Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
MÀQUINES TÈRMIQUES - Coggle Diagram
MÀQUINES TÈRMIQUES
MÀQUINES TÈRMQUES I SEGON PRINCIPI DE LA TERMODINÀMICA
Enunciats del segon principi de la termodinàmica:
La calor flueix sempre des d'un cos calent fins a un altre de fred espontàniament, però no a l'inrevés; per fer-ho cal efectuar un treball per mitjà de determinats dispositius.
El treball es pot convertir directament i íntegrament en calor, però per convertir la calor en treball calen dispositius, que, a més, no ho faran mai íntegrament.
Màquines tèrmiques més usuals
Generadors d'energia mecànica
De combustió externa
De combustió interna alternatives
De combustió interna rotatives
Consumidors d'energia mecànica
Màquines frigorífiques
Bombes de calor
EFICIÉNCIA TÈRMICA
D'acord amb el segon principi de la termodinàmica, la calor no es pot transformar íntegrament en treball. Això és així perquè aquest procés no es fa espontàniament i cal una màquina per fer-ho..
MÀQUINA VAPOR
W = Qh - Qc
ηt = W / Qh
MÀQUINA DE CARNOT
Una màquina tèrmica reversible és aquella que funciona cíclicament de manera que, quan evoluciona d'un estat a un altre, pot efectuar el camí invers sense pèrdues d'energia.
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.
L'ENTROPIA
S'anomena entropia al flux de calor que evoluciona d'un sistema a un altre de menys temperatura fins a arribar al gran desguàs que és l'univers.
ΔSt= ΔSh + ΔSc
Wp = Tc·ΔSt
MÀQUINES TÈRMIQUES GENERADORES D'ENERGIA MECÀNICA
Es caracteritzen per els següents elemets:
Reben calor d'una font d'alta temperatura (energia solar, petroli, carbó, etc.).
Transformen en treball una certa quantitat de la calor que reben (normalment en forma d'un eix en rotació).
Alliberen una certa quantitat de calor a una font de baixa temperatura (a l'aire, a un riu, a la mar, etc.).
Operen dins d'un cicle.
MÀQUINES DE COMBUSTIÓ EXTERNA
A. Instal·lacions de vapor
Les instal·lacions de vapor, utilitzades normalment a les centrals tèrmiques, són bastant complexes, ja que s'hi han introduït una sèrie d'elements per tal de millorar-ne el rendiment.
B. Turbines de vapor
Per realitzar treball en l'expansió del vapor s'utilitza la 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.
C. Cicles termodinàmics
En aquests tipus de màquines és on millor es pot fer una aproximació a la màquina ideal de Carnot. El diagrama TS corresponent amb aquestes variacions ens mostra el cicle que més s'aproxima als cicles reals, conegut amb el nom de cicle Clausius-Rankine.
MÀQUINES TÈRMIQUES DE COMBUSTIÓ INTERNA ALTERNATIVA
A. Màquines tèrmiques alternatives d'encesa per guspira
Temps d'admissió. Comença quan el pistó ha baixat una mica respecte del PMS
Temps de compressió. Un cop tancada la vàlvula d'admissió, 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.
B. Motors de dos temps (2T)
C. Motors d'encesa per compressió o dièsel
La seva característica principal és que l'explosió no es produeix per mitjà d'una guspira 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.
Els cicles poden ser de dos i quatre temps, encara que el més corrent és aquest últim.
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.
D. Característiques dels motors
Nombre de cilindres i cilindrada
Vc = π r2 c
Vt = Vc nc
Relació de compressió
r = Vc + Vmin / Vmin
La potència i el parell motor
P = T · w
P = W / t
Els combustibles
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. El catalitzador és un dispositiu que depura els gasos de l'escapament.
Sistemes de millora de potència i rendiment en motors tèrmics
Sobrealimentar el motor
Augmentar el grau de compressió
Conducte comú
MÀQUINES DE COMBUSTIÓ INTERNA ROTATIVES
A. Motor Wankel
B. Turbines de gas de cicle obert
MÀQUINES TÈRMIQUES CONSUMIDORES D'ENERGIA MECÀNICA
MÀQUINA FRIGORÍFICA
La màquina frigorífica o refrigerador més emprada és el compressor. Funciona amb un circuit tancat, en el qual un gas se sotmet a un procés de compressió que el fa condensar i a un altre de vaporització.
D'1 a 2 el compressor aspira, d'una banda, el gas procedent de l'evaporador i, de l'altra, el comprimeix adiabàticament cap al condensador.
De 2 a 3 el gas es liqua al condensador i cedeix calor (Qh)
De 3 a 4 hi ha una expansió adiabàtica al tub capil·lar situat després d'una vàlvula d'expansió situada a la sortida del condensador.
De 4 a 1 es produeix una altra expansió, aquest cop isotèrmica, a l'evaporador, i és aquí on es duu a terme la refrigeració.
Coeficient de rendiment d'un refrigerador
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. Així, tenim que: COP = Qc / W
LA BOMBA DE CALOR
La bomba de calor és essencialment un refrigerador on s'aprofita la calor cedida al condensador per escalfar un recinte, i que actua com un sistema de calefacció.
W = Qh / 1 + COP
