màquines tèrmiques

Tema 6Màquines tèrmiques

CAS

Toni Soler – Dept. Tecnologia

Tema 6. Màquines tèrmiques

Índex

1. Principis bàsics de Termodinàmica

2. Màquines tèrmiques i segon principi de la Termodinàmica

3. Màquines generadores – Motors

3.1 Màquines de combustió externa

3.2. Màquines tèrmiques d’encesa provocada (4T, 2T, Dièsel)

3.3. Turbines de gas

4. Màquines consumidores d’energia mecànica (Frigorífiques)

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica

Màquines de vapor

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica

Màquines de vapor

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica

2 tipus

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica

Màquines tèrmiques d’encesa provocada. Motors

Motors d’encesa per guspira (4T) – Motors Otto

Motors de 2T

Motors d’encesa per compressió o Dièsel

Sistemes de millora de potència i rendiment

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica

Motors d’encesa per guspira (4T) – Motors Otto

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica. Motors Otto

Temps d’Admissió

Comença quan comença a baixar respecte al PMS

S’obren les vàlvules d’admissió (actualment 2 o, fins i tot, 3 vàlvules)

L’aire filtrat entra per la depressió creada

Per assegurar una bona emplenada d’aire, les vàlvules es tanquen una mica després d’arribar al PMI

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica. Motors Otto

Temps de compressió

Comença quan es tanca la vàlvula d’admissió. Un poc més amunt del PMI

Les vàlvules romanen tancades durant tot el temps per assegurar la compressió

El final del temps correspon a una mica abans de que arribi al PMS.

Aquesta compressió és més forta en els motors Dièsel

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica. Motors Otto

Temps d’explosió

Un poc abans del PMS

Uns injectors electrònics injecten el combustible

Es produeix una mica abans d’arribar al PMS ja que l’explosió no és instantània.

Aquesta compressió és més forta en els motors Dièsel

L’explosió és provocada per una guspira produïda en la bugia

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica. Motors Otto

Temps de explosió

-Injecció directa: Directament a la cambra de combustió

Injecció electrònica

-Injecció indirecta: El combustible s’injecta al conducte d’admissió

Als motors Dièsel, aquesta injecció es fa a un precambrasituada a la culata

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica. Motors Otto

Temps de explosió

Injecció electrònica

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica. Motors Otto

Temps d’escapament

S’obren les vàlvules d’escapament

Quan les vàlvules es tanquen, el cicle torna a començar.

Una mica abans del PMI per tal de no oferir resistència al iniciar el cicle de pujada

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica. Motors Otto

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica. Motors Otto

Cicle termodinàmic teòric

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica. Motors Otto

Cicle termodinàmic real

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica.

Motors de 2T

Mateixos processos termodinàmics però en 2T

Simultàniament: Admissió – Compressió i Explosió – Escapament.

Cada volta de cigonyal produeix un cicle de treball efectiu. No obstant no hi tenen doble potència ja que els gasos d'admissió i escapament es barregen un poc

Els conductes de sortida (espiralls) són tancats pel pistó en el seu moviment alternatiu

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica.

Motors de 2T

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica.

Aplicacions dels motors de 2T

Cost i pes reduït – poca potència

Ciclomotors, serres mecàniques, petites màquines de jardineria, petits grups electrògens,...

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica.

Combustió produïda espontàniament a causa de l’elevada T i P.

El combustible utilitzat és el gasoil (o altres com petrolis o fuels).

Motors d’encesa per compressió o Dièsel

La compressió és molt elevada (Rc entre 14:1 i 22:1); >3000 kPa i > 600ºC

Quan el combustible és injectat (també alta pressió, 15000 kPa), la combustió es produeix en tots els punts de la cambra de combustió; explosió més brusca que els Otto.

Comença un poc abans del PMS i acaba un poc després de que comenci la baixada. Explosió a pressió constant

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica.

Cicle termodinàmic Dièsel

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica.

Característiques dels Dièsel

Tenen un rendiment més elevat, són més robustos i duradors. Tenen menor consum que els Otto (les temperatures durant la combustió són menors).

Les temperatures durant la combustió són menors.

Ja no només s’utilitzen en camions, tractors, autocars,... Sinó també automòbils d’altes prestacions.

Manca de sistemes d’encesa amb guspira: Motor amb menys avaries

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica. Característiques

Cilindrada Relació de compressió Potència i parell de motor

Consum

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica. Característiques

1. Increment del grau de compressió per millorar el cicle de treball

Sistemes de millora de potència i rendiment

Perill als motor Otto: detonació o autoencesa

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica. Característiques

2. Sobrealimentar el motor

Sistemes de millora de potència i rendiment

- Consisteix a forçar l’entrada de l’aire per mitjà d’un compressor fent que la combustió sigui més efectiva.

- Es redueix fins i tot, el consum de combustible.

Com? Amb el turbocompressor

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica. Característiques

Sistemes de millora de potència i rendiment

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica. Característiques

Perill:

Sistemes de millora de potència i rendiment

- Quan l’aire és introduït per la turbina al cilindre s’incrementa la seva temperatura i també el seu volum específic (volum/massa)

Solució? Intercooler (bescanviador de calor a la sortida del turbocompressor). Tecnologia turbointercooler

- Això provoca una reducció en la compressió, i per tant, en la quantitat d’aire que entra al cilindre.

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica. Característiques

Intercooler

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica. Característiques

3. Common rail (conducte comú amb injecció directa)

Sistemes de millora de potència i rendiment

- Es tracta d’una bomba que manté el combustible dins d’un conducte comú per a tots els cilindres, a alta pressió (>2000 bar)

- Permet controlar electrònicament el moment i la durada de cada injecció, a més de mantenir la pressió constant (independent del règim de treball i de la càrrega)

- Permet la injecció del combustible en diverses etapes (sistema multijet) en lloc d’una sola etapa (sistemes unijet)

- Òptima atomització del combustible (millor combustió) i una reducció important en el soroll als motors dièsel.

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica. Característiques

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. Mecànica. Característiques

Funcionament

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. MecànicaTurbines de gas. Màquines de combustió interna rotatives

Turbines de gas de cicle obert

Tema 6. Màquines tèrmiques

3. Màquines generadores d’E. MecànicaTurbines de gas. Màquines de combustió interna rotatives

Turboreactor o reactor jet

Tema 6. Màquines tèrmiques

4. Màquines consumidores d’E. MecànicaMàquines frigorífiques

Tema 6. Màquines tèrmiques

4. Màquines consumidores d’E. Mecànica

Tema 6. Màquines tèrmiques

4. Màquines consumidores d’E. Mecànica

La bomba de calor

Com que Qh > W, COP sempre serà >1