Concepto de máquina térmica. Motores térmicos de combustión interna y de combustión externa.  Distinción entre máquina térmica y motor térmico. Rendimiento de los motores térmicos. Cogeneración. Campos de aplicación de los motores térmicos.

En este capítulo se incluye un resumen de conceptos básicos: Procesos termodinámicos de importancia en el estudio de las máquinas y los motores térmicos. Principios y ecuaciones que rigen el comportamiento de los flujos compresibles. Propiedades termodinámicas de mezclas de gases ideales. El Factor de Carnot. Rendimiento máximo de los motores térmicos. Conceptos de velocidad del sonido, número de mach y onda de choque. Expansión y compresión en conductos, toberas y difusores. Expansión en conductos convergentes. Comportamiento del fluido en un conducto convergente-divergente. Evaluación de las pérdidas en toberas y difusores.

Fenómenos que intervienen en el proceso de combustión. Ecuaciones de gobierno. Reacción estequiométrica. Combustión completa con exceso de aire. Mecanismo de la reacción de combustión. Combustión incompleta. Balance energético en procesos de combustión. Temperatura adiabática de la llama Clasificación de los procesos de combustión. Autoinflamación de la mezcla aire-combustible. Llamas de premezcla. Deflagración. Detonación. Llamas de difusión.

Clasificación de los combustibles. Combustibles de origen fósil. Características y aplicaciones. Combustibles alternativos o de sustitución. Características y aplicaciones. Propiedades de los combustibles relacionadas con la composición. Propiedades físicas del combustible. Propiedades químicas del combustible. Comportamiento del combustible en relación con la combustión. Propiedades más importantes de los principales combustibles.

Componentes y procesos básicos de un motor de combustión interna alternativo. Clasificación de los MCIA. Evolución del fluido de trabajo durante el funcionamiento del motor. Diagrama p-alfa  y diagrama del indiciador. Curvas características del motor. Ciclos del aire equivalente de volumen constante. Ciclo de aire equivalente de presión limitada.

Tipos de combustión en motores de combustión interna alternativos. Combustión en MEP. Conceptos básicos de combustión en MEP. Factores que influyen en la determinación del avance del encendido. Combustión anormal en MEP. Combustión detonante y encendido superficial. Combustión en MEC. Principales funciones de la inyección en MEC. Micromezcla y macromezcla. Fases de la combustión. Factores que influyen en el diagrama p-alfa. Motores duales. Motores de mezcla estratificada. Motores de combustión HCCI.

Definición y clasificación. Compresores alternativos: Principio de funcionamiento. Análisis termodinámico. Diagrama p-V. Rendimiento volumétrico. Selección de la cilindrada. Rendimiento isotermo. Compresión en etapas. Tipos y configuraciones mecánicas. Campos de aplicación. Compresores alternativos de membrana. Métodos de regulación de los compresores alternativos. Compresores rotativos. Compresores de tornillo: Principio de funcionamiento. Diagramas p-V. Tipos. Ventajas e inconvenientes. Compresores de paletas. Principio de funcionamiento y tipos. Compresores Scroll: Principio de funcionamiento. Compresores Roots: Principio de funcionamiento. Diagramas p-V. Campos de aplicación de los compresores rotativos. Soplantes y bombas de vacío.

Tipos de instalaciones. Análisis termodinámico de los ciclos de aire ideales. Elección de los parámetros del ciclo termodinámico de una turbina de gas en los casos de: ciclo simple, simple regenerativo, ciclo compuesto, compuesto regenerativo. Comportamiento de las turbinas de gas en el punto de diseño.

Criterios de diseño de las instalaciones de turbina de gas. Evolución en el diseño y estado del arte de las turbinas de gas. Regulación de potencia de las turbinas de gas industriales. Cogeneración con turbinas de gas. Principio de funcionamiento de las turbinas de gas de aviación. Turborreactor. Esquema mecánico y principio de funcionamiento. Descripción del proceso de combustión en turbinas de gas. Sistemas de control de la contaminación en turbinas de gas.

Componentes principales de las instalaciones de potencia basadas en turbinas de vapor. Ciclo de Rankine  Influencia de los parámetros termodinámicos de las centrales de ciclo de vapor  Influencia de la presión del vapor a la entrada de la turbina. Influencia de la temperatura del vapor vivo. Influencia de la presión de condensación. Ciclos de vapor utilizados en grandes centrales de vapor. Ciclos de vapor con recalentamiento intermedio. Ciclos de vapor regenerativos. Turbinas de vapor en usos industriales. Cogeneración en plantas de ciclo de vapor. Turbinas con toma intermedia. Turbinas de contrapresión. Generadores de vapor. Definición y clasificación de las calderas. Clasificación de las calderas. Descripción de las calderas. Procesos que tienen lugar en las calderas. Parámetros y fundamentos del diseño de calderas.

Generalidades de ciclos combinados: Clasificación. Fundamentos termodinámicos. Esquema general de una planta de ciclo combinado de turbina de gas y de vapor y tipos de montaje. Características de las turbinas de gas e influencia en el comportamiento del ciclo combinado. Influencia de la relación de compresión. Influencia de la temperatura de entrada a la turbina. Influencia de la temperatura de escape. Tipos de ciclos empleados. Caldera de recuperación de calor. Definición, Tipos de calderas. Parámetros relevantes. Irreversibilidades. Características del ciclo de vapor e influencia en el comportamiento del ciclo combinado. Influencia de la presión de los diferentes niveles. Influencia de la temperatura. Tipos de ciclos y configuraciones empleadas.

Ecuación fundamental de las turbomáquinas. Análisis del intercambio energético que tiene lugar en las turbomáquinas. Estructura de las turbomáquinas térmicas. Clasificación de las turbomáquinas. Aplicación de las ecuaciones y conceptos anteriores a turbinas y compresores. Tipos de escalonamientos.: turbomáquinas axiales de reacción y de acción. Turbocompresores axiales. Turbomáquinas radiales. Turbinas centrípetas. Turbocompresores centrífugos. Criterios que se utilizan para definir el rendimiento de las turbomáquinas. Origen de las pérdidas en las turbomáquinas. Potencia interna y potencia efectiva.

Campos de aplicación de las turbinas axiales y de las turbinas centrípetas. Parámetros que definen la geometría de una corona de álabes y el flujo que la atraviesa. Relación entre la geometría de la máquina y los triángulos de velocidades. Parámetros que permiten definir el diagrama de velocidades en un escalonamiento de turbina. Factores de los que dependen las pérdidas y el rendimiento en los escalonamientos de turbinas axiales. Importancia del diagrama de velocidades en el prediseño de la máquina. Valores óptimos de los parámetros que caracterizan la forma del diagrama de velocidades.

Parámetros de los que dependen las pérdidas en compresores axiales. Correlaciones de pérdidas. Valores óptimos de los parámetros que caracterizan la forma del diagrama de velocidades. Razón por la que es necesario utilizar múltiples escalonamientos en compresores axiales. Consideraciones sobre el diseño de turbomáquinas axiales. Comparación entre compresores axiales, centrífugos y volumétricos.