndolo. Por otro lado, la entropía permanece sin cambios. La relación de compresión es menor que la
relación de expansión.
Fase de encendido: sucede una transferencia de calor de volumen constante al aire desde una fuente externa
mientras el pistón está en reposo en el punto muerto superior. Este proceso es similar al proceso isocrórico en el
ciclo de Otto. Su objetivo es representar el encendido de la mezcla de combustible y aire inyectada en la cámara y la
posterior combustión rápida.
Golpe de potencia: el gas se expande adiabáticamente, a medida que el pistón se mueve hasta el punto muerto
inferior. El gas funciona en el pistón y pierde una cantidad de energía interna igual al trabajo que abandona el
sistema. La entropía permanece sin cambios.
Carrera de escape: el ciclo se completa con un proceso de volumen constante en el que
el calor se rechaza del aire mientras el pistón está en el punto muerto inferior. La
carrera de escape se produce directamente después de esta descompresión. A medida
que el pistón se mueve desde el PMI al PMS con la válvula de escape abierta, la mezcla
gaseosa se ventila a la atmósfera y el proceso comienza de nuevo.

15. Este es un ciclo con aire, que es ampliamente utilizado en los motores de reacción de los aviones, y en
todas aquellas centrales termoeléctricas que no operan con vapor de agua. Consiste en dar presión al
aire para luego calentarlo a base de quemar combustible. Posteriormente este gas a alta temperatura se
hace pasar por una turbina donde se extrae su energía; una parte de esa energía se emplea para
impulsar el compresor, y la energía restante se utiliza para girar un generador eléctrico
CICLO BRAYTON
La base del motor de turbina de gas, por lo que el producto del ciclo puede ir desde un trabajo mecánico que
se emplee para la producción de electricidad en los quemadores de gas natural o algún otro
aprovechamiento –caso de las industrias de generación eléctrica y de algunos motores terrestres o marinos,
respectivamente–, hasta la generación de un empuje en un aerorreactor.

16. Admisión. El aire frío y a presión atmosférica entra por la boca de la turbina
Compresor. El aire es comprimido y dirigido hacia la cámara de combustión
mediante un compresor (movido por la turbina). Puesto que esta fase es muy
rápida, se modela mediante una compresión adiabática A→B.
Cámara de combustión. En la cámara, el aire es calentado por la combustión del
queroseno. Puesto que la cámara está abierta el aire puede expandirse, por lo que
el calentamiento se modela como un proceso isóbaro B→C.
Turbina. El aire caliente pasa por la turbina, a la cual mueve. En este paso el aire
se expande y se enfría rápidamente, lo que se describe mediante una expansión
adiabática C →D.
Escape. El aire enfriado (pero a una temperatura mayor que la inicial) sale al exterior. Técnicamente, este es un
ciclo abierto ya que el aire que escapa no es el mismo que entra por la boca de la turbina, pero dado que sí
entra en la misma cantidad y a la misma presión, se hace la aproximación de suponer una recirculación. En el
diagrama PV esto corresponde a un enfriamiento a presión constante D→A.
El ciclo básico de Brayton en condiciones ideales está compuesto por cuatro procesos: