Psicometría: Conceptos Fundamentales
La Psicometría es la ciencia que estudia las propiedades de la mezcla aire-vapor.
Términos Clave en Psicometría
Diagrama Psicométrico
Es el diagrama empleado en la resolución de los problemas de aire húmedo. Es importante considerar la presión (altitud).
Aire Húmedo
Es el aire que nos rodea y contiene vapor de agua.
Aire Seco
Es el aire que nos rodea, pero exento de vapor de agua.
Humedad Específica o Absoluta (Ψ)
Cantidad de vapor de agua por masa de aire, expresada en [kg vapor agua / kg aire seco].
Humedad Relativa (φ)
Relación entre la presión parcial de vapor (Pv) y la presión de saturación (Psat), expresada en porcentaje (%).
Saturación Adiabática
Aporte de agua hasta la saturación en una cámara térmicamente aislada.
Temperatura de Bulbo Húmedo
Es la temperatura de saturación adiabática.
Temperatura de Rocío
Es la temperatura a la que condensa la humedad ambiente.
Factor de Calor Sensible
Porcentaje de calor sensible sobre el calor total. Se representa mediante una escala, referida a una temperatura seca (Ts) de 24ºC y 50% de humedad relativa.
Recta de Maniobra
Semicírculo en la parte superior del diagrama que relaciona el porcentaje de calor sensible con la humedad aportada por el aire.
Motores de Combustión Interna
Motores de 4 Tiempos
Los motores de 4 tiempos completan un ciclo de combustión en cuatro fases distintas:
- Primer Tiempo o Admisión: En esta fase, el descenso del pistón aspira la mezcla aire-combustible en los motores de encendido provocado (MEP) o el aire en motores de encendido por compresión (MEC). La válvula de escape permanece cerrada, mientras que la de admisión está abierta. En este tiempo, el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas 90º. La válvula de admisión se encuentra abierta y su carrera es descendente.
- Segundo Tiempo o Compresión: Al llegar al final de la carrera inferior, la válvula de admisión se cierra, comprimiéndose el gas contenido en la cámara por el ascenso del pistón. En este tiempo, el cigüeñal gira 360º y el árbol de levas 180º. Ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es ascendente.
- Tercer Tiempo o Explosión/Expansión: Al llegar al final de la carrera superior, el gas ha alcanzado la presión máxima. En los motores de encendido provocado (MEP) o de ciclo Otto, salta la chispa en la bujía, provocando la inflamación de la mezcla. En los motores de encendido por compresión (MEC) o ciclo Diésel, se inyecta a través del inyector el combustible muy pulverizado, que se auto-inflama por la presión y temperatura existentes en el interior del cilindro. En ambos casos, una vez iniciada la combustión, esta progresa rápidamente, incrementando la temperatura y la presión en el interior del cilindro y expandiendo los gases que empujan el pistón. Esta es la única fase en la que se obtiene trabajo. En este tiempo, el cigüeñal gira 180º mientras que el árbol de levas gira 90º. Ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es descendente.
- Cuarto Tiempo o Escape: En esta fase, el pistón empuja, en su movimiento ascendente, los gases de la combustión que salen a través de la válvula de escape, la cual permanece abierta. Al llegar al punto máximo de carrera superior, se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión, reiniciándose el ciclo. En este tiempo, el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas gira 90º.
Motores de 2 Tiempos
En el motor de dos tiempos, el cambio de gases se dirige mediante el pistón, a diferencia del motor de 4 tiempos que utiliza válvulas. El pistón, en su movimiento, varía las circunstancias de compresión del cárter y el cilindro, completando el ciclo.
- Primer Tiempo (Compresión y Admisión): El pistón ascendente comprime la mezcla de combustible y aire en el cilindro y, simultáneamente, crea un vacío en el cárter. Al final de la carrera del pistón, este deja libre la entrada de mezcla o lumbrera de admisión, que llena el cárter con mezcla carburada.
