TEMA 4

MÀQUINES TÈRMIQUES

Ricard ValeroDepartament de TecnologiaInstitut Pons d’IcartTarragona

1. Definició:Les màquines tèrmiques són màquines motrius que transformen l’energia tèrmica generada al cremar un combustible en energia mecànica. Utilitzen un combustible fòssil pel seu funcionament (carbó, petroli o gas natural). En la seva combustió generen CO2 (responsable de l’efecte hivernacle i de l’escalfament global), NO2, SO2, etc.

2. Classificació de les màquines tèrmiques:a) De combustió externa: El combustible es crema fora de la

màquina. Màquines de vapor i turbines de vapor.b) De combustió interna: El combustible es crema a l’interior de

la màquina. Motors d’explosió i motors de reacció.

3. La màquina de vapor:És una màquina tèrmica de combustió externa, alternativa, que transforma l’energia del vapor d’aigua en energia mecànica.Funcionament: La combustió de carbó fa que l’aigua de la caldera s’evapori, i el vapor a alta pressió és conduït a un cilindre i fa moure l’èmbol. Per mitjà d’un mecanisme biela-manovella es mou una roda motriu. El vapor que surt del cilindre es passa a un condensador on es refreda i es converteix en aigua líquida que torna a la caldera.

Per regular la velocitat de les màquines de vapor, es va incorporar el regulador centrífug o de Watt, un sistema de contrapès giratori que obria o tancava la vàlvula d’entrada de vapor:

Video de la màquina de vapor.

4. La turbina de vapor:

És una màquina tèrmica de combustió externa, giratòria que transforma l’energia cinètica del vapor en energia de rotació. Serveix per generar energia elèctrica.

5. Motors d’explosió:Són màquines tèrmiques de combustió interna. L’explosió del combustible té lloc a l’interior del cilindre. Es produeix un augment important de la pressió que amb mecanismes adequats es converteix en moviment.a) El motor de gasolina o de cicle Otto de 4 temps:El motor de 4 temps de gasolina el va inventar Nikolaus Otto el 1876. Consta de 4 temps o fases:

1) Admissió: s’obre la vàlvula d’admissió. El pistó baixa fins al punt mort inferior i la mescla d’aire i gasolina entra al cilindre.2) Compressió: Es tanca la vàlvula d’admissió. El pistó puja fins al punt superior i la mescla es comprimeix.3) Explosió: La bugia genera una guspira que fa explotar la mescla. Es generen gasos que empenyen el pistó cap avall, fins al punt mort inferior.4) Escapament: S’obre la vàlvula d’escapament. El pistó puja fins al punt superior i els gasos cremats surten.

PistóCàrter

La majoria de motors de 4 temps estan formats per 4 cilindres, encara que també n’hi ha de 6, 8, 12, etc.

En un cicle del motor de 4 temps, el cigonyal fa 2 voltes completes i el pistó fa 4 recorreguts.b) El motor de gasolina de 2 temps:És un motor més senzill que el de 4 temps, no té vàlvules d’admissió ni d’escapament, ni càrter d’oli. Funcionen amb una barreja de gasolina i oli que serveix per lubricar el pistó. Consta de 2 temps:

1) Admissió-compressió: El pistó puja cap a dalt i succiona la barreja de gasolina i oli. Al mateix temps es comprimeix la barreja que es troba a dins del cilindre.

2) Explosió-escapament: El pistó arriba al punt superior i la bugia fa una espurna. L’explosió de la barreja d’oli i gasolina fa que el pistó baixi.

El motor de 2 temps és més senzill i barat. S’utilitza en motocicletes, moto-serres, tallagespa, etc. Té menys avaries que el de 4 temps, però no té tanta potència.c) Motor de gasoil o de cicle diesel de 4 temps:El va inventar l’enginyer alemany Rudolf Diesel, l’any 1892. No té bugies, l’encesa del combustible té lloc per l’alta temperatura generada en comprimir l’aire dins el cilindre. Els motors dièsel són més robustos i pesants, no tenen tantes avaries, però quan les tenen són cares de reparar. Els 4 temps són:

1) Admissió: El pistó baixa i s’obre la vàlvula d’admissió, però només entra aire.

2) Compressió: El pistó puja fins al punt mort superior i comprimeix molt l’aire.

3) Explosió: El gasoil entra en el cilindre pulveritzat pels injectors i es troba aquest aire tant calent i explota. El pistó és empès cap avall.

4) Escapament: En tornar a pujar el pistó, s’obre la vàlvula d’escapament i s’escapen els gasos de combustió.

La cilindrada és la suma dels volums de tots els cilindres d’un motor i està relacionada amb la potència del motor. El volum d’un cilindre (Vc) és la superfície del pistó () per la cursa (c).Cilindrada (Vc) = Cilindrada total = Vc · nn= núm. de cilindres

6. Motors a reacció:

És una màquina tèrmica de combustió interna que crema combustible per augmentar l’energia cinètica dels gasos que el travessen. L’aire que entra per davant es barreja amb el combustible, la mescla s’encén, s’expansiona i surt a tota velocitat per darrere.