Màquines tèrmiques

 

Les màquines tèrmiques

Les màquines tèrmiques són aquelles que transformen l’energia tèrmica en energia mecànica o a l’inrevés.

  • vehicles automòbils
  • centrals productores d’energia elèctrica
  • turbina de vapor
  • màquines frigorífiques, refrigeradors (transformen l’energia ellèctrica en energia tèrmica)

Motor tèrmic és una màquina que transforma l’energia tèrmica procedent de la combustió d’algun material  en energia mecànica.

 

 

Màquina de vapor

Com funciona una màquina de vapor?

Funcionament màquina de vapor: tecno 12-18

Construïm una màquina de vapor

Animació màquina de vapor

Vídeos d’aplicacions de la màquina de vapor

Regulador de Watt

Què és el regulador de Watt?

Turbines: màquina de combustió externa rotatives.

Les turbines funcionen en vapor d’aigua, són força grans i s’utilitzen bàsiquement en les Centrals productores d’Electricitat, Tèmiques i Nuclears.Aquest tipus de turbines també s’enomenen de cicle tancat ja que el vapor un cop utilitzat, es condensa i es torna a iniciar el procés.

N’hi ha de dos tipus:

  • Turbines d’acció
  • Turbines d’acció i reacció

 

 

Màquines de combustió interna alternativa

Com funcionen els motors?

  • El motor de Gasolina, cicle Otto o d’encesa per guspira de 4T:

 

El combustible s’injecta polvoritzat i barrejat amb aire o oxigen,dins d’un cilindre. Un cop dins del cilindre la mescla és comprimida. En arribar al punt de màxima compressió (punt mort superior o P.M.S.) es fa saltar una guspira, produïda per una bugia, que genera l’explosió del combustible. Els gasos tancats en el cilindre s’expandeixen empenyent un pistó que llisca dins del cilindre. L’energia alliberada en aquesta explosió és transformada en moviment lineal del pistó, al qual, a través de una biela i lel cigonyal, és convertida en moviment giratori. La inèrcia d’aquest moviment giratori fa que el motor no es pari i que el pistó torni a empènyer el gas, expulsant-lo per la vàlvula corresponent, ara oberta. Per últim el pistó retrocedeix de nou permetent l’entrada d’una nova mescla combustible.

Article del Viquiprojecte Estudiants

 

Animació “El motor de Gasolina”(Edu365.com)

[kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/nAIdk6sLmvc" width="425" height="350" wmode="transparent" /]

[kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/6-udN4cZ6HU" width="425" height="350" wmode="transparent" /]

[kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/PKc42QYQWDI" width="425" height="350" wmode="transparent" /]

 

 

[kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/0-eKPs_xPtE" width="425" height="350" wmode="transparent" /]

Programa Què Qui Com “El motor de bat a bat”: el motor(minut 2,33 fins 13), elements auxiliars ( min11 al 15).

  • El Motor de 2T:

Són motors més senzills i lleugers que els de 4T, funcionen pràcticament igual però la cilindre entra barreja de gasolina i oli. En el fons és com un de 4T però l’Admissió i la Compressió es fa simultàniament,  i l’explossió i escapament en un altre temps.

el motor de dos temps:

 

  • El motor Diesel:

El seu funcionament és molt similar a un motor de gasolina de quatre temps. Es deixa entrar aire dins d’un cilindre via una vàlvula d’admissió (1). Un pistó o èmbol comprimeix l’aire i en la màxima compressió (2), introduïm carburant mitjançant un injector o atomitzador. De manera espontània es produeix una combustió, augment de temperatura i pressió que empeny el pistó (3) sent el moment on obtenim treball. Un cop finalitzada la combustió, el pistó torna a comprimir els gasos resultant essent expulsats del cilindre (4) per la vàlvula d’escapament. El cilindre torna a expandir-se per deixar espai o aspirar més aire i repetir el cicle (1). El combustible utilitzat, pot ser Gasoli o fueloil, olis tractats (biodièsels) o pols de carbó. Han de ser combustibles que s’inflamen espontàniament al sotmetre’s a grans pressions.

