Please enable JavaScript.

Coggle requires JavaScript to display documents.

MÀQUINES TÈRMIQUES - Coggle Diagram

- - - - El coeficient de rendiment o coeficient d'operació (COP) s'obté de manera inversa que l'eficiència d'una màquina tèrmica generadora d'energia mecànica.
      - L'eficiència màxima assimilada a la màquina de Carnot es determina segons el segon principi.
- - - - Hi ha una font tèrmica calenta, el forn, que subministra la calor Qh a la caldera per tal d'obtenir vapor d'aigua en unes determinades condicions de pressió i temperatura.
      - L'energia cinètica del vapor és transformada en treball Ws mitjançant la turbina o un cilindre-pistó.
      - Llavors, si anomenem W el treball net de sortida.
  - - - 1- S'inicia en un estat 1, en el qual s'absorbeix calor Qh isotèrmicament d'una font tèrmica calenta a una temperatura Th (K).
      - 2- El gas s'expandeix isotèrmicament a una temperatura Th (K), fins a l'estat 2.
      - 3- De l'estat 2 es passa al 3 amb una altra expansió, aquest cop adiabàticament, és a dir, en un sistema aïllat sense bescanvi de calor.
      - 4- De l'estat 3 es passa al 4 amb una compressió isotèrmica a Tc, de manera inversa al procés seguit anteriorment en el pas 2.
      - 5- En una altra compressió, aquest cop també adiabàtica, es torna a l'estat inicial.
    - - Si ηt < ηc, és una màquina irreversible, però real.
      - Si ηt = ηc, és una màquina reversible i, per tant, impossible.
      - Si ηt > ηc, és una màquina totalment impossible.
  - - - Moltes vegades, per representar els cicles en les màquines tèrmiques, a més dels diagrames pV (pressió-volum).
      - Aquests diagrames es col·loquen els valors de la temperatura a l'eix de les ordenades i els d'entropia al de les abscisses.
      - Si el sistema és irreversible, llavors la variació total d'entropia i el treball perdut en les irreversibilitats valen, respectivament:
- - - - Són bastant complexes, ja que s'hi han introduït una sèrie d'elements per tal de millorar-ne el rendiment.
      - Això és així per augmentar la superfície de contacte entre l'aigua que cal vaporitzar i la calor.
      - El vapor procedent de la turbina, un cop condensat i transformat en aigua líquida, s'impulsa per una bomba a la caldera.
    - - Transformació de l'energia del vapor en energia mecànica es duu a terme amb turbines, que accionen els alternadors a les centrals tèrmiques o les hèlices en el cas dels grans vaixells.
      - Aquestes turbines s'anomenen turbines d'acció.
      - També hi ha les anomenades turbines de reacció, que contenen una sèrie de rodets amb àleps a tota la perifèria.
      - En la primera etapa actua una turbina mixta d'acció-reacció, anomenada turbina d'alta pressió, i en les dues etapes restants actuen les turbines de mitjana i baixa pressió, que solen ser de reacció.
    - - 1- Al forn o als cremadors es duu a terme la combustió, de carbó, gasoil, fuel, gas o qualsevol altre material combustible.
      - 2- A la caldera, l'aigua es vaporitza a causa de la calor absorbida.
      - 3- A la turbina hi ha una expansió adiabàtica i la temperatura i la pressió baixen.
      - 4- El vapor surt de la turbina i va al condensador, on es condensa l'aigua a temperatura Tc constant, també a causa del canvi de fase, invers a l'inicial.
      - 5- Finalment, l'aigua és comprimida adiabàticament fins a la pressió de la caldera perquè hi pugui tornar a entrar.
  - - - La màquina de combustió interna alternativa més emprada és el motor de quatre temps que segueix el cicle Otto.
      - Els motors de quatre temps (4T) utilitzen la gasolina com a combustible i transformen l'energia tèrmica en mecànica provocant un impuls en el pistó que transforma el seu moviment alternatiu en circular mitjançant un mecanisme biela-maneta.
      - Temps d'admissió
        
        Actualment, la majoria de motors porten dues, i fins i tot tres, vàlvules d'admissió, per tal de facilitar al màxim l'entrada d'aire dins els cilindres.
      - Temps de compressió
        
        Amb el moviment ascendent del pistó comença la compressió fins a una mica abans que el pistó arribi al PMS.
      - Temps d'explosió
        
        Una mica abans d'arribar al PMS, s'injecta la gasolina dins el conducte d'admissió o directament a la cambra de combustió on hi ha l'aire comprimit anteriorment.
      - Temps d'escapament
        
        Una mica abans que el pistó hagi arribat al PMI, s'obren les vàlvules d'escapament i comencen a sortir els gasos de la combustió.
        
        1
        
        De la posició 1 a la posició 2 hi ha la compressió, que teòricament és adiabàtica.
        
        2
        
        De la posició 2 a la posició 3 hi ha l'explosió, que teòricament s'esdevé en un volum constant, és a dir, en un procés isocor, en el qual la temperatura i la pressió augmenten notablement a causa de la calor aportada per la combustió de la mescla gasosa aire-gasolina, com ja hem comentat.
        
        3
        
        De la posició 3 a la posició 4 hi ha una expansió, teòricament també adiabàtica.
        
        4
        
        De la posició 4 a la posició 1 el procés és teòricament a volum constant, en el qual els gasos perden pressió en obrir-se la vàlvula d'escapament.
        
        Abans de retornar a la posició 1 de compressió, el motor ha de fer treball negatiu, ja que ha d'efectuar l'escapament i expulsar els gasos cremats i després fer-ne l'admissió per iniciar el cicle de treball positiu.
    - - En els motors de dos temps, els processos termodinàmics són els mateixos; allò que varia és la forma com es produeixen.
      - Els motors de dos temps, tant per la senzillesa constructiva que suposa no dur vàlvules ni arbre de lleves, com pel seu pes reduït, són econòmics i molt indicats per accionar màquines de poca potència.
    - - La seva característica principal és que l'explosió no es produeix per mitjà d'una guspira –com passa en els motors Otto–, sinó que es produeix espontàniament a causa de les condicions de temperatura i pressió a què se sotmet el combustible dins la cambra de combustió.
      - Poc abans d'arribar al PMS, mitjançant un injector, s'introdueix el combustible finament atomitzat i a una pressió de més de 15 000 kPa dins la cambra de combustió.
      - L'entrada de combustible per l'injector dura un cert temps.
      - Comença abans que el pistó arribi al PMS i finalitza poc després que el pistó hagi iniciat la cursa del descens cap al PMI.
      - Un dels elements característics dels motors dièsel és la bomba d'injecció, accionada pel mateix motor, que és l'encarregada de fer arribar el combustible als injectors a la pressió adequada.
      - Els motors dièsel tenen un rendiment més elevat, són més robustos, duradors i tenen un consum més baix que els de cicle Otto.
    - - Les característiques més importants dels motors d'explosió són les següents: nombre de cilindres i cilindrada, la relació de compressió, la potència i el parell motor i el consum.
      - Nombre de cilindres i cilindrada
        
        Els motors solen ser d'un, dos, quatre, cinc, sis, vuit i de fins a dotze cilindres, tot i que els més corrents són els de quatre cilindres per als cotxes i d'un o dos per a les motos
        
        Vc = π r2 c
      - Relació de compressió
        
        La relació de compressió ens indica la relació entre el volum màxim i el mínim dins del cilindre.
      - La potència i el parell motor
        
        La potència i el parell motor, estan relacionats.
        
        La majoria de fabricants de motors d'explosió o de vehicles automòbils solen facilitar les dades de la potència i del parell motor màxim a un règim de velocitat angular determinat.
      - Els combustibles
        
        Òxids de carboni (CO i CO2)
        
        El consum dels motors s'indica en litres de combustible consumits en una hora de funcionament (L/h)
        
        Òxids de nitrogen (NOx) i de sofre (SOx)
        
        Metalls pesants com el plom (Pb)
        
        Fums o partícules de carboni
        
        Combustible sense cremar (HC)
      - Els catalitzadors
        
        Per tal de reduir l'impacte que produeix l'emissió de gasos i partícules contaminants, és obligatori en determinats tipus d'automòbil l'ús del catalitzador.
        
        Sistemes de millora de potència i rendiment en motors tèrmics
        
        Un sistema per augmentar la potència i el rendiment dels motors tèrmics és augmentar el grau de compressió.
        
        Aquest fet comporta un augment de la temperatura i la pressió en el moment de l'explosió que dona lloc a un cicle de treball més gran.
  - - - El motor duu a terme els mateixos cicles que un motor Otto, però l'un darrere l'altre en una sola rotació de l'eix motriu.
      - Durant un gir del rotor es duen a terme tres admissions, tres compressions, tres explosions i tres escapaments
      - Malgrat els avantatges que representa no produir moviments alternatius i, per tant, vibracions, i el fet que es produeixin tres explosions en una sola rotació, el motor Wankel no ha reeixit a causa dels problemes d'estanquitat de les subcambres i dels problemes de refrigeració i de lubrificació, que fan que tingui una vida útil curta.
    - - Les turbines de gas de cicle obert són emprades bàsicament en la propulsió d'aeronaus i per produir energia elèctrica.
      - El seu funcionament es basa en l'energia cinètica d'uns gasos que passen a gran velocitat pels àleps d'una turbina i l'obliguen a girar.
      - L'entrada d'aire, la compressió, la combustió i l'expansió es duen a terme de manera continuada; només cal una guspira a la cambra de combustió en el moment de la posada en marxa del motor.
      - El treball s'obté a l'arbre, solidari a la turbina i al compressor, que es pot acoblar a un alternador o a qualsevol dispositiu.
      - Com a variants de les turbines de gas de cicle obert hi ha altres tipus de motors rotatius amb un funcionament semblant; cal destacar-ne el turboreactor.
      - En aquest motor hi ha una admissió d'aire que és comprimit per un compressor solidari a l'eix de la turbina i dirigit dins la cambra de combustió.