Máquinas térmicas

Una máquina térmica es cualquier dispositivo que transforma energía calorífica en energía mecánica (movimiento). Para funcionar requiere:

1. Una fuente de energía en forma de calor.
2. Un sistema de alta temperatura (foco caliente).
3. Un sistema de baja temperatura (foco frío o ambiente).

El calor fluye del foco caliente al frío y, en ese tránsito, parte se convierte en trabajo mecánico. Por el segundo principio de la termodinámica, no todo el calor puede convertirse en trabajo: una fracción siempre se disipa al ambiente.

\eta = \frac{W}{Q_{ent}} = 1 - \frac{Q_{sal}}{Q_{ent}}

Donde \eta es el rendimiento, W el trabajo útil, Q_{ent} el calor suministrado y Q_{sal} el calor cedido al ambiente.

Ejemplo: locomotora de vapor

1. El carbón se quema y libera calor: Q_{ent}.
2. El agua se convierte en vapor a alta presión.
3. El vapor empuja los pistones y produce trabajo mecánico W.
4. El vapor residual se libera al ambiente como Q_{sal}.

Respuesta orientativa: Toda máquina térmica convierte solo una parte del calor en movimiento; el resto se pierde inevitablemente en el ambiente, por lo que su rendimiento siempre es menor que 1 (o 100 %).

Esquema de una central termoeléctrica

flowchart LR
  A[Generador de vapor] -->|Vapor| B[Turbina]
  B -->|Trabajo mecánico| C[Alternador]
  C -->|Energía eléctrica| D[Torres de transmisión]
  B -->|Vapor + agua| E[Condensador]
  E -->|Agua fría| F[Agua de refrigeración]
  E -->|Agua| A

Respuesta orientativa: En una central termoeléctrica el calor del combustible produce vapor que mueve la turbina; el alternador convierte ese movimiento en electricidad y el condensador devuelve el agua al ciclo, cediendo calor residual al ambiente.