 

  • Els motors de Gasolina, s’injecta carburant d’un sol cop i es fa explotar, gran part de l’energia s’escapa en forma de calor per les parets ja que no té temps de empènyer el pistó. En el dièsel, la combustió és mes continuada. La “pedalada” és més seguida en el recorregut, no tant brusca, millorant notablement el rendiment.
  • En els motors de gasolina, el combustible es barreja amb l’aire abans d’entrar a la cambra de combustió. La temperatura del cilindre no pot ser gaire alta, ja que la barreja s’inflamaria. Els motors dièsels no tenen aquesta limitació i la temperatura de la combustió és més alta. Notar que el rendiment d’un motor tèrmic depèn de la màxima temperatura del cicle.
  • Tot i tenir un bon rendiment per cicle, la potència d’un motor dièsel queda limitada per les poques revolucions per minut rpm que produeix. L’expansió a pressió constant requereix un cert temps, impossibilitant que els motors vaguin més enllà de les 3500 rpm.

Històricament els motors dièsel s’han utilitzat en indústria pesant (camions, ferrocarrils, vaixells, carros blindats…). Llocs on l’estalvi en pes de combustible justifica un increment en pes de motor. També destacar la seguretat en accidents al no ser directament inflamable i la fiabilitat.

Però en els darrers anys han experimentat un gran creixement en el sector automobilístic i interès en l’aeronàutic esportiu. Dos avenços tecnològics son responsables d’aquest canvi:

  1. Injecció electrònica: la injecció del combustible a la cambra de combustió sempre ha estat el gran problema a resoldre. Per donar una idea, hem d’injectar 200 vegades per segon, uns pocs mil·ligrams de carburant a una pressió de 20 atmosferes (la que obtenim a 200 m per sota el mar). La quantitat de combustible ha de ser estiquiomètricament precisa, amb un error de 0,01 mil·ligrams, per no generar males combustions, quantitat que depèn de la pressió, temperatura d’entrada, revolucions del motor etc… És tal la dificultat tècnica que sovint els suposats avantatges dels motors dièsels han quedat anul·lats per la impossibilitat d’obtenir una correcta injecció del combustible. Des dels anys 90 hi ha una generació d’injectors gestionats electrònicament, capaços de complir amb més precisió i en un rang més ampli de condicions. De molts sistemes desenvolupats, destaquen el “common rail”.
  2. Turbocompressor: si comprimim l’aire a l’entrada del pistó, podrem introduir més quantitat d’aire i cremar més combustible per cicle, augmentant la potència amb les mateixes rpm. Òbviament el motor ha de ser reforçat estructuralment, però els motors dièsels ja ho son per pròpia necessitat. Aquest dispositius eren costosos de construir, mantenir i gestionar,i sols eren utilitzats en motors d’altes prestacions (avions militars [WWII], cotxes esportius…). Amb la millora de materials, tècniques i gestió electrònica, s’han popularitzat. Avui en dia quasi tots els dièsels compten amb turbo-compressors, equiparant-los als motors de gasolina en la relació pes/potència.

 

http://www.tecno12-18.com/cat/mud/diesel/diesel.asp

 

 

Sistemes auxiliars:

  • Alimentació: Subminiatra el combustible al motor.
    • Carburador o imnjector electònic subministra gsolina i aire als motors de 4 temps cicle Otto
    • Injectors, proporcionen gasoil diesel als motors d’encesa per compressió.
  • Refrigeració: circuit tancat
  • Sistema d’encesa , circuit elèctric que proporciona la guspira a la bugia en el moment de la compressió
  • Lubrificació disminueix el fregament entre les parts mòbils del motor

 

Màquines de combustió interna rotatives

  • Turbines de Cicle Obert.

  • Turboreactor.

  • El motor Wankel.

 

 

1. Turbines de gas de cicle obert

S’utilitzen bàsicament en centrals productores d’electricitat i   propulsió d’aeronaus .

 

Publicitat turbines industrials Siemens

2. Turboreactor:

É    s un tipus de turbina de cicle obert



 

Infgrafia Consumer : Per què vola un avió?