- Segundo Tiempo (Expansión y Escape (Barrido)): Mediante una chispa provocada por la bujía, se incendia la mezcla comprimida, creando una explosión que empuja el pistón con gran fuerza. En el cárter, la mezcla es pre-comprimida por el pistón descendente. En el momento preciso, el pistón deja libre el canal de escape o lumbrera de escape en el cilindro, por donde salen los gases de escape. Poco después, se abre la lumbrera de carga que conecta el cárter con el cilindro, permitiendo que la mezcla pre-comprimida pase por esta, llenando el cilindro y expulsando los últimos restos de los gases de escape, quedando el cilindro preparado para un nuevo ciclo.
Partes del Motor de Combustión
Culata
Es la pieza que sirve de cierre de los cilindros, formándose generalmente en ella las cámaras de combustión. En la culata se instalan las válvulas de admisión y de escape, los colectores de admisión y de escape, los balancines y el árbol de levas. Además, la culata tiene conductos para la refrigeración.
Árbol de Levas
Se encarga de abrir las válvulas de admisión y escape, presionándolas mediante los taqués. Una vez que la leva deja de presionar el taqué, la válvula regresa a su posición mediante un muelle.
Válvulas de Admisión
Permiten la entrada de la mezcla aire-combustible desde los colectores a las cámaras de combustión.
Válvulas de Escape
Permiten la salida de los gases de combustión al exterior a través de los colectores.
Bloque Motor
Constituye el cuerpo estructural donde se alojan y sujetan todos los demás componentes del motor. El bloque contiene los Cilindros (cavidad por la que se desliza el pistón de forma ascendente y descendente), apoyos del cigüeñal, canalizaciones de refrigeración y engrase, etc. En su parte superior se une a la culata. Para que esa unión sea perfectamente estanca, se coloca una junta de cartón-aluminio, denominada Junta de Culata.
Cigüeñal
Eje del motor. Junto con las bielas, transforma el movimiento alternativo en circular, o viceversa. Además, es el encargado de transmitir el movimiento a otros elementos como el árbol de levas, bombas de agua y gasolina, volante de inercia, etc.
Cárter
Situado en la parte inferior del bloque y fabricado en fundición de hierro o aluminio. Es el depósito donde se almacena el aceite lubricante para engrasar cigüeñal, pistones, válvulas, apoyos, etc. El aceite se extrae mediante una bomba para llevarlo a esos elementos y, una vez que cumple su función, retorna al cárter por gravedad.
Turbo
Sistema de sobrealimentación que usa una turbina centrífuga para accionar, mediante un eje coaxial con ella, un compresor centrífugo para comprimir gases. Este tipo de sistemas se suele utilizar en motores de combustión interna alternativos, especialmente en los motores diésel.
Intercooler
Enfría el aire que ha comprimido el turbo para que llegue en condiciones óptimas de densidad a la cámara de combustión. Al calentarse el aire, pierde densidad y, por tanto, pierde masa de oxígeno, lo que hace menos eficiente la combustión y disminuye la potencia.
Bomba de Calor: Principios y Funcionamiento
Bomba de Calor
Es una máquina que transfiere energía térmica desde una fuente fría (de bajo nivel térmico o baja temperatura) a otra más caliente (de nivel térmico más alto o de mayor temperatura). Para lograrlo, es necesario un aporte de trabajo, pues, de acuerdo con el segundo principio de la termodinámica, el calor se dirige de manera espontánea de una fuente caliente a otra fría, hasta que sus temperaturas se igualen, y no al revés. Para ello, se emplea un aparato en todo semejante al de refrigeración por compresión de gases refrigerantes, en el que, en vez de obtener el calor de un ambiente cerrado para disiparlo en el exterior, se obtiene calor del exterior, o de cualquier otra fuente externa, calentando un fluido frío en un evaporador, para enfriarlo en un condensador, cediendo calor para calentar los espacios interiores. Técnicamente, las máquinas para uno u otro uso son las mismas, variando solamente los campos de temperaturas en las que trabajan. Aun así, se suele llamar preferentemente bomba de calor a la destinada a calefacción de espacios, y máquina frigorífica a la que proporciona refrigeración. Se supone que una máquina frigorífica «bombea calor» hacia el exterior, lo que permite bajar la temperatura (dando la sensación de que se enfría), mientras que la máquina destinada a calefacción efectivamente lleva calor allí donde hace falta, obteniéndolo de un lugar que está a un nivel térmico más bajo.