Una maquina termica es un dispositivo capaz de transformar el calor en energía mecánica. El calor necesario para conseguir que funcione una máquina térmica procede, generalmente, de la combustión de un combustible. Dicho calor es absorbido por un fluido que, al expandirse, pone en movimiento las distintas piezas de la máquina.
El rendimiento de una máquina térmica es el cociente entre la energía mecánica producida y el calor tomado del foco caliente. Las máquinas térmicas tienen rendimientos muy bajos, ya que tan sólo una pequeña parte del calor producido se puede transformar en trabajo, y el resto se utiliza en calentar el fluido que pone en movimiento a la máquina, en vencer el rozamiento de las piezas que la componen o simplemente se disipa al ambiente en forma de calor.
Las máquinas térmicas pertenecen al grupo de las de fluido compresible. Es decir, a aquellas que tienen la capacidad de realizar un intercambio de la energía mecánica mediante un fluido que logra atravesarlas. Por otra parte, el proceso mismo puede presentar diversas variantes. Es decir, si el procedimiento consigue que el fluido incremente su propia energía, entonces la maquinaria va a recibir el nombre de generadora, cuyos ejemplos más relevantes son los compresores y las bombas. En cambio, si el fluido disminuye notablemente su energía, entonces se la denomina como motora, donde se ubican las turbinas y los motores de explosión.
Debido a estas variantes en el proceso, también se las puede clasificar en relación a la forma de compresibilidad del fluido en cuestión. Entonces nos podemos encontrar con varios tipos de máquinas térmicas. Uno de estos tipos es el hidráulico, que opera solamente con fluidos considerados como incomprensibles. Dentro de este grupo es posible destacar a las máquinas que operan con líquidos como el agua, al tiempo que algunos modelos también trabajan con gases, justamente cuando los mismos se comportan con ese grado extra de incomprensibilidad, siendo un ejemplo importante el ventilador. Asimismo, la energía que aprovechan es solo la mecánica, que se encuentra disponible en el mismo fluido, como el caso de la cinética y la potencial. Es por eso que si en algún determinado momento se aumenta el nivel de temperatura del fluido en la entrada de la maquinaria misma, entonces a la salida de ésta se podrá obtener un fluido mucho más caliente, sin que ese cambio de temperatura signifique necesariamente un provecho mayor de la energía. De esta forma es como los molinos, por ejemplo, hacen uso de la energía de las corrientes de agua, mientras que las centrales hidroeléctricas aprovechan aquel potencial que se encuentra en el agua, cuando la misma está embalsamada.
Ahora bien, una vez determinados los modelos propios de las maquinarias de fluido comprensible, pasemos a definir las características propias de uno de los exponentes de este grupo: las máquinas térmicas. Esta clase opera con dichos fluidos, independientemente de si éstos son condensables como las máquinas térmicas de vapor o no condensables, como las turbinas de gas. Aquí lo que sucede es que hay un aprovechamiento de la energía térmica del fluido, fundamentalmente porque la energía mecánica se obtiene gracias a la expansión del fluido, es decir, gracias a que éste logra incrementar su volumen específico.
Lo que ocurre es que cuando se incrementa el nivel de temperatura del fluido al momento de entrar a la máquina, entonces posteriormente se va a poder obtener una mayor cantidad de energía mecánica en el eje mismo de ésta. Cabe decirse que la termodinámica se ha ocupado del estudio de los intercambios de energía que se producen en los máquinas térmicas. Así como muchos grupos tienen distintos modelos, este caso no es la excepción. A las máquinas térmicas las podemos clasificar teniendo presente dos criterios fundamentales: la cantidad de fluido que se maneja y el movimiento que la máquina va a llevar a cabo. En el caso de los motores térmicos, por ejemplo, la energía del fluido que va a atravesar la maquinaria va a disminuir de manera considerable, razón por la cual se obtiene energía mecánica. Sin embargo, no ocurre lo mismo con los generadores térmicos, los cuales presentan un proceso inverso. De esta forma, el fluido va a incrementar la energía en el momento en el que atraviesa la máquina. Los motores térmicos, además, son en sí maquinarias, puesto que emplean la energía que ha sido resultado de un procedimiento de combustión, siempre con el objetivo de que se genera energía del fluido que va a ser aprovechado en instancias posteriores para obtener, justamente, energía mecánica. Para todo esto, deben realizarse ciertos ciclos denominados termodinámicos, los cuales necesitan de la utilización de un grupo generador que puede ser hidráulico o térmico. En el primer caso, se relaciona con los ciclos de las turbinas de vapor. En el segundo caso, se vincula con los ciclos de turbina de gas. Debido a esto, si el generador está ausente, entonces el grupo motor no va a poder funcionar correctamente.
La primera máquina térmica eficiente fue la máquina de vapor, desarrollada en el siglo XVIII para bombear agua de las minas en Inglaterra.
Es una máquina de combustión externa; esto quiere decir que la combustión se produce fuera del lugar donde se realiza el trabajo.
El resultado obtenido es el movimiento de algún elemento (una rueda, generalmente). Es decir, a partir del calor generado en la caldera se obtiene energía cinética que luego se transforma en otras formas de energía, trabajo, etc.
Las centrales térmicas utilizan como combustible fuel-oil o gas (centrales térmicas convencionales) o uranio (centrales nucleares). En ellas, el vapor producido en la caldera mueve una turbina que hace girar el generador.
Otro tipo de máquinas térmicas son las máquinas frigoríficas.
Una máquina frigorífica tiene como fin absorber energía en forma de calor de una región a baja temperatura mediante la realización de un trabajo. Mención especial merece la obtención de temperaturas muy bajas, proceso que recibe el nombre de criogeneración.
Las máquinas frigoríficas operan de manera cíclica mediante un fluido de trabajo llamado fluido refrigerante (freón), que extrae calor de la región a refrigerar, cediéndolo a otra región, que generalmente es el medio ambiente. Para ello es necesario la realización de un trabajo. Dependiendo del tipo de energía consumida, las máquinas térmicas se clasifican en máquinas de compresión (consumen energía mecánica) y máquinas de absorción (energía calorífica).