3. Motor Wankel

Un motor rotatiu o Wankel, en honor al seu creador el Dr. Felix Wankel, és un motor de combustió interna que funciona d’una manera completament diferent als motors convencionals. En un motor alternatiu, el mateix volum (cilindre) efectua successivament 4 diferents treballs – admissió, compressió, combustió i escapament. En un motor Wankel es desenvolupen els mateixos 4 temps però en llocs diferents de la carcassa o bloc; és a dir, és com tenir un cilindre dedicat a cadascun dels temps, amb el pistó movent-se contínuament d’un a altre. Més concretament, el cilindre és una cavitat amb forma de 8, dintre del qual es troba un pistó triangular que realitza un gir de centre variable. Aquest pistó comunica el seu moviment rotatori a un cigonyal que es troba en el seu interior, i que gira ja amb un centre únic.

De la mateixa manera que un motor de pistons, el rotatiu empra la pressió creada per la combustió de la barreja aire-combustible. La diferència està en què aquesta pressió està continguda en la cambra formada d’una banda del recinte i segellada per un dels costats del rotor triangular (que en aquest tipus de motors reemplaça als pistons).

El rotor segueix un recorregut en el qual manté els seus 3 vèrtex en contacte amb l’allotjament, delimitant així tres compartiments separats de barreja. A mesura que el rotor gira dintre de la càmera, cadascun dels 3 volums s’expandeixen i contreuen alternativament; és aquesta expansió-contracció la qual succiona l’aire i el combustible cap al motor, comprimeix la barreja, extreu la seva energia expansiva i l’expel·leix cap a l’escapament.

Avantatges

  • Menys peces mòbils: El motor Wankel té menys peces mòbils que un motor alternatiu de 4 temps. I per tant  en una major fiabilitat.
  • Suavitat de marxa:
  • Menor velocitat de rotació: Atès que els rotors giren a 1/3 de la velocitat de l’eix, les peces principals del motor es mouen més lentament que les d’un motor convencional, augmentant la fiabilitat.
  • Menors vibracions: Atès que les inèrcies internes del motor són molt petites (no hi ha bieles, ni volant d’inèrcia, ni recorregut de pistons), solament les petites vibracions en l’excèntrica es veuen manifestades.

Inconvenients

  • Emissions: És més complicat (encara que no impossible) ajustar-se a les normes d’emissions contaminants.
  • Costos de manteniment: En no estar tan difós, el seu manteniment resulta costós.
  • Consum: L’eficiència termodinàmica (relació consum-potència) es veu reduïda per la forma allargada de la cambra de combustió i la baixa relació de compressió.
  • Difícil estanqueïtat: Resulta molt difícil aïllar cadascuna de les 3 seccions del cilindre en rotació, que han de ser impermeables unes d’altres per a un bon funcionament. A més es fa necessari canviar el sistema d’estanqueïtat cada 6 anys aproximadament, pel seu fort desgast.
  • Sincronització: La sincronització dels diferents components del motor ha de ser molt bona per tal d’evitar que l’explosió de la barreja s’iniciï abans que el pistó rotatiu es trobi en la posició adequada. Si això no ocorre, la ignició empentarà en sentit contrari al desitjat, podent danyar el motor.

 

 

http://www.mnactec.cat/~factoria/interactius/motors.html

[kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/6j6NNDNcKiQ" width="425" height="350" wmode="transparent" /]

 

Conseqüències de l’ús dels Combustibles fòssils:

Combustibles

Els combustibles que tradicionalment s’han utilitzat són combustibles fòssils, provenen de la matèria orgànica fossilitzada.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

Alternatives als Combustibles fòssils

  1. Biocombustibles: s’obtenen a partir de transformacions de la biomasa. Són molt menys contaminants.

  • Biodièsel: és un combustible líquid produït a  a partir d’olis vegetals com la colza, el girasol o la soja. Les propietats del biodiesel són pràcticament les mateixes  que el gasoil per això es pot barrejar i fins i tot substituir sempre que es realitzin algunes  petites modificacions en el motor.
    Infografia Consumer: Biodièsel
  • Bioalcohols: alcohol producido a partir de materias y restos orgánicos mediante fermentación alcohólica. Existe tecnología para producir alcohol a partir de caña de azúcar, yuca, madera o restos celulósicos.

 

    2.Cotxes elèctrics