Un motor térmico es un dispositivo que se utiliza para convertir la energía térmica, o calor, en trabajo mecánico. Esto se hace cuando el calor, que se origina en una fuente caliente, atraviesa el motor mismo y entra en un disipador frío. El disipador frío es la parte de temperatura más baja de un ciclo termodinámico, como la unidad de condensación que se encuentra en el ciclo Rankine o vapor. Hay muchos tipos diferentes de motores térmicos, cada uno de los cuales tiene su propio ciclo específico. Algunos ejemplos de motores térmicos incluirían motores de vapor y de combustión interna, junto con motores Stirling y turbinas de gas.
Comúnmente, un motor térmico se confundirá con el ciclo termodinámico que tiene lugar dentro del propio motor. Esto se debe principalmente a que los motores térmicos a menudo se clasifican por sus ciclos termodinámicos específicos. El dispositivo en sí que convierte la energía térmica en trabajo se conoce como «motor», mientras que el modelo termodinámico que se aplica al motor es el «ciclo». Debido a esto, las máquinas de vapor no se denominan motores Rankine.
Un motor térmico eficiente intentará imitar su ciclo respectivo lo mejor posible. Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura entre la fuente de calor y el disipador de frío dentro del ciclo, más eficiente será el motor. Por ejemplo, una máquina de vapor eficiente requiere tanto una fuente de calor de alta temperatura como un disipador de frío de baja temperatura. En el ciclo Rankine, una caldera utiliza un quemador de alta temperatura para convertir el agua en vapor. Este vapor pasa por el motor y luego se condensa nuevamente en agua a través de un condensador de baja temperatura.
Cuanto más frío esté el condensador, más vapor se condensará de nuevo en agua. Esto se debe a que los condensadores están hechos para revertir efectivamente el proceso de saturación realizado por la caldera. Hacerlo ayudará a lograr tasas de condensación más altas; cuanto mayor sea la tasa, más agua se devolverá. Esto ayuda a aumentar la eficiencia general del ciclo de vapor.
Si bien la eficiencia del motor térmico se puede optimizar en gran medida mediante una gran diferencia de temperaturas entre la fuente de calor y el disipador de frío, sigue siendo limitada. Esto se debe a que la temperatura del disipador de frío depende de la temperatura que lo rodea, que en algunas situaciones no se puede enfriar a las condiciones ideales. Debido a esto, la eficiencia de un motor térmico se limita a los límites de temperatura del disipador frío. Una solución común a esto es aumentar la temperatura de la fuente caliente; sin embargo, incluso esto se limita a la falta de resistencia del material a altas temperaturas.
La eficiencia del motor térmico varía según el motor y el ciclo específicos. La eficiencia térmica varía entre el 3% y alrededor del 70%, y los motores de los automóviles alcanzan una eficiencia térmica de alrededor del 25%. Los motores térmicos más eficientes se encuentran en grandes centrales eléctricas, donde se utilizan turbinas de gas y de vapor para generar electricidad